飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)探究

◎ 田子山

引言：雖然從整體上來看，我國飛機(jī)制造行業(yè)柔性裝配工裝近年來發(fā)展較快、成果顯著，但是與柔性工裝相關(guān)的規(guī)范制度還不夠完善，一些核心技術(shù)也還缺乏成熟。在飛機(jī)制造行業(yè)向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展的過程中，有必要結(jié)合裝配工裝的具體要求，盡快搭建柔性工裝技術(shù)體系，從而為裝配工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化發(fā)展奠定扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

一、飛機(jī)數(shù)字化背景下的柔性工裝技術(shù)

1.柔性工裝技術(shù)特點(diǎn)。

柔性工裝是與剛性工裝相對應(yīng)的一個(gè)概念，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：第一，柔性化。由于飛機(jī)裝配工件在結(jié)構(gòu)、形狀等方面有很大的不同，采用柔性工裝技術(shù)，可以快速調(diào)整并適應(yīng)不同的組件，即一套工裝可以用于多種工件的裝配，這些就無需人工、手動的去調(diào)整、更換，從而在減輕人力、提高效率等方面發(fā)揮了顯著優(yōu)勢。第二，數(shù)字化。柔性工裝中由計(jì)算機(jī)作為主控終端，基于數(shù)據(jù)獲取和分析技術(shù)，下達(dá)相應(yīng)的控制指令。從設(shè)計(jì)到制造，再到安裝，整個(gè)過程都是基于數(shù)字量傳遞、電氣化控制的模式，保證了裝配的精度。第三，模塊化。硬件組成上用模塊化結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線路連接模式，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.柔性工裝的具體組成。

柔性工裝的組成可以分為軟件和硬件兩部分，軟件主要包括控制軟件、測量軟件、裝配仿真軟件和優(yōu)化計(jì)算軟件等?？刂栖浖捎脝纹瑱C(jī)，可以支持通過USB連接的方式在線編程，提高了控制的靈活性和整個(gè)系統(tǒng)的適用性；測量軟件采用了高精度的激光測距儀，保證了測量精度；仿真軟件可以支持在線仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)仿真結(jié)果不斷調(diào)整和優(yōu)化柔性工裝方案。硬件主要包括組合在一起的多個(gè)模塊化結(jié)構(gòu)單元、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字化測量設(shè)備等。

3.柔性工裝驅(qū)動數(shù)據(jù)生成。

（1）理論驅(qū)動數(shù)據(jù)主要在裝配仿真環(huán)境中生成，在工裝應(yīng)用前，通過利用裝配仿真技術(shù)，綜合考慮裝配件的幾何信息、作業(yè)路線、工作指令等，可提前發(fā)現(xiàn)工裝應(yīng)用中的問題，以優(yōu)化裝配工藝和路徑，同時(shí)根據(jù)優(yōu)化的裝配路徑，生成工裝理論驅(qū)動數(shù)據(jù)。（2）實(shí)測驅(qū)動數(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)動數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。（3）優(yōu)化驅(qū)動數(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)要針對飛機(jī)不同結(jié)構(gòu)的裝配特點(diǎn)具體計(jì)算。

二、飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)要點(diǎn)

1.精準(zhǔn)定位技術(shù)。

柔性工裝的優(yōu)勢之一，就是相比于剛性工裝顯著提高了工件定位精度，更加符合現(xiàn)階段飛機(jī)制造關(guān)于高精度的要求。柔性工裝中精準(zhǔn)定位的實(shí)現(xiàn)主要有三種渠道。（1）模塊化單元的運(yùn)動調(diào)整數(shù)據(jù)以數(shù)字量的形式傳遞給數(shù)控系統(tǒng)；（2）控制系統(tǒng)精確的控制模塊化單元運(yùn)動；（3）模塊化單元運(yùn)動到位后由專門的鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊。在上述3條途徑的保證下，柔性工裝的定位精度一般都能保證在0.1mm以內(nèi)。另外，柔性工裝控制系統(tǒng)在后期仿真環(huán)節(jié)，也會進(jìn)行誤差檢測和參數(shù)匹配，形成了雙重保障，這也是確保工裝組件定位精準(zhǔn)的另一措施。

