飛機(jī)起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線智能制造技術(shù)研究

王奉龍，郭 輝，李 薇，嚴(yán)山欽

(中航飛機(jī)股份有限公司 長沙起落架分公司，陜西 漢中 723000)

脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線(Pulse Assembly Lines)是由Ford公司移動(dòng)式汽車生產(chǎn)線衍生而來，是連續(xù)移動(dòng)裝配生產(chǎn)線的過渡階段，不同的是脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線可以設(shè)定緩沖時(shí)間，對生產(chǎn)節(jié)拍要求不高，裝配工作全部完成時(shí)，生產(chǎn)線就脈動(dòng)一次[1]。傳統(tǒng)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線主要由脈動(dòng)主體、物流供給系統(tǒng)、可視化管理系統(tǒng)、技術(shù)支持四部分組成。隨著精益制造思想逐步向飛機(jī)制造企業(yè)滲透，高效率、低成本的移動(dòng)式裝配生產(chǎn)線已成為波音、空客等國際先進(jìn)航空制造公司的發(fā)展方向，為此亟需開展起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線研究，實(shí)現(xiàn)裝配模式迭代升級。

1 起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線方案

起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線是一種按節(jié)拍移動(dòng)的裝配生產(chǎn)線，具有裝配時(shí)不移動(dòng)、移動(dòng)時(shí)不裝配的特點(diǎn)，各裝配站位完成各自站位相應(yīng)的裝配任務(wù)[2]；各站位根據(jù)工藝流程配備相應(yīng)的工藝、工裝、工具等，可有效減少產(chǎn)線建設(shè)投資；各站位按自己站位的工藝規(guī)范進(jìn)行操作，能有效降低對操作者裝配技能的要求。

1.1 站位規(guī)劃及工作內(nèi)容

根據(jù)型號起落架裝配研制網(wǎng)絡(luò)圖，將起落架3D數(shù)模導(dǎo)入DELMIA軟件中的Process Definition模塊，制定出合理的站位工藝流程圖，初步規(guī)整出起落架裝配流程順序[3-5]。同時(shí)，再根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有成熟起落架裝配經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步確定起落架裝配站位劃分分離面，保證各站位生產(chǎn)能力均衡。起落架裝配站位劃分如圖1所示。

圖1 站位規(guī)劃

1.2 站位能力分析評估表

依據(jù)站位規(guī)劃及其分離面設(shè)定，進(jìn)一步對工藝裝備、輔料進(jìn)行模塊化整合，并對各站位實(shí)施數(shù)據(jù)采集分析(見表1)。

表1 站位能力分析評估

由站位能力分析評估表可知：試驗(yàn)站位五、站位六和站位七時(shí)間分別為8、8和16 h，其余站位生產(chǎn)用時(shí)分別為4 h。產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)間無法調(diào)整，導(dǎo)致各站位能力無法進(jìn)一步均衡。若對站位一～站位五進(jìn)行整合，雖然可達(dá)到生產(chǎn)時(shí)間均衡，但是該種狀態(tài)下生產(chǎn)強(qiáng)度及人員配比出現(xiàn)失衡。對于站位五、站位六和站位七生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，其生產(chǎn)周期長，但生產(chǎn)強(qiáng)度低，存在長時(shí)間試驗(yàn)觀測等待期，其中站位五～站位七的試驗(yàn)時(shí)間分別為4 h的倍數(shù)，站位五、站位六和站位七可作為產(chǎn)品緩沖區(qū)，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量達(dá)5架機(jī)之后，每4 h即可生產(chǎn)1架起落架，即可達(dá)到生產(chǎn)節(jié)拍4 h/架。

