飛機裝配智能制造體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)

趙越

【摘?要】智能裝配關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建航空發(fā)動機智能裝配技術(shù)體系總體框架，為即將量產(chǎn)機型或新機研制裝配生產(chǎn)提供新技術(shù)、新方法，加強中國發(fā)動機制造裝配技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)，為不久的將來能夠制造出具有競爭力的國產(chǎn)航空發(fā)動機高端裝備提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】飛機裝配;智能制造體系;關(guān)鍵技術(shù)

前言

當今航空工業(yè)迅猛發(fā)展，飛機的研制任務(wù)日益增多，航空運輸業(yè)的快速發(fā)展帶來新型飛機需求量的急劇增長，傳統(tǒng)的機庫式飛機裝配模式，各個工序之間相互影響、互相牽制，直接影響物料、人員、設(shè)備、工具等的高效使用，導致現(xiàn)場問題反饋和處理緩慢、裝配周期長，這樣的裝配模式已無法適應(yīng)現(xiàn)代飛機快速研制的要求。為滿足新的業(yè)務(wù)需求和挑戰(zhàn)，智能制造體系應(yīng)運而生。

1智能化裝配技術(shù)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

1.1裝配工藝規(guī)劃重組和節(jié)拍優(yōu)化，不確定性因素多

基于傳統(tǒng)固定站位裝配模式的變革，需要從裝配工藝源頭開始進行工藝梳理，重點對工藝防錯、防呆、防漏優(yōu)化重組，結(jié)合發(fā)動機裝配的構(gòu)成，按站位合理分解裝配工藝路線、節(jié)拍控制、裝配任務(wù)、裝配BOM、工藝裝備、檢測設(shè)備及器具等，涉及業(yè)務(wù)面廣、協(xié)調(diào)難度大、硬件投入成本高，諸如此類的問題將帶來很多不確定因素。

1.2裝配線建設(shè)技術(shù)路線不清晰，風險大

國外航空發(fā)動機制造商，根據(jù)飛機總裝脈動生產(chǎn)線的成功應(yīng)用經(jīng)驗，結(jié)合新一代發(fā)動機的技術(shù)特點，借鑒水平脈動式裝配模式，實現(xiàn)精益化制造，極大地提高了裝配效率;而國內(nèi)長期以來受技術(shù)體系習慣約束，航空發(fā)動機裝配仍沿用“兩裝兩試”的串行裝配流程和相配套零件制造工藝，單元體模塊化設(shè)計的獨立性、通用性均不強，單項關(guān)鍵新技術(shù)、新裝備運用不成熟，信息化管理存在盲區(qū)。

1.3裝配模式受習慣性束縛，改變困難，效率低

航空發(fā)動機裝配習慣于傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織形式、生產(chǎn)流程和工裝工具。工藝規(guī)范體系不系統(tǒng)、不配套、不統(tǒng)一，涉及人員頻繁離線、清洗、標印、領(lǐng)物料、尋找工具、工裝等。以可視化和信息化為代表的新技術(shù)運用，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝設(shè)備不配套、不融合，資源數(shù)據(jù)信息不完整、更新不及時，人機交互不友好，極大地影響工作效率，與生產(chǎn)人員績效考核指標抵觸，使生產(chǎn)組織模式變革的阻力加大。

1.4裝配物料信息交互實時性差，配送環(huán)節(jié)不暢通

航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)包括數(shù)千或上萬個零件以及由這些零件組成的組件、部件、單元體和系統(tǒng)附件及成品件。其中存在裝配執(zhí)行過程中的零部件信息標識、識別管理、質(zhì)量追溯困難等問題。物料信息采用人工傳遞，實時性差，物料配送效率不高，對于裝配現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量問題，配送料響應(yīng)性慢等問題普遍存在，嚴重影響整體交付周期。

1.5信息化技術(shù)實施深度不夠，缺乏制造數(shù)據(jù)源

發(fā)動機的裝配信息流包括裝配工藝數(shù)據(jù)管理、設(shè)備狀態(tài)管理、執(zhí)行過程管理、質(zhì)量狀態(tài)控制等執(zhí)行層面數(shù)據(jù)。其業(yè)務(wù)流程復雜，質(zhì)量要求嚴格?；诠潭ㄕ疚粋鹘y(tǒng)裝配模式，配套工裝、工具和檢測器具，采用機械式或半自動化設(shè)備，無法完成與信息化管控系統(tǒng)的深度集成，缺少數(shù)據(jù)采集所必要的傳感器軟硬件接口，造成發(fā)動機采集質(zhì)量數(shù)據(jù)不完整，物料信息、生產(chǎn)進度、設(shè)備狀態(tài)無法及時準確獲得，生產(chǎn)計劃自動排產(chǎn)失效，制造質(zhì)量數(shù)據(jù)可信度不高。

