飛機(jī)裝配智能制造體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)

李金達(dá)

中航飛機(jī)股份有限公司 陜西西安 710089

1 飛機(jī)智能化裝配技術(shù)特征

1.1 智能感知

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)和激光跟蹤儀與iGPS技術(shù)結(jié)合的智能感知技術(shù)，通過配置各類傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備、工裝、物料和量具等多類制造要素進(jìn)行全面感知，實(shí)現(xiàn)裝配過程中人與資源的深度互聯(lián)，從而確保裝配過程中多源信息的實(shí)時(shí)、精確和可靠獲取。

1.2 實(shí)時(shí)分析

對(duì)裝配過程中的制造數(shù)據(jù)、智能工裝數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、傳輸和處理，然后將這些多源、分散的裝配現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用于準(zhǔn)確執(zhí)行和智能決策的可視化數(shù)據(jù)。

1.3 自主決策

智能制造不僅僅是利用現(xiàn)有的知識(shí)庫(kù)指導(dǎo)制造行為，同時(shí)具有自學(xué)習(xí)功能，能夠在制造過程中不斷地充實(shí)制造知識(shí)庫(kù)，更重要的是還有搜集與理解制造環(huán)境信息和制造系統(tǒng)本身的信息，并自行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，其“制造資源”具有不同程度的感知、分析與決策功能，能夠擁有或擴(kuò)展人類智能，使人與物共同組成決策主體，促使信息物理融合系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更深層次的人機(jī)交互與融合。

1.4 準(zhǔn)確執(zhí)行

通過傳感器、RFID等獲取的裝配過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算手段進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，再通過自主決策機(jī)制實(shí)現(xiàn)裝配規(guī)劃自主化，最終驅(qū)動(dòng)智能化裝配工藝裝備完成準(zhǔn)確執(zhí)行。裝配過程的準(zhǔn)確執(zhí)行是使裝配過程處于最優(yōu)效能狀態(tài)的保障，是實(shí)現(xiàn)智能裝配的重要體現(xiàn)[1]。

2 飛機(jī)智能化裝配關(guān)鍵技術(shù)

2.1 柔性裝配工藝裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)

柔性工裝的特點(diǎn)主要通過可自動(dòng)調(diào)整的模塊化結(jié)構(gòu)單元來體現(xiàn)，自動(dòng)重構(gòu)要依靠在線測(cè)量數(shù)據(jù)和控制技術(shù)來完成。柔性工裝的控制系統(tǒng)具有與普通數(shù)控機(jī)械的許多不同之處，表現(xiàn)在控制軸數(shù)多，傳輸數(shù)據(jù)量大；軸管理參數(shù)復(fù)雜，難度較大；物理地址復(fù)雜，邏輯映射關(guān)系復(fù)雜；電機(jī)行走，布線困難。這些特性增加了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和施工難度，此外工裝控制系統(tǒng)要具有開放性，模塊化單元數(shù)量增減不會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成影響。

2.2 飛機(jī)裝配過程建模與仿真優(yōu)化技術(shù)

根據(jù)飛機(jī)裝配過程的實(shí)際需求，提出其制造過程建模與仿真優(yōu)化技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。飛機(jī)裝配過程建模與仿真優(yōu)化技術(shù)作為先進(jìn)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)與優(yōu)化工具，可以對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)進(jìn)行深入分析評(píng)價(jià)與優(yōu)化。首先，結(jié)合飛機(jī)裝配工藝路徑規(guī)劃、裝配物料清單和實(shí)際的裝配路線布局，采用多粒度建模方式對(duì)飛機(jī)裝配線進(jìn)行1∶1虛擬建模，通過仿真評(píng)估模塊對(duì)仿真模型進(jìn)行有效性評(píng)估，保證所建立的飛機(jī)裝配模型能滿足后續(xù)的在線仿真和優(yōu)化的需要。其次，分析和評(píng)估該裝配的制造能力，確定裝配瓶頸環(huán)節(jié)。然后，根據(jù)要求進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果修改模型，直到方案滿足給定要求。最后，對(duì)滿足條件的飛機(jī)裝配過程仿真模型進(jìn)行在線仿真，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由MES系統(tǒng)采集得到，包括人員工作狀態(tài)信息、物料狀態(tài)信息、工件狀態(tài)信息、測(cè)試設(shè)備狀態(tài)信息、物流狀態(tài)信息和裝配進(jìn)度信息等，由這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真模型運(yùn)行，并實(shí)時(shí)比對(duì)當(dāng)前的工作進(jìn)度和仿真進(jìn)度[2]。

2.3 面向飛機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)裝配的云服務(wù)技術(shù)

面向飛機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)裝配的云服務(wù)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有信息化制造（信息化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、仿真、管理和集成）技術(shù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算、智能科學(xué)和高效能計(jì)算等新興信息技術(shù)。將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務(wù)化，構(gòu)成制造資源和制造能力的服務(wù)云池，并進(jìn)行統(tǒng)一、集中的優(yōu)化管理和經(jīng)營(yíng)，用戶只要通過云端就能隨時(shí)隨地按需獲取制造資源與能力服務(wù)，進(jìn)而智慧地完成其制造全生命周期的各類活動(dòng)。面向飛機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)裝配的云服務(wù)技術(shù)的重點(diǎn)在于支持飛機(jī)裝配資源的動(dòng)態(tài)共享與協(xié)同。

2.4 智能裝配制造執(zhí)行技術(shù)

智能裝配中的制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)是集智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)測(cè)、智能調(diào)度、智能診斷和智能決策于一體的智能化應(yīng)用管理體系。為此，需要研究MES對(duì)裝配知識(shí)的管理技術(shù)；研究人工智能算法與MES的融合技術(shù)，使MES具備模擬專家智能活動(dòng)的能力，并具有自組織能力，實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體的裝配過程優(yōu)化；研究MES對(duì)生產(chǎn)行為的實(shí)時(shí)化、精細(xì)化管理技術(shù)；最后，研究生產(chǎn)管控指標(biāo)體系的實(shí)時(shí)重構(gòu)技術(shù)，進(jìn)而適應(yīng)裝配環(huán)境和裝配流程的改變[3]。

3 飛機(jī)裝配智能制造體系的建設(shè)

對(duì)于現(xiàn)階段的飛機(jī)裝配制造工藝零件來說，大部分的零部件都具有較高的精度，能夠在一定程度上滿足飛機(jī)智能技術(shù)的要求，并且能夠解決飛機(jī)裝配過程中數(shù)字化和自動(dòng)化程度較低的問題。針對(duì)以上的問題，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，現(xiàn)階段已經(jīng)采取了一些手段進(jìn)行解決。第一，智能設(shè)備載體層的引進(jìn)。第二，數(shù)據(jù)采集分析層的建立。第三，制造執(zhí)行與優(yōu)化層的建立以及最后是系統(tǒng)集成層的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)的裝配智能制造技術(shù)是現(xiàn)階段高科技水平之下的成果，能夠?qū)⒒ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)以及云計(jì)算和人工技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而形成完善的飛機(jī)智能裝配體系，有效將飛機(jī)的裝配系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造，以提高執(zhí)行能力和決策能力。并且由于飛機(jī)智能技術(shù)的廣泛使用，對(duì)未來的高度智能化以及柔性化的飛機(jī)智能體系都有著非常重要的意義。相信通過此次討論，能夠在一定的程度上提高飛機(jī)裝配智能制造體系構(gòu)建和關(guān)鍵技術(shù)研究。