2.仿真模擬技術(shù)。

柔性裝配工裝技術(shù)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)和模擬技術(shù)，通過仿真的應(yīng)用可以對柔性裝配工裝的全過程進(jìn)行模擬。在進(jìn)行飛機(jī)正式裝配之前，要先好做好虛擬裝配的仿真，虛擬裝配仿真技術(shù)是以并行設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對環(huán)境數(shù)字化預(yù)配裝進(jìn)行分析，并對零件的集合信息、工裝信息、指令等信息進(jìn)行綜合考慮，通過仿真軟件進(jìn)行處理得出全過程三維動態(tài)仿真。對程序進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并涉及到碰撞檢查。虛擬化裝配仿真技術(shù)能夠確保裝配系統(tǒng)發(fā)揮出高柔性、高可靠性以及高效率等優(yōu)良性能。

3.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。

基于數(shù)字化、自動化的柔性裝配，計(jì)算機(jī)作為控制終端也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。由于柔性工裝系統(tǒng)中包含了大量的動作單元，并且需要進(jìn)行精密控制，必須要借助于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)控制中，除了終端計(jì)算機(jī)外，還包括伺服電機(jī)、傳感器等。技術(shù)流程為：首先利用前端掃描儀識別待裝配的工件，然后將掃描數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。通過匹配數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息，完成工裝組件的識別。由計(jì)算機(jī)發(fā)布控制指令，調(diào)節(jié)柔性工裝系統(tǒng)將工件進(jìn)行夾緊、固定，為下一步的加工、安裝創(chuàng)造良好條件。

三、柔性裝配工作的發(fā)展建議

1.做好數(shù)字化柔性工作配套設(shè)備的完善工作。

隨著柔性工裝理論研究的不斷豐富和配套技術(shù)的成熟，在飛機(jī)數(shù)字化制造領(lǐng)域的應(yīng)用也變得越來越廣泛。但是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，最終還是要通過硬件的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)裝配工裝的高精度、高效率完成。針對當(dāng)前柔性工裝配套設(shè)備不夠精密等問題，下一步應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)在微型化、高精度、模塊化的配套設(shè)備方面加強(qiáng)研發(fā)。只有軟件控制系統(tǒng)和硬件基礎(chǔ)設(shè)施相互協(xié)調(diào)，才能推進(jìn)數(shù)字化柔性裝配的成熟和發(fā)展。

2.盡快建立健全柔性裝配工作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

由于飛機(jī)各類工件的復(fù)雜化，以及對工件本身精密度的高要求，要想保質(zhì)保量的完成裝配工裝，離不開一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。雖然現(xiàn)階段飛機(jī)制造公司有一套相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是并沒有體現(xiàn)出數(shù)字化柔性裝配工作的特點(diǎn)。因此，下一步還需要結(jié)合柔性工裝的特點(diǎn)與要求，盡快在公司內(nèi)部建立與之匹配的，能夠支持柔性工作更好開展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語：通過建立柔性工裝技術(shù)體系，以規(guī)范和指導(dǎo)國內(nèi)柔性裝配工裝的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用，從而提高國內(nèi)飛機(jī)裝配工裝的數(shù)字化、柔性化技術(shù)水平以及柔性工裝的應(yīng)用規(guī)模。要運(yùn)用好柔性工裝系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、仿真模擬技術(shù)，進(jìn)而為高精度、高效率的加工提供必要的支持。同時(shí)，也要不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，除了運(yùn)用模塊化、精密化的工裝設(shè)備外，還要重視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的完善，在高質(zhì)量完成柔性工裝的前提下，推動飛機(jī)制造的數(shù)字化、自動化發(fā)展。