基于飛行器的復雜零件自動加工及組裝技術的研究

劉勝男 馬永強

【摘要】飛行器的復雜零件自動加工及組裝技術是指將形狀結構復雜、質量特征多、制造工藝復雜、工序多，且加工精度高的飛行機械零件的加工進行自動化的加工及組裝。飛行器復雜零件的自動加工以及組裝的質量，影響和制約著我過飛行器的制造質量，確保和提升飛行器復雜零件加工和組裝技術已成為國內外企業普遍關注的重點。

【關鍵詞】飛行器;自動加工;組裝;競爭力

飛行器復雜零件自動加工及組裝，是將多學科設計優化技術中的系統自動加工引入到零件的祖東加工及組裝中，并且這一技術已被廣泛的應用與飛行器以及其他相關模擬機的應用當中，最終獲得均勻分布的對應不同權重分配情況下的最優自動組裝反感，為飛行器的優化和改良以及批量產出提供了強大的后備支持。

1.自動加工技術

1.1 為評估復雜零件加工過程對工件最終加工質量的保證能力

為評估復雜零件加工過程對工件最終加工質量的保證能力考慮復雜零件加工過程中的控制和調整策略，是否基于模型的精準性，建立了加工過程工藝能力的觀察模型，采用基于飛行器質量損失函數的過程工藝能力指數分析及計算方法，對復雜零件加工的過程工藝能力進行評估，以此衡量該加工過程是否滿足復雜零件加工的需要。

1.2 為確定效能最高的工藝能力改進方向和方位

為確定效能最高的工藝能力改進方向和方位提出了工序間和工序內兩層的過程參數敏感性分析方法，以此來確定對工藝能力改進最有效的過程參數。

2.自動組裝技術

2.1 自動組裝技術的實現方式

基于形狀特征的自組裝技術的基本思想是飛行器件和目標位置都具有某種形狀特征，有且只有一個器件能在目標位置以某種姿態穩定下來。裝配開始的時候，批量制造的大量微器件被隨機放置到目標區域附近。在長時問的振動或其它擾動的作用。大量的器件得以遷移位置并變換姿態，直到尋找到一個合適的同標位置并對準姿態穩定下來。基于這種技術，可以使目標位的器件得以最精準的防止，并且可以實現全面自動加工以及組裝，并由于降低表而能的自發行為，器件被旋轉角度直到和期望的姿態吻合，加強了零件的穩固性，降低了差錯值。

2.2 自動組裝技術的應用

自組裝技術可以實現并行組裝，所以裝配速度可以適應微細加-F技術的批量生產要求，但這項技術要求微器件滿足預先設定的形狀特征，所以也缺乏通用性。自動組裝對于此點沒有沒苛刻的要求，將會獲得更加廣泛的用途。

2.3 自動組裝技術的應用范圍

作為飛行器零件裝配技術的核心技術——微操縱技術已經有了超過二十年的研究歷史，這項技術已經日趨成熟，并且逐步的被應用在現今很多飛行器零件的自動組裝線之上.一方面由于這項技術的應用范圍很廣，提升空間十分廣闊，另一方面是研究人員對此項技術的關注度十分高，在研究中，大幅的提高了裝配效率。

2.4 更高性能的自動加工以及組裝系統

為能裝配出高性能的系統，人們希望裝配幾十到幾百微米大小的微器件時能達到亞微米的裝配位置精度。但到目前為止，除非在目標位置設計有定位機構，微操作器在平面下釋放微器件的位置精度一般都只有幾微米。所以微器件裝配的位置精度也還需要進一步提高。對于一次完成幾萬個器件的并行微米技術來說，這種串行化的組裝方式是個速度瓶頸，必須解決裝配的速度問題.

