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飞机数字化装配柔性工装技术体系研究

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：段昭楠

[导读] 摘要：高精度是飞机制造和装配过程的一个明显特征，其主要发展阶段是人工操作、机械自动化和装配技术。

        中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089
        摘要：高精度是飞机制造和装配过程的一个明显特征，其主要发展阶段是人工操作、机械自动化和装配技术。在新的发展时代，柔性装配技术已成为支撑飞机制造装配过程和谐发展的基本技术。数字化、自动化、信息和其他技术要素是灵活的装配和装配技术不可或缺的组成部分。必须充分考虑到这些因素，以促进真正意义上的灵活组合技术的传播。这将大大促进中国航空工业的制造和研发的进步。
        关键词：柔性工装技术；飞机装配；关键技术；体系研究分析；
        前言
        在促进我国航空工业中飞机装配数字化和灵活性的背景下，迫切需要深入研究航空数字化装配技术，建立柔性装配技术体系，规范和指导国内柔性装配的设计、制造和应用，以便提升我国飞机质量。
        1 柔性装配工装技术概述
        1.1 柔性装配工装技术的概念
        机械装配是传统装配技术的主要特点，经过数百年的发展，逐渐成为现代机械装配。后工业时代分析表明，柔性装配技术逐渐成为计算机、仿真和仿真技术大力推动的装配技术发展的主要趋势和方向。推进自动组装技术的实现是柔性组装技术的本质和目标。在产品的设计、研发和制造过程中，需要充分掌握产品的数字信息，在科学装配模块化的基础上促进自动装配技术的应用。为了真正统一上游和下游操作，需要统一灵活的装配和装配技术。低成本、处理时间短是灵活装配技术的明显优势和特点。这一过程可以大大提高装配质量，同时从根本上保证装配效率，这也是装配在新发展时期的主要目标和技术发展需求。
        1.2 飞机装配中应用柔性装配工装技术的特点
        飞机零部件和产品非常大，需要更大的重量和精度。使用传统的手动或机械装配技术在工具中造成了一些问题，包括效率、质量、安全性等。在实践中应用灵活的装配和工具技术是改善这些现象的重要手段。飞机部件的尺寸、重量和精度也可以通过灵活的装配技术来确定，这种技术不仅有助于有效地整合飞机的装配链，而且最大限度地发挥这些技术的作用和价值。合理应用柔性装配技术可以克服传统技术中的人为和机械错误。在自动化数字化柔性装配设备的应用中，可以实现零部件、设备和人员的相互集成，同时提高飞机装配的精度和效率。
        2 柔性工装技术体系分析
        2.1 构建结构件柔性线的难点
        飞机结构处理过程是建设柔性生产线的重要参考。飞机结构件中的槽非常复杂且多种多样，通常需要多次旋转或更改毛坯锁定位置才能完成单个零件的加工。与其他行业的大型单一操作生产线相比，弹性飞机结构件加工生产线必须适应一个零件的多个加工工序。零件多次拆除，并且长时间处于软导线的多次加载和卸载位置。人对零件和选项板装卸过程的影响是显而易见的，装卸时间的波动使得装卸过程更难控制，从而给灵活生产线的建造带来了挑战。第二，飞机结构多种多样，个别零件较小，甚至独一无二。因此，有许多特殊的工装类型和比例，导致柔性生产线储存空间有限，工装储存空间小，原料和成品储存空间小，物流运输能力有限。此外，在制造飞机结构零件的过程中，柔性线夹的装卸位置较少，因为零件的加工需要多次改变紧固位置或反向位置，当零件的拧紧过程耗时较长时，很容易出现工装夹紧和 3d仓库中的零件和选项板正在等待拆除，因此装配和拆除零件的过程将成为提高生产力的瓶颈。
        2.2 飞机结构件柔性线布局设计
        制定零件的双层拧紧方法，第一层是工件和工作台的精细拧紧，在车间集中装卸区进行；第二步是装配机床和工件，以及机床-工装互换车间的快速装配卡子，在柔性生产线拆卸位置结束。第一阶段组装完成后，原始工具与组装料号会放置在3d仓储中进行储存。收到在制品计划工单后，工件的工具与组装料号会移转至生产线载入工作站与线上可互换的现场管理，以进行快速且暂缓的处理完成单个面零件处理后，可以在柔性生产线装货和卸货站快速拆卸零件和部件装配以及可替换表。

