分析飛機(jī)部件裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)

李竟越 練云梅

【摘 要】航空領(lǐng)域的技術(shù)水平常常是一個(gè)國家綜合國力的象征，我們的工業(yè)正向著工業(yè)4.0時(shí)代進(jìn)軍，我國飛機(jī)部件柔性裝配技術(shù)中已經(jīng)有數(shù)字化發(fā)展的趨勢，并取得了一定成果。本文針對(duì)柔性工裝領(lǐng)域中的五種關(guān)鍵技術(shù)（優(yōu)化結(jié)構(gòu)、先進(jìn)技術(shù)、數(shù)據(jù)生成、數(shù)字化、集成化）進(jìn)行了細(xì)致的討論。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)；飛機(jī)部件；部件裝配；柔性技術(shù)；數(shù)字化

在飛機(jī)制造企業(yè)當(dāng)中，柔性工裝技術(shù)是國內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。今年來，國內(nèi)外都取得了一定的研究成果。在國外，柔性工裝在飛機(jī)制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并且成果突出。其主要的特點(diǎn)是在工裝過程之中能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)陣吸附和行列式高度柱陣，并且在對(duì)接平臺(tái)方面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。在國內(nèi)，國內(nèi)相關(guān)的學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)重金合力打造，主要的研究項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)柔性對(duì)接的的組件優(yōu)化、部件數(shù)字化和大部件精細(xì)化等。研究取得了一定成果并且將研究成果運(yùn)用到了實(shí)際工作當(dāng)中。其中浙大和中行西飛公司合力打造的大部件柔性對(duì)接解決了配件安裝過程中的調(diào)姿問題。本文對(duì)柔性工裝中的關(guān)鍵技術(shù)簡要探討，僅供交流參考使用。

1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

所謂的柔性工裝其實(shí)就是指所用的工裝能夠被重復(fù)利用，其這個(gè)特性就決定了柔性工裝的制造材料必須具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度才能夠避免其定位失誤率過大。所以對(duì)于柔性工裝來說其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是提高柔性技術(shù)的重要課題。該技術(shù)主要包括：工裝結(jié)構(gòu)（特別是骨架結(jié)構(gòu)）輕量化設(shè)計(jì)優(yōu)化以及靜剛度變形分析，針對(duì)工裝應(yīng)用工況的結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，柔性工裝的柔性功能特性對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響分析，模塊化單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

2.先進(jìn)的控制技術(shù)

（1）柔性工裝控制系統(tǒng)要具備控制大量執(zhí)行元件的能力，特別是需要具備精確控制超多軸的能力。同時(shí)要求工裝控制系統(tǒng)具有開放性，伺服軸數(shù)量增減方便，而且數(shù)量增減不影響控制精度。

（2）柔性工裝控制系統(tǒng)通過控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)柔性工裝中大量定位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制，柔性工裝的功用決定了在應(yīng)用中一般只關(guān)心其各定位點(diǎn)最終的位置精度，而不關(guān)心運(yùn)動(dòng)軌跡精度，因此，柔性工裝數(shù)控系統(tǒng)一般不需具備多軸同步和插補(bǔ)功能。

（3）為適應(yīng)工裝設(shè)備一體化的發(fā)展趨勢，柔性工裝控制系統(tǒng)要能適應(yīng)多種總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以便能與其他數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)集成當(dāng)前絕大多數(shù)柔性工裝的控制系統(tǒng)都是根據(jù)柔性工裝的特點(diǎn)自主開發(fā)的專門系統(tǒng)，雖然也有部分柔性工裝采用通用的商業(yè)CNC數(shù)控系統(tǒng)（如Siemens等），但商業(yè)數(shù)控系統(tǒng)集成的許多復(fù)雜功能（如插補(bǔ)）往往得不到應(yīng)用，從而會(huì)使工裝在一定程度上存在成本浪費(fèi)。

3.工裝驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)生成技術(shù)

（1）工裝的理論驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)生成涉及到裝配仿真軟件的二次開發(fā)技術(shù)。當(dāng)前在飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域和裝配仿真中廣泛應(yīng)用的軟件環(huán)境是達(dá)索公司的CATIA和DELMIA，因此基于CATIA/DELMIA的二次開發(fā)技術(shù)是生成工裝理論驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。

（2）實(shí)測驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)主要由數(shù)字化測量設(shè)備提供，因此，基于數(shù)字化測量設(shè)備的數(shù)字化測量技術(shù)是生成柔性工裝實(shí)測驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

（3）優(yōu)化驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的生成需要集成理論數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，同時(shí)要針對(duì)飛機(jī)不同結(jié)構(gòu)的裝配特點(diǎn)具體計(jì)算。當(dāng)前主要在飛機(jī)部件裝配以及大部件對(duì)接中應(yīng)用優(yōu)化的工裝驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，因此，研究針對(duì)飛機(jī)部件裝配及大部件對(duì)接等的裝配優(yōu)化算法是生成優(yōu)化驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的核心關(guān)鍵技術(shù)。

4.精密傳感檢測技術(shù)

