基于飛行器的復(fù)雜零件自動(dòng)加工及組裝技術(shù)的研究

劉勝男 馬永強(qiáng)

【摘要】飛行器的復(fù)雜零件自動(dòng)加工及組裝技術(shù)是指將形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量特征多、制造工藝復(fù)雜、工序多，且加工精度高的飛行機(jī)械零件的加工進(jìn)行自動(dòng)化的加工及組裝。飛行器復(fù)雜零件的自動(dòng)加工以及組裝的質(zhì)量，影響和制約著我過(guò)飛行器的制造質(zhì)量，確保和提升飛行器復(fù)雜零件加工和組裝技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外企業(yè)普遍關(guān)注的重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】飛行器;自動(dòng)加工;組裝;競(jìng)爭(zhēng)力

飛行器復(fù)雜零件自動(dòng)加工及組裝，是將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)中的系統(tǒng)自動(dòng)加工引入到零件的祖東加工及組裝中，并且這一技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用與飛行器以及其他相關(guān)模擬機(jī)的應(yīng)用當(dāng)中，最終獲得均勻分布的對(duì)應(yīng)不同權(quán)重分配情況下的最優(yōu)自動(dòng)組裝反感，為飛行器的優(yōu)化和改良以及批量產(chǎn)出提供了強(qiáng)大的后備支持。

1.自動(dòng)加工技術(shù)

1.1 為評(píng)估復(fù)雜零件加工過(guò)程對(duì)工件最終加工質(zhì)量的保證能力

為評(píng)估復(fù)雜零件加工過(guò)程對(duì)工件最終加工質(zhì)量的保證能力考慮復(fù)雜零件加工過(guò)程中的控制和調(diào)整策略，是否基于模型的精準(zhǔn)性，建立了加工過(guò)程工藝能力的觀察模型，采用基于飛行器質(zhì)量損失函數(shù)的過(guò)程工藝能力指數(shù)分析及計(jì)算方法，對(duì)復(fù)雜零件加工的過(guò)程工藝能力進(jìn)行評(píng)估，以此衡量該加工過(guò)程是否滿足復(fù)雜零件加工的需要。

1.2 為確定效能最高的工藝能力改進(jìn)方向和方位

為確定效能最高的工藝能力改進(jìn)方向和方位提出了工序間和工序內(nèi)兩層的過(guò)程參數(shù)敏感性分析方法，以此來(lái)確定對(duì)工藝能力改進(jìn)最有效的過(guò)程參數(shù)。

2.自動(dòng)組裝技術(shù)

2.1 自動(dòng)組裝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式

基于形狀特征的自組裝技術(shù)的基本思想是飛行器件和目標(biāo)位置都具有某種形狀特征，有且只有一個(gè)器件能在目標(biāo)位置以某種姿態(tài)穩(wěn)定下來(lái)。裝配開(kāi)始的時(shí)候，批量制造的大量微器件被隨機(jī)放置到目標(biāo)區(qū)域附近。在長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的振動(dòng)或其它擾動(dòng)的作用。大量的器件得以遷移位置并變換姿態(tài)，直到尋找到一個(gè)合適的同標(biāo)位置并對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)穩(wěn)定下來(lái)。基于這種技術(shù)，可以使目標(biāo)位的器件得以最精準(zhǔn)的防止，并且可以實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)加工以及組裝，并由于降低表而能的自發(fā)行為，器件被旋轉(zhuǎn)角度直到和期望的姿態(tài)吻合，加強(qiáng)了零件的穩(wěn)固性，降低了差錯(cuò)值。

2.2 自動(dòng)組裝技術(shù)的應(yīng)用

自組裝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)并行組裝，所以裝配速度可以適應(yīng)微細(xì)加-F技術(shù)的批量生產(chǎn)要求，但這項(xiàng)技術(shù)要求微器件滿足預(yù)先設(shè)定的形狀特征，所以也缺乏通用性。自動(dòng)組裝對(duì)于此點(diǎn)沒(méi)有沒(méi)苛刻的要求，將會(huì)獲得更加廣泛的用途。

