李竟越 練云梅

【摘 要】航空領(lǐng)域的技術(shù)水平常常是一個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，并且在對接平臺方面實(shí)現(xiàn)了自動化。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接解決了配件安裝過程中的調(diào)姿問題。本文對柔性工裝中的關(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，從而會使工裝在一定程度上存在成本浪費(fèi)。

3.工裝驅(qū)動數(shù)據(jù)生成技術(shù)

（1）工裝的理論驅(qū)動數(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)動數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。

（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。當(dāng)前主要在飛機(jī)部件裝配以及大部件對接中應(yīng)用優(yōu)化的工裝驅(qū)動數(shù)據(jù)，因此，研究針對飛機(jī)部件裝配及大部件對接等的裝配優(yōu)化算法是生成優(yōu)化驅(qū)動數(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，使柔性工裝成為一種被動式的“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、和部件對接不在是一個簡單的機(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，對企業(yè)生產(chǎn)效益和員工勞動強(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)主要是對應(yīng)用到的技術(shù)的使用條件的進(jìn)行細(xì)致的分析，對各種技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行整合，對技術(shù)中的各種數(shù)據(jù)的走向進(jìn)行規(guī)劃，對系統(tǒng)綜合運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試等等多個方面。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，這個想法非常貼合工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢，但是這對于編程的準(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)用到各個領(lǐng)域，通過各個領(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?，F(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]

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