檢測飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)件所承受的應(yīng)力水平具有重要意義。飛機(jī)裝配中應(yīng)力檢測的需求使精密傳感技術(shù)成為柔性工裝的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前在飛機(jī)裝配中直接檢測零件的應(yīng)力水平還很困難，而通過在工裝中集成傳感檢測元件，通過測量檢測裝配過程中工裝的應(yīng)力變化和位移變化來反求零件應(yīng)力應(yīng)變水平則相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)工裝中集成傳感檢測元件，通過與控制系統(tǒng)集成，可根據(jù)傳感檢測元件的讀數(shù)來調(diào)整裝配過程中的工裝運(yùn)動(dòng)，使柔性工裝成為一種被動(dòng)式的“自適應(yīng)”工裝，從而可減少或消除裝配中的強(qiáng)迫裝配及其形成的裝配應(yīng)力。因此，針對(duì)柔性工裝結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特點(diǎn)的傳感檢測技術(shù)也是柔性工裝的一些重要技術(shù)。

5.系統(tǒng)集成技術(shù)

（1）現(xiàn)代飛機(jī)行業(yè)中生產(chǎn)數(shù)量和生產(chǎn)質(zhì)量的需要，使得柔性工裝發(fā)生了非常大的改變。與傳統(tǒng)的裝配相比，飛機(jī)組件、部件、和部件對(duì)接不在是一個(gè)簡單的機(jī)械安裝，現(xiàn)階段的機(jī)械安裝正在朝著信息化的方向發(fā)展，很多裝配工作都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，通過電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)各種操作軟件和相應(yīng)的控制單元，相關(guān)的操作工人只要通過電腦就能指揮裝配車間的一線工作。這樣一來，裝配的效率提高了，裝配的質(zhì)量也提高了，因?yàn)闄C(jī)械安裝的誤差基本就是設(shè)備帶來的誤差，這個(gè)誤差是可以進(jìn)行準(zhǔn)確地近似估算，但是人工操作產(chǎn)生的誤差則不然，另外，人為裝配還可能出現(xiàn)主觀性的錯(cuò)誤而影響質(zhì)量?？傊?，工裝正朝著安裝程序系統(tǒng)化和集成化的方向發(fā)展，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效益和員工勞動(dòng)強(qiáng)度都有非常大的益處。

（2）該工裝的集成化發(fā)展方向中的技術(shù)主要是對(duì)應(yīng)用到的技術(shù)的使用條件的進(jìn)行細(xì)致的分析，對(duì)各種技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行整合，對(duì)技術(shù)中的各種數(shù)據(jù)的走向進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)系統(tǒng)綜合運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試等等多個(gè)方面。飛機(jī)制造企業(yè)在工業(yè)3.0時(shí)代中因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)的原因而大力發(fā)展，因此柔性工裝技術(shù)是該行業(yè)的競爭核心，此外，企業(yè)要通過集成化的方式來提高工作效率同時(shí)減少人力勞動(dòng)的使用，從而降低生產(chǎn)成本來提高經(jīng)濟(jì)效益。從柔性裝配技術(shù)自身來說，可以通過工藝流程的設(shè)置而進(jìn)一步降低企業(yè)的設(shè)備成本，具體說來就是在調(diào)整方式方面，運(yùn)用被動(dòng)式，這樣就能夠把電機(jī)的使用數(shù)量降到最低，同時(shí)也能減少相應(yīng)的多軸數(shù)數(shù)字控制系統(tǒng)，最終達(dá)到了成本最低化的目的。對(duì)此，國外研究人士認(rèn)為還可以將生產(chǎn)線上的相關(guān)工作人員的工作任務(wù)由智能機(jī)器人來代替，這樣能夠排除人為主觀因素而來的誤差，這個(gè)想法非常貼合工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢，但是這對(duì)于編程的準(zhǔn)確性和智能機(jī)器人靈活處理突發(fā)事故的能力提出了更高的要求。

（3）柔性工裝技術(shù)的發(fā)展需要相關(guān)的理論和方法的支持，所以要對(duì)柔性工裝技術(shù)中涉及的核心技術(shù)和柔性技術(shù)的在趨勢，運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，通過各個(gè)領(lǐng)域中尖端人員的合力研究促進(jìn)技術(shù)的全面成熟和進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)現(xiàn)有的柔性工裝技術(shù)結(jié)構(gòu)，我國飛機(jī)組件裝配、部件裝配和部件對(duì)接等，都能夠充分應(yīng)用該技術(shù)，飛機(jī)企業(yè)的裝配環(huán)節(jié)能夠提高效率，降低相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化，這正是工業(yè)4.0發(fā)展的方向。

6.結(jié)語

雖然我國航天領(lǐng)域中的柔性工裝技術(shù)突飛猛進(jìn)，但是較之直接前沿研究成果而言，還有很大的提升空間。在柔性技術(shù)研究當(dāng)中，我國在很多方面比較突出，但是還有很多研究方面處于研究空缺狀態(tài)，這就需要相關(guān)的科研人員加大科研力度，開拓視野努力鉆研，填補(bǔ)技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域中的平衡發(fā)展，從而提高我國在柔性技術(shù)方面研究的綜合實(shí)力。現(xiàn)階段需要我們工作人員攻克工裝技術(shù)的壁壘，填補(bǔ)技術(shù)空缺，從而協(xié)調(diào)柔性技術(shù)的綜合發(fā)展，推進(jìn)我國航天領(lǐng)域中的數(shù)字化進(jìn)程。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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