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        设定如何管理与线端快取资源库和中央立体资源库关联的零件的储存。生产线侧高速缓存库位于柔性生产线附近，用于存储工件（或零件）和常规工装的组件。库存数量至少可以满足弹性生产线单个循环期间的库存替代数量，以确保弹性生产线自动实时生产计划物料。中央仓库配置必须考虑车间中所有灵活生产线和物流的布局。中央仓库用于储存原始零件、一般工装组件和成品零件。仓库必须满足车间所有设备至少一个过渡期的物流交换能力。线路侧高速缓存库通过车间物流系统与中央立体库交换物料，中央立体库通过外部物流与车间外部交换物料。通用工具的装配接口分为两部分：上部接口是根据零件的定位和装配要求设计的装配夹；下接口根据柔性线路装卸站通用工具的快速拆卸安装要求设计，由零位系统实现。快速安装界面大大缩短了零件部件和通用工具部件在柔性充电站的停留时间，提高了装卸站的利用率，解决了零件拆卸和安装过程效率瓶颈问题。
        2.3 集成控制对接的过程
        对接过程的综合控制是大型飞机零部件数字化对接过程中的一个非常重要的过程，因此需要应用综合控制软件来实现综合控制。在一个综合控制系统中，各模块的有机组合可确保大型飞机部件的数字对接过程中的平稳数据流。确保对接过程的标准化，实时调整对接姿势和定位器状态，以检测大型零件，从而生成姿态调整轨迹，同时确保飞机零件的安全，并应用多运动轴联动来确定定位零件。测量模组可以调整为建构锚定工址或测量空间和资料的组合的座标系统。数据管理和装配流程规划模块可以管理任务和用户、扩展大型零件的装配流程、管理数据和生成流程报告。仿真模块主要用于大型飞机零部件在线对接装配仿真。它可以在线评估大型飞机零部件的装配能力，或根据仿真和评估结果生成固定路径。该算法模块是为计算模式和运动特征而设计的。对接过程处理模块提供了调整大型飞机零部件对接模式的方法，并允许自动和人工调整模式。运动控制模块控制定位器运动轴的运动。
        3 柔性工装关键技术
        3.1 灵活的模块化工装技术。灵活的工具是由一系列可重新配置的模块化单元组成的技术设备。每个模块单元对应于一个特定功能，每个模块的模块集可以单独设计。根据组件的实际情况，您可以在组件中选取所需的模组元素来设计可快速重新配置的工装，以获得工装的弹性。因此，柔性工具模块化设计技术是柔性工具设计的关键技术之一。同时，模块化单元可以单独设计或组合设计。对于结构相似的产品，它们具有相同的工具功能结构，只需重点设计特殊的模块单元，该工具是结合一组通用模块设计的。对于不同结构的产品，不同功能的模块可以通过组合来执行工装所需的功能。
        3.2 柔性工装的高级控制技术。数控系统允许灵活工装自动调整到特定位置。数控系统的控制精度通过比较数控系统的控制指令与测量系统的反馈信息来确定重构单元的位置精度。因此，实现工具灵活性需要高级数字控制作为关键技术。
        结束语
        综上，飞机装配是一项复杂而艰巨的任务，需要从业人员具备专业知识和技能。目前我国的信息技术水平也很高加强关键装配技术的有效应用也可以提高飞机装配的数字化、智能和效率。在今后的发展中，各部门的情报和数字化将成为行业的发展趋势。
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