2.3 自動(dòng)組裝技術(shù)的應(yīng)用范圍

作為飛行器零件裝配技術(shù)的核心技術(shù)——微操縱技術(shù)已經(jīng)有了超過(guò)二十年的研究歷史，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并且逐步的被應(yīng)用在現(xiàn)今很多飛行器零件的自動(dòng)組裝線之上.一方面由于這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，提升空間十分廣闊，另一方面是研究人員對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注度十分高，在研究中，大幅的提高了裝配效率。

2.4 更高性能的自動(dòng)加工以及組裝系統(tǒng)

為能裝配出高性能的系統(tǒng)，人們希望裝配幾十到幾百微米大小的微器件時(shí)能達(dá)到亞微米的裝配位置精度。但到目前為止，除非在目標(biāo)位置設(shè)計(jì)有定位機(jī)構(gòu)，微操作器在平面下釋放微器件的位置精度一般都只有幾微米。所以微器件裝配的位置精度也還需要進(jìn)一步提高。對(duì)于一次完成幾萬(wàn)個(gè)器件的并行微米技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種串行化的組裝方式是個(gè)速度瓶頸，必須解決裝配的速度問(wèn)題.

3.數(shù)字應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，已經(jīng)攻克的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：過(guò)程引擎技術(shù)、基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)建模技術(shù)、基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)以及基于模板的界面表現(xiàn)自動(dòng)生成技術(shù)等四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 過(guò)程引擎技術(shù)

JSOWP平臺(tái)的過(guò)程引擎（Process Engine）技術(shù)實(shí)現(xiàn)并解決了三個(gè)問(wèn)題，首先，解決了引擎功能增加的同時(shí)仍能保持較高的執(zhí)行效率的問(wèn)題;其次，解決了分布式過(guò)程引擎集群的基于特征量的負(fù)載均衡問(wèn)題;最后，實(shí)現(xiàn)了多路由復(fù)雜條件下目標(biāo)任務(wù)的最快識(shí)別與最優(yōu)調(diào)度。

3.2 基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)建模技術(shù)

通過(guò)對(duì)企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)的分析發(fā)現(xiàn)，業(yè)務(wù)的本質(zhì)是數(shù)據(jù)及其關(guān)系，而業(yè)務(wù)的表現(xiàn)正是數(shù)據(jù)及其關(guān)系的體現(xiàn)。JSOWP平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)及其關(guān)系的描述建立了過(guò)程模型（Process Model）。

3.3 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)

軟件構(gòu)件技術(shù)是軟件復(fù)用的核心技術(shù)，JSOWP平臺(tái)將通過(guò)研究構(gòu)件分類策略、組織模式及檢索策略，建立構(gòu)件庫(kù)系統(tǒng)來(lái)支持構(gòu)件的有效管理，同時(shí)提供行之有效的檢索機(jī)制方便使用者使用。

3.4 基于模板的界面表現(xiàn)自動(dòng)生成技術(shù)

目前，所有的企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，很多工作都集中在界面開(kāi)發(fā)，降低界面開(kāi)發(fā)和維護(hù)的工作量和難度就成為非常迫切的問(wèn)題。JSOWP平臺(tái)的UI引擎（UI Engine）采用了自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合的方式、利用基于數(shù)據(jù)的界面表現(xiàn)自動(dòng)生成了技術(shù)創(chuàng)建用戶界面，大大降低了界面開(kāi)發(fā)和維護(hù)的工作量。

4.飛行器復(fù)雜零件加工以及自動(dòng)組裝的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

4.1 針對(duì)復(fù)雜零件的加工過(guò)程，傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法面臨著以下挑戰(zhàn)：