3.數字應用關鍵技術

本項目開發過程中，已經攻克的關鍵技術主要包括：過程引擎技術、基于數據的業務建模技術、基于構件的軟件復用技術以及基于模板的界面表現自動生成技術等四項關鍵技術。

3.1 過程引擎技術

JSOWP平臺的過程引擎（Process Engine）技術實現并解決了三個問題，首先，解決了引擎功能增加的同時仍能保持較高的執行效率的問題;其次，解決了分布式過程引擎集群的基于特征量的負載均衡問題;最后，實現了多路由復雜條件下目標任務的最快識別與最優調度。

3.2 基于數據的業務建模技術

通過對企業實際業務的分析發現，業務的本質是數據及其關系，而業務的表現正是數據及其關系的體現。JSOWP平臺通過數據及其關系的描述建立了過程模型（Process Model）。

3.3 基于構件的軟件復用技術

軟件構件技術是軟件復用的核心技術，JSOWP平臺將通過研究構件分類策略、組織模式及檢索策略，建立構件庫系統來支持構件的有效管理，同時提供行之有效的檢索機制方便使用者使用。

3.4 基于模板的界面表現自動生成技術

目前，所有的企業級應用系統開發中，很多工作都集中在界面開發，降低界面開發和維護的工作量和難度就成為非常迫切的問題。JSOWP平臺的UI引擎（UI Engine）采用了自動和手動相結合的方式、利用基于數據的界面表現自動生成了技術創建用戶界面，大大降低了界面開發和維護的工作量。

4.飛行器復雜零件加工以及自動組裝的現狀及存在的問題

4.1 針對復雜零件的加工過程，傳統質量控制方法面臨著以下挑戰：

目前，飛行器零件加工質量控制通常是針對單工序的，將一個生產過程劃分成多個工序，然后在這些工序后面加入質量檢驗和控制點，或應用統計過程控制方法以提高該工序的質量。它沒有考慮復雜零件加工過程中多因素耦合現象的存在，僅僅是對各工序的每個零件質量特征進行獨立分析，雖然近年來兩種質量診斷理論和多元自動組裝控制圖技術在這一方面有所涉及，但也僅是單獨地考慮了自動加工的耦合或單個工序上產品組裝過程中的耦合，而沒有同時兼顧兩個方面，忽略了復雜零件加工過程以及組裝過程中的問題。

4.2 由于傳統方法造成問題的原因

由于傳統的質量控制方法是基于單工序、單響應的，屬于事后控制，缺乏主動預測與在線控制的能力，而復雜零件加工過程是多變量、多響應的，因此在實際加工過程中運用傳統的統計質量控制方法很難對影響復雜零件加工質量的過程誤差源作出及時準確的診斷，不能為在線加工過程調整提供指導。

4.3 對于此類問題的改進方法

目前的質量控制都是針對制造的某一個過程：加工或裝配來進行的，

從實際制造情況來看，復雜零件包括加工和裝配兩個階段，產品的最終質量控制成效和裝配的效能是相互關聯而密不可分的，因此從質量控制過程來看，應在復雜零件的加工過程中考慮其裝配特點，研究面向裝配的加工過程質量控制問題。由此可知，由于傳統質量控制方法不能直接應用于復雜零件加工過程，應針對復雜零件加工過程的實際特征和情況，研究其質量控制技術和方法，來保證和改進復雜零件加工過程質量。對飛行器外形氣動、隱身綜合優化設計這一問題，沒有從傳統的設計思路，而是從對復雜系統設計進行較為準確優化建模出發，通過充分探索和利用工程系統中的相互作用，建模角度，考慮各學科（子系統）之間的相互影響，利用合適的優化策略組織和管理優化設計過程，在一定條件下通過各種手段降低加工以及組裝的差錯率，進一步提高了技術的精準性.

5.結語

本文將多飛行器的復雜零件自動加工及組裝中幾種方法進行結合，針對飛行器組裝以及優化設計問題，與過去的方法進行對比，形成有效的方法來進一步完善各個細節環節，將最精準的組裝方式應用到系統設計中.在完成本論文的過程中，無論是將多學科設計優化技術引入到外形設計中，將其與多目標優化處理方法相結合，還是對具體優化問題進行優化建模并求解，都遇到了一些或大或小的困難，有些已經得到妥善的解決，為了其在更廣泛的飛行器制造業發揮更為重要和普遍的作用，還需要更為深刻的研究。

參考文獻

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