機(jī)器人技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用

任宇航

中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司 陜西西安 710089

1 機(jī)器人技術(shù)在航空制造業(yè)中面臨的挑戰(zhàn)

新型材料的使用、柔性化制造的需求使得航空制造業(yè)非常期待機(jī)器人技術(shù)的融入，同時(shí)機(jī)器人位置精度的提高、負(fù)載能力的增強(qiáng)、實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的高速發(fā)展也為機(jī)器人技術(shù)在航空制造業(yè)得到青睞提供了機(jī)遇。但就目前來(lái)說(shuō)和汽車及家電制造業(yè)一樣，機(jī)器人技術(shù)要在航空制造業(yè)中也是休斯公司、道格拉斯等飛機(jī)制造公司對(duì)機(jī)器人的使用采取謹(jǐn)慎態(tài)度的原因之一。①傳統(tǒng)制造工藝面臨挑戰(zhàn)。我國(guó)航空工業(yè)主要是通過(guò)仿制國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品發(fā)展起來(lái)的，未能及時(shí)開(kāi)發(fā)與更新制造技術(shù)。原有的工裝及部分加工工藝已成為機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)制造的絆腳石。②系統(tǒng)集成技術(shù)亟待提高。目前工業(yè)機(jī)器人及精密測(cè)量技術(shù)已相對(duì)成熟，但由于航空工業(yè)的特殊性，不同的加工工件及不同加工材料對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)形式及性能要求千變?nèi)f化，周邊設(shè)備的布置方式也不盡相同，因此機(jī)器人，末端執(zhí)行器、測(cè)試標(biāo)定單元、周邊設(shè)備等子系統(tǒng)的集成融合難度較大，類似于流水線式的生產(chǎn)方式難以形成。況且，目前用于航空制造業(yè)的機(jī)器人技術(shù)集成商還沒(méi)有，研制開(kāi)發(fā)單位多集中于高校及科研院所得到廣泛應(yīng)用，還面臨很多挑戰(zhàn)[1]。

2 機(jī)器人技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用

（1）智能化柔性制作系統(tǒng)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，航天器的制造具有一定的復(fù)雜性，而且對(duì)其制作質(zhì)量的要求比較高。尤其在實(shí)際制造中，對(duì)柔性制造更加關(guān)注和重視。通常情況下，需要進(jìn)行柔性制造的部件比較多。例如，飛機(jī)的尾翼、垂翼都是復(fù)雜曲面的，而且直接關(guān)系著飛機(jī)飛行的速度與安全性，所以其柔性制造質(zhì)量必須要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這就需要充分發(fā)揮機(jī)器人技術(shù)的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)航天器柔性制造。要將移動(dòng)機(jī)器人合理的融入智能化柔性制造系統(tǒng)中，而且在該系統(tǒng)中，導(dǎo)航、控制等系統(tǒng)主要發(fā)揮著輔助性作用，而機(jī)器人則是主要的執(zhí)行者，是完成柔性制造的關(guān)鍵性力量。其中，機(jī)器人在執(zhí)行具體工作時(shí)，需要通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)來(lái)給其分配工作任務(wù)。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行工作時(shí)，也離不開(kāi)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行智能控制，提升其工作的質(zhì)量。而且在多個(gè)機(jī)器人進(jìn)行柔性制造時(shí)，該系統(tǒng)還可以對(duì)多個(gè)機(jī)器人進(jìn)行合理控制，使其有序進(jìn)行各自的任務(wù)，既提升了制造效率，又能確保其質(zhì)量符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與要求。為了更好的完成柔性制造，實(shí)現(xiàn)不同工藝自動(dòng)化，還需要建立相應(yīng)的機(jī)器人柔性平臺(tái)。該平臺(tái)的建立能夠有效實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)量，不僅能夠提升機(jī)器人的精準(zhǔn)定位度，而且還有利于縮短制品的生產(chǎn)周期，對(duì)柔性航空器的制作具有重要的意義。