1.3 零件流轉(zhuǎn)圖

利用DELMIA軟件中的自動(dòng)分析模塊ALB進(jìn)行產(chǎn)線平衡測試，判定站位式生產(chǎn)線與工序設(shè)置是否合理，找出脈動(dòng)生產(chǎn)線的瓶頸環(huán)節(jié)，針對性進(jìn)行產(chǎn)線優(yōu)化。再根據(jù)各站位裝配內(nèi)容及工藝流程，對裝配過程中部分零件在兩站位或三站位反復(fù)流轉(zhuǎn)問題，編制了零件流轉(zhuǎn)圖(見圖2)，進(jìn)一步清晰了零件流轉(zhuǎn)和去向。

圖2 零件流轉(zhuǎn)圖

2 站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線的總體布局設(shè)計(jì)

依據(jù)站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案及總體規(guī)劃，繪制了起落架并聯(lián)生產(chǎn)線工藝平面布置圖(見圖3)。其生產(chǎn)線布局充分體現(xiàn)了精益理念，避免了產(chǎn)品周轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的時(shí)間浪費(fèi)、面積浪費(fèi)和搬運(yùn)浪費(fèi)，生產(chǎn)線三維布局圖和物流圖分別如圖4和圖5所示。

圖3 生產(chǎn)線工藝平面布置圖

圖4 生產(chǎn)線三維布局圖

3 站位工藝設(shè)計(jì)

3.1 產(chǎn)品組件及零件配送設(shè)計(jì)

在站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線中，零組件放置在各站位定制的型跡托模板(見圖6)上。型跡托模板根據(jù)安裝的零組件外形，采用裝配防差錯(cuò)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，保證零件放置位置的唯一性，避免零組件多裝或少裝故障的發(fā)生。依據(jù)零件流轉(zhuǎn)圖(見圖2)設(shè)計(jì)了AGV小車的配送軌跡，保證了零件可自動(dòng)配送至指定位置。當(dāng)組件完成組裝、周轉(zhuǎn)至下個(gè)站位時(shí)(如理化計(jì)量、試驗(yàn)站位)，周轉(zhuǎn)車搭載AGV進(jìn)行配送。依據(jù)固化后工藝流程制定的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)路徑(見圖5)，實(shí)現(xiàn)組件狀態(tài)下產(chǎn)品定軌跡配送，減少周轉(zhuǎn)過程中人員干涉造成的質(zhì)量問題。

圖5 生產(chǎn)線物流圖

圖6 型跡托模板示例圖

3.2 產(chǎn)品裝配視覺引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用

站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線引進(jìn)了視覺引導(dǎo)技術(shù)。視覺引導(dǎo)技術(shù)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的裝配，引導(dǎo)系統(tǒng)以輔助復(fù)雜部件裝配為對象，實(shí)現(xiàn)裝配過程的信息投影和視覺檢測，可提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更豐富的信息記錄、分析和追溯。視覺檢測/識別模塊和投影儀固定在工作臺上方，通過線纜與計(jì)算機(jī)相連。計(jì)算機(jī)控制投影儀的投射、場景圖像的數(shù)據(jù)處理及反饋。操作者裝配作業(yè)時(shí)，在指定區(qū)域做出手勢，視覺引導(dǎo)系統(tǒng)中的攝像機(jī)采集分析當(dāng)前場景圖像，并通過投影儀將機(jī)器視覺反饋信息投射到裝配操作臺上，檢測產(chǎn)品是否漏裝。

3.3 自動(dòng)對接技術(shù)應(yīng)用

在外筒與活塞桿組件裝配時(shí)，采用紅外線引導(dǎo)機(jī)械臂自動(dòng)找正并對接。對接前，將外筒通過固定門架進(jìn)行固定，通過紅外線引導(dǎo)技術(shù)將活塞桿組件自動(dòng)配送至外筒組件下方，保證外筒與活塞桿空間同軸。因紅外線引導(dǎo)精度低，在此過程需采用機(jī)械限位方式補(bǔ)償外筒與活塞桿組件對接精度。對外筒施加外載實(shí)現(xiàn)與活塞桿對接時(shí)，系統(tǒng)壓力、位移傳感器動(dòng)態(tài)監(jiān)控力值及位移變化，當(dāng)施加載荷超出設(shè)定要求，則停止對接，避免強(qiáng)行對接造成產(chǎn)品零件損傷[6-9]。中航飛機(jī)股份有限公司長沙起落架分公司已啟動(dòng)AI智能對接技術(shù)的研發(fā)，有望進(jìn)一步提高裝配效率及生產(chǎn)系統(tǒng)柔性。