2智能化裝配技術(shù)體系

2.1規(guī)劃仿真優(yōu)化技術(shù)

針對發(fā)動機裝配產(chǎn)能需求，根據(jù)生產(chǎn)線建設(shè)條件，基于數(shù)字化環(huán)境下對單元體和總裝產(chǎn)線的相關(guān)工裝、設(shè)備、物流系統(tǒng)等進行布局建模，根據(jù)裝配工藝流程虛擬動態(tài)模擬產(chǎn)品的生產(chǎn)制造流程仿真，評估并及時發(fā)現(xiàn)單機或混線生產(chǎn)中制約產(chǎn)線平衡的瓶頸因素、裝配工藝可行性、裝配操作人機工程可達性等仿真，從而制定出前瞻性的決策和優(yōu)化實施方案，使產(chǎn)線產(chǎn)能布局最優(yōu)、效率最高，減少產(chǎn)線硬件成本投入和縮短建設(shè)周期，降低產(chǎn)線構(gòu)建的風險。

2.2智能檢測技術(shù)

在發(fā)動機裝配過程中，如葉尖間隙測量、裝配深度尺寸測量，管路裝配檢查等，使用的檢具形式主要采用機械式檢具，以手工測量肉眼讀取完成，測量結(jié)果由檢驗人員手工記錄，而對發(fā)動機外部裝配如管路裝配、保險絲等，檢查往往依靠人工目測，檢查手段簡單且評判標準難以統(tǒng)一，在實際執(zhí)行過程中發(fā)動機外部錯（漏）裝、錯（漏）保、磕碰劃傷及管路間隙不合格等外觀質(zhì)量問題頻發(fā)。主要技術(shù)研究重點：（1）在線數(shù)字化測量和分析技術(shù);（2）基于人工智能外部裝配質(zhì)量智能檢測技術(shù)，對裝配管路、保險絲等按要求進行檢查;（3）單元體自動對中檢測技術(shù)。

2.3智能裝備應(yīng)用技術(shù)

發(fā)動機裝配存在大量對接裝配，需采用螺栓連接、大過盈量的軸孔配合等，對擰緊力矩、壓裝力和位置具有精確控制要求。航空發(fā)動機的裝配操作步驟多、結(jié)構(gòu)復雜，作業(yè)交叉現(xiàn)象嚴重，傳統(tǒng)裝配托架無法滿足現(xiàn)有發(fā)動機多方位、多角度的裝配需求;對于傳統(tǒng)總裝脈動裝配需要用行車吊運方式在1個工位裝配完成后，到下1個工位繼續(xù)裝配，無法滿足脈動生產(chǎn)的節(jié)拍需求;對于動力渦輪類相對質(zhì)量較大零部件的安裝，操作人員難以用托舉來完成對其進行位姿調(diào)整和對接，使之易發(fā)生磕碰，損傷產(chǎn)品的風險較高等。針對上述情況，結(jié)合發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點定制化開發(fā)智能裝備與智能管控系統(tǒng)集成，實現(xiàn)裝配過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動采集、分析、決策和追溯。通過智能化裝配應(yīng)用，提高發(fā)動機的裝配質(zhì)量和穩(wěn)定性。當前主要技術(shù)研究重點：（1）航空發(fā)動機裝配緊固件智能擰緊技術(shù);（2）關(guān)重件精密配合力位控制精準壓裝技術(shù);（3）發(fā)動機裝配支撐多自由度柔性定位技術(shù);（4）基于AGV移載脈動裝配輸送對接技術(shù);（5）外部管路AR輔助裝配技術(shù);（6）人機協(xié)作輔助裝配技術(shù);（7）基于機器人自動化涂膠技術(shù);（8）基于水平懸掛式脈動裝配輸送系統(tǒng)。

結(jié)束語

總之，智能化航空裝配生產(chǎn)線是借助數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，通過集成、仿真、分析、控制等手段，實現(xiàn)航空脈動裝配生產(chǎn)線的動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行。

參考文獻：

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（作者單位：中航飛機股份有限公司）