（2）機(jī)器人涂覆系統(tǒng)。機(jī)器人涂覆系統(tǒng)的建立主要是為了提升航天器的制造質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，由于飛機(jī)在飛行過(guò)中比較容易出現(xiàn)器件表面結(jié)冰的情況。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的凍化，不僅會(huì)影響其外觀的美觀度，而且還會(huì)影響航天器件的使用性能，進(jìn)而會(huì)縮短其使用壽命，這時(shí)就需要給這些比較容易結(jié)冰的航天器上涂抹結(jié)冰涂料。但由于航天器與人們生命安全、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，所以即使是涂覆工作，對(duì)其要求也是比較高的。從當(dāng)前該工作的情況來(lái)看，人工涂覆出現(xiàn)了各種問(wèn)題，使其最終質(zhì)量難以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，這就需要利用機(jī)器進(jìn)行機(jī)體表面涂覆工作，因此要建立并完善機(jī)器人涂覆系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的人工涂覆相比，機(jī)器人涂覆更能確保涂覆的一致性。由于航天器都是比較龐大的，在進(jìn)行機(jī)體涂覆工作時(shí)候，需要很多工作人員劃分區(qū)域進(jìn)行涂覆，雖然所使用的涂覆材料是一樣，但是由于每個(gè)工作人員的技術(shù)水平參差不齊，所以很難確保涂覆的一致性。因此，在人工進(jìn)行涂覆后，還需要進(jìn)行相應(yīng)的打磨工作，不僅浪費(fèi)了大量資金，而且也降低了制造效率。而機(jī)器人涂覆有效彌補(bǔ)了這一不足。采用機(jī)器人技術(shù)，更能確保產(chǎn)品的質(zhì)量，提升其的精確度。一方面，避免了材料浪費(fèi)，另一方面，還對(duì)其生產(chǎn)成本進(jìn)行了有效控制，有利于提升航天工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，進(jìn)而促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。

（3）多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，提高工作效率。在航天工業(yè)生產(chǎn)與制作過(guò)程中，會(huì)涉及到很多復(fù)雜的裝備，而且很多零部件都比較大且有一定重量。在傳統(tǒng)作業(yè)中，主要是憑借機(jī)械臂進(jìn)行搬運(yùn)。而在現(xiàn)階段，航天工業(yè)得到了進(jìn)一步發(fā)展，其工作任務(wù)不僅變得更加復(fù)雜，而且涉及的零部件種類也更加多，這就需要通過(guò)多機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)的方式，來(lái)滿足現(xiàn)代航天工業(yè)的發(fā)展需求。在這一工作中，所應(yīng)用的機(jī)器人主有兩種形式，一種是松耦合機(jī)器人，另一種形式是緊耦合。在兩種形式機(jī)器人的配合下，可以提升作業(yè)的效率[2]。

（4）機(jī)器人焊接系統(tǒng)。焊接是航天工業(yè)生產(chǎn)制造中必不可少的一項(xiàng)工作任務(wù)，對(duì)飛機(jī)整體質(zhì)量具有重要的影響。在焊接工作中，合理的融入機(jī)器人技術(shù)不僅能夠提高焊接的效率，而且也有利于提升焊接的質(zhì)量，進(jìn)而提升飛機(jī)的安全性。尤其是在焊接工作中，會(huì)出現(xiàn)一些復(fù)雜曲面的焊接工作，給相關(guān)人員增加了焊接難度，同時(shí)也很難達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與要求。因此，建立機(jī)器人焊接系統(tǒng)是十分必要的，可以實(shí)現(xiàn)焊接的自動(dòng)化，確保其焊接工作順利進(jìn)行[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)之中已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，在飛機(jī)數(shù)字化裝配之中也能獲得了非常好的效果。在未來(lái)，需要提升工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，使其與其他自動(dòng)化較高行業(yè)獲得同樣進(jìn)步速度。總之，工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際工作中也可以為制造業(yè)提供具大幫助，提高其自動(dòng)化程度，可以為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展提供更大幫助。