飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的低成本化

【摘要】近些年來，飛機裝配中工裝的主要體現(xiàn)形式是數(shù)字化的柔性工裝。柔性工裝通過它的軟件系統(tǒng)以及硬件系統(tǒng)，充分實現(xiàn)了工裝的自動以及柔性的重構(gòu)作用?？墒侨嵝怨ぱb的具體特征決定了其具有較高的制作成本。本文主要是以飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的低成本化為研究對象，之后通過飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的組成以及特性、飛機數(shù)字化裝配柔性工裝低成本化的思路、飛機數(shù)字化裝配柔性工裝低成本化的方法三個方面對研究對象進行進一步的探討和研究。

【關(guān)鍵詞】飛機；數(shù)字化；柔性工裝；低成本化

近些年來，飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的使用范圍越來越廣，這樣不但把工裝的數(shù)量大幅度降低，飛機產(chǎn)品的生產(chǎn)以及準(zhǔn)備的周期也逐漸縮短，另外整架飛機的裝配制造成本也減少了，這些都是飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的主要特點。柔性工裝的優(yōu)點雖然很多，可是它的結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)的工裝復(fù)雜很多，同時柔性工裝設(shè)備化以及系統(tǒng)化的發(fā)展方向，大大提高了單件柔性工裝的生產(chǎn)成本。當(dāng)代飛機的精益性要求非常高，目前已經(jīng)把柔性工裝的低成本化當(dāng)成了減少飛機生產(chǎn)成本的一個突破口。從當(dāng)前情況來看，利用減少柔性工裝的生產(chǎn)成本來逐步降低飛機的生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為國際上研究的主要方向。而對柔性工裝低成本化的進一步探討和研究，也成為了目前對柔性工裝研究的主要議題。

1、飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的組成以及特性

在當(dāng)代的飛機裝配當(dāng)中使用數(shù)字化柔性工裝的目的是為了能夠進一步提高飛機裝配中工裝的快速應(yīng)變能力以及產(chǎn)品的變化能力。柔性工裝主要是由硬件以及軟件兩個部分組成的，軟件一般包含測量、控制、優(yōu)化計算以及裝配仿真等軟件；硬件一般包含結(jié)合在一塊兒的很多模塊化的結(jié)構(gòu)單元、數(shù)字化測量的設(shè)備以及控制系統(tǒng)等。柔性工裝的主要特性是數(shù)字化、柔性化、自動化以及模塊化。柔性化的特征主要體現(xiàn)在工裝有著迅速重構(gòu)以及調(diào)整的能力，因而一套工裝能夠用在很多產(chǎn)品的裝配上面，該特征是柔性工裝的最主要特征；數(shù)字化的特征主要表現(xiàn)在柔性工裝從設(shè)計到使用的整個過程都是使用數(shù)字量的傳遞方法來傳遞的，它是一種數(shù)字化工裝；模塊化主要表現(xiàn)在柔性工裝是由一些有著模塊化特征的多個單元來構(gòu)成的，模塊化結(jié)構(gòu)單元的重新構(gòu)成讓工裝的柔性得以實現(xiàn)。

2、飛機數(shù)字化裝配柔性工裝低成本化的思路

從柔性工裝的結(jié)構(gòu)以及特征上來看，工裝軟件系統(tǒng)的成本基本上是固定的，所以，要想把柔性工裝的成本進一步降低一定要對它的硬件系統(tǒng)進行充分的考慮。其中主要體現(xiàn)在以下幾點：第一，工裝的機械構(gòu)成上，可以從幾個方面來降低柔性工裝的成本，如材料選擇的方面，零件加工的方面，安裝工藝的方面等，盡可能的去選擇一些性價比比較高的結(jié)構(gòu)件，對工裝的機械結(jié)構(gòu)盡可能的優(yōu)化，在確保柔性工裝的強度以及剛度要求的前提下，對材料進行優(yōu)化設(shè)計，盡量降低材料的損耗。第二，柔性工裝和傳統(tǒng)的剛性工裝來比較，成本提高的核心原因是控制系統(tǒng)增加，特別是那些需要對各個定位點進行主動調(diào)整的工裝，其多軸數(shù)控系統(tǒng)的增多，直接引起工裝生產(chǎn)成本的增加。所以，從控制系統(tǒng)的角度出發(fā)來降低柔性工裝的生產(chǎn)成本是一個很好的方法。第三，除了以上的方法之外，伴隨當(dāng)代飛機結(jié)構(gòu)件剛性的增強，可以考慮一下在飛機的裝配中采取不用工裝來進行裝配的辦法，通過減少工裝的數(shù)量，來把飛機的生產(chǎn)成本降下來。所以，不用工裝進行直接裝配的辦法，也是減少工裝成本的一個主要思路。