目前，飛行器零件加工質(zhì)量控制通常是針對(duì)單工序的，將一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程劃分成多個(gè)工序，然后在這些工序后面加入質(zhì)量檢驗(yàn)和控制點(diǎn)，或應(yīng)用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制方法以提高該工序的質(zhì)量。它沒(méi)有考慮復(fù)雜零件加工過(guò)程中多因素耦合現(xiàn)象的存在，僅僅是對(duì)各工序的每個(gè)零件質(zhì)量特征進(jìn)行獨(dú)立分析，雖然近年來(lái)兩種質(zhì)量診斷理論和多元自動(dòng)組裝控制圖技術(shù)在這一方面有所涉及，但也僅是單獨(dú)地考慮了自動(dòng)加工的耦合或單個(gè)工序上產(chǎn)品組裝過(guò)程中的耦合，而沒(méi)有同時(shí)兼顧兩個(gè)方面，忽略了復(fù)雜零件加工過(guò)程以及組裝過(guò)程中的問(wèn)題。

4.2 由于傳統(tǒng)方法造成問(wèn)題的原因

由于傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法是基于單工序、單響應(yīng)的，屬于事后控制，缺乏主動(dòng)預(yù)測(cè)與在線控制的能力，而復(fù)雜零件加工過(guò)程是多變量、多響應(yīng)的，因此在實(shí)際加工過(guò)程中運(yùn)用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制方法很難對(duì)影響復(fù)雜零件加工質(zhì)量的過(guò)程誤差源作出及時(shí)準(zhǔn)確的診斷，不能為在線加工過(guò)程調(diào)整提供指導(dǎo)。

4.3 對(duì)于此類問(wèn)題的改進(jìn)方法

目前的質(zhì)量控制都是針對(duì)制造的某一個(gè)過(guò)程：加工或裝配來(lái)進(jìn)行的，

從實(shí)際制造情況來(lái)看，復(fù)雜零件包括加工和裝配兩個(gè)階段，產(chǎn)品的最終質(zhì)量控制成效和裝配的效能是相互關(guān)聯(lián)而密不可分的，因此從質(zhì)量控制過(guò)程來(lái)看，應(yīng)在復(fù)雜零件的加工過(guò)程中考慮其裝配特點(diǎn)，研究面向裝配的加工過(guò)程質(zhì)量控制問(wèn)題。由此可知，由于傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法不能直接應(yīng)用于復(fù)雜零件加工過(guò)程，應(yīng)針對(duì)復(fù)雜零件加工過(guò)程的實(shí)際特征和情況，研究其質(zhì)量控制技術(shù)和方法，來(lái)保證和改進(jìn)復(fù)雜零件加工過(guò)程質(zhì)量。對(duì)飛行器外形氣動(dòng)、隱身綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)這一問(wèn)題，沒(méi)有從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，而是從對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行較為準(zhǔn)確優(yōu)化建模出發(fā)，通過(guò)充分探索和利用工程系統(tǒng)中的相互作用，建模角度，考慮各學(xué)科（子系統(tǒng)）之間的相互影響，利用合適的優(yōu)化策略組織和管理優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，在一定條件下通過(guò)各種手段降低加工以及組裝的差錯(cuò)率，進(jìn)一步提高了技術(shù)的精準(zhǔn)性.

5.結(jié)語(yǔ)

本文將多飛行器的復(fù)雜零件自動(dòng)加工及組裝中幾種方法進(jìn)行結(jié)合，針對(duì)飛行器組裝以及優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，與過(guò)去的方法進(jìn)行對(duì)比，形成有效的方法來(lái)進(jìn)一步完善各個(gè)細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)，將最精準(zhǔn)的組裝方式應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中.在完成本論文的過(guò)程中，無(wú)論是將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)引入到外形設(shè)計(jì)中，將其與多目標(biāo)優(yōu)化處理方法相結(jié)合，還是對(duì)具體優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化建模并求解，都遇到了一些或大或小的困難，有些已經(jīng)得到妥善的解決，為了其在更廣泛的飛行器制造業(yè)發(fā)揮更為重要和普遍的作用，還需要更為深刻的研究。

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