3.4 多相機(jī)工業(yè)攝影測量系統(tǒng)應(yīng)用

起落架主要站位(如某型號起落架的站位四、五、八)均采用多相機(jī)工業(yè)攝影測量系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；站位四計(jì)量將產(chǎn)品通過周轉(zhuǎn)器具放置設(shè)定位置，測量系統(tǒng)以2臺或多臺高精度實(shí)時(shí)攝影測量相機(jī)為主傳感，通過控制器實(shí)時(shí)采集待測產(chǎn)品2幅以上的測量圖像，經(jīng)雙像或多像前方交會得到產(chǎn)品特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，對產(chǎn)品空間尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。站位五氣密試驗(yàn)采用高頻攝像系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控氣密試驗(yàn)過程，若出現(xiàn)泄漏(即產(chǎn)生氣泡)，則測試系統(tǒng)對其動(dòng)態(tài)進(jìn)行捕捉報(bào)警，代替人工檢測。同時(shí)，成品總檢則采用多相機(jī)工業(yè)攝影系統(tǒng)多角度成品測量。對于產(chǎn)品封閉部位，采用機(jī)械人柔性采拍，對比分析拍照采集的實(shí)物數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣件數(shù)據(jù)，判定產(chǎn)品合格與否，避免裝配時(shí)少裝、錯(cuò)裝、反裝及多余物問題的發(fā)生。

4 可視化管理設(shè)計(jì)

4.1 裝配工藝文件可視化設(shè)計(jì)

脈動(dòng)生產(chǎn)線站位工藝文件采用可視化技術(shù)，取代了傳統(tǒng)紙制工藝文件，消除了傳統(tǒng)工藝文件指導(dǎo)性、可視化、可接受性低等問題。目前，本公司主要應(yīng)用CATIA、DELMIA或3D Composer軟件對產(chǎn)品裝配過程進(jìn)行可視化編輯，并在重點(diǎn)事項(xiàng)中增加文字說明或語音提示，避免操作人員出錯(cuò)。

4.2 生產(chǎn)信息可視化設(shè)計(jì)

脈動(dòng)生產(chǎn)線站位采用MES機(jī)對各站位生產(chǎn)信息進(jìn)行錄入，在終端中央系統(tǒng)大屏進(jìn)行集成輸出。中央系統(tǒng)通過LED顯示屏顯示每架生產(chǎn)信息以及當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)某站位出現(xiàn)問題時(shí)，指示燈紅色預(yù)警，提醒管理人員及時(shí)進(jìn)行問題排故。

5 結(jié)語

飛機(jī)起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線以起落架裝配的信息物理融合系統(tǒng)為支撐，完成了起落架系統(tǒng)的數(shù)字化裝配和調(diào)試、生產(chǎn)過程的仿真優(yōu)化、物料的智能配送、產(chǎn)品的自動(dòng)對接以及車間信息系統(tǒng)的無縫集成等建設(shè)[10-11]。結(jié)合精益生產(chǎn)理念，開展了起落架站位式脈動(dòng)生產(chǎn)線站位劃分、生產(chǎn)布局調(diào)整，并制定裝配分離面，達(dá)到生產(chǎn)節(jié)拍4 h/架。智能制造技術(shù)在起落架裝配試驗(yàn)車間進(jìn)行應(yīng)用示范，顯著提升了本公司的機(jī)械制造技術(shù)和管理水平，縮短了產(chǎn)品研制周期，提高了生產(chǎn)效率。