3、飛機數(shù)字化裝配柔性工裝低成本化的方法

3.1機械結(jié)構(gòu)

柔性工裝的機械結(jié)構(gòu)一般包含很多模塊化的單元以及工裝的骨架。一般來說，要給模塊化單元提供足夠的運動空間，這樣可以增強工裝的適用性。模塊化單元的結(jié)構(gòu)相對緊湊，從它的結(jié)構(gòu)上來降低工裝的成本不是很容易。而相對而言，工裝的骨架結(jié)構(gòu)一般比較簡單，而且尺寸也比較大，都是一些梁架結(jié)構(gòu)，還可以進行一定的優(yōu)化。所以，應(yīng)該著重從工裝骨架的角度來對降低柔性工裝成本的方法進行深入研究。減少柔性工裝骨架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本，一般要考慮以下兩個方面：一是，材料的選取方面；二是，連接方式。詳細的論述如下：第一，工裝的骨架結(jié)構(gòu)盡可能選擇型材等一些標(biāo)準(zhǔn)件，一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)的型材使用的比較廣泛，成本一般也比較低，而且用不著加工，只要按照工裝的功能以及需求剪下所要求的長度就可以了。比方說，骨架的梁結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用一些標(biāo)準(zhǔn)的矩形截面以及方形截面的型材，這樣不僅可以把工裝的材料成本降低，同時還能夠盡力實現(xiàn)工裝骨架的穩(wěn)定性。第二，工裝骨架結(jié)構(gòu)的連接最好使用螺接，這種連接方法是可以拆卸的，在接頭的地方利用螺栓把各種的型材連到一塊兒，之后通過連接件所形成的摩擦力把型材固定在相應(yīng)的位置，這樣不但可以確保骨架結(jié)構(gòu)的剛度，還可以確保骨架材料在卸下來之后還能夠重復(fù)性的使用，進而把工裝的成本降低。所以，使用標(biāo)準(zhǔn)的型材，并且應(yīng)用螺接的方法來對柔性工裝的骨架進行構(gòu)建，是可以有效降低工裝生產(chǎn)成本的重要方法。具體如下圖所示：

3.2控制系統(tǒng)

一般情況下，減少柔性工裝控制系統(tǒng)的成本，主要考慮兩個方面的內(nèi)容：一是可以考慮從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上減少工裝的成本；二是可以考慮從取消專用控制系統(tǒng)的方面減少工裝的成本。詳細的論述如下文所示：第一，在對控制系統(tǒng)進行考慮的前提下，把工裝中各調(diào)形單元的調(diào)形方式進行改變，把多個并行調(diào)整轉(zhuǎn)變成為逐個串行調(diào)整。在當(dāng)代的柔性工裝系統(tǒng)當(dāng)中，大部分是使用調(diào)形單元同步并行的調(diào)形方式，使用這樣的調(diào)形方式，工裝控制系統(tǒng)就得需要一個超多軸的并且是專用的數(shù)控系統(tǒng)，這就加大了整個工裝的生產(chǎn)成本。然而要是把工裝的單元調(diào)形方式由并行調(diào)整向串行調(diào)整來轉(zhuǎn)變，就能夠進一步的簡化控制系統(tǒng)。第二，把柔性工裝的調(diào)整方式逐漸由主動式調(diào)整向被動式調(diào)整來轉(zhuǎn)變，利用取消柔性工裝專用調(diào)形控制系統(tǒng)的方法來進一步降低柔性工裝的生產(chǎn)成本。柔性工裝如果使用主動的調(diào)整方式，要想完成控制操作，還需要增設(shè)專門的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)數(shù)量的增加，進而造成工裝成本增加。所以，需要把工裝的調(diào)整方式逐步由主動方式向被動方式轉(zhuǎn)變才可以降低工裝的制造成本。

4、結(jié)語

綜上所述，從目前的情況來看，柔性工裝的低成本化是當(dāng)代飛機數(shù)字化裝配工裝發(fā)展的主要方向，而對柔性工裝低成本化方法的進一步研究與使用，不但有利于對柔性工裝的深入探討和研究，還可以進一步提高飛機產(chǎn)品的精益性，意義非常重大。

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