流水線上的“新員工”

韓鋮熹

在不斷推進的流水線上，頗具科幻感的機械臂，于電光火石之間裝配好一個又一個產品……這是新聞中常出現的場景。從20世紀60年代開始，隨著技術的迅速發展，工業機器人的應用領域越來越廣、應用程度愈來愈深。汽車制造就是最典型的一個例子，從毛坯制造到機械加工，從焊接到打磨，從表面熱處理到噴漆，工業機器人幾乎參與了每一個生產環節。

與汽車工業相比，航空工業顯得有些神秘，但作為集眾多先進技術于一身的高端復雜制造業，航空工業一樣少不了各種先進的工業機器人。與一般的制造業不同的是，航空產品具有尺寸大、載荷重、材料特殊、結構復雜、性能指標精度高等特點。因此，航空工業使用的機器人，其形態與傳統產業使用的機器人有所不同，工作能力也獨具特色。

又快又好的打孔機

在飛機裝配中，鉆鉚是一項基礎性工作。傳統的手工制孔面臨著時間長、精度低、質量控制難等問題，所以很早就有公司嘗試使用自動化技術。但是，一般的工業機器人制孔精度達不到飛機制造的要求。

經過多年探索，波音、空客等飛機制造商已經開發出性能優異的制孔機器人。如今，飛機生產線上的制孔機器人已經將單個鉆鉚時間從原來的每釘15秒變為每釘3秒，再算上銜接時間，制孔效率可以達到人工的6～10倍。同時，鉆鉚的位置控制也更加精準，如美國EI公司在其自主研發的機器人自動鉆鉚設備中使用了精度補償技術，使定位精度達到±0.25毫米。

為了進一步提高效率，人們還改變思路，不再一味追求單個機械臂的能力全面，轉而設計了環繞機身的導軌系統，讓“打孔機”在導軌上做圓周運動。這種技術最早由空客研發，現在廣泛應用于航空領域。該系統一般由柔性導軌、末端執行器、檢測及標定系統組成，其工作原理是——將柔性導軌吸附在筒形機身上，導軌上裝有鉆鉚機器人，機器人在導軌上爬行并自動鉆孔。

一條生產線上可以分段配置多個導軌，每根導軌上安裝若干個鉆鉚機器人，使整個鉆鉚工作得以有條不紊地進行。利用環形導軌不僅能有效減少鉆鉚機的數量，避免刀具過熱，延長刀具壽命，還可以消除復合材料鉆孔中的分層以及金屬鉆孔中的毛刺，獲得更高的表面光潔度，減少材料中的碎屑損傷。未來，環形導軌將可能沿著機身軸線前后移動，這樣每個鉆鉚機器人都可以對機身任何一個角落打孔。

天衣無縫的對接

飛機部段上好鉚釘之后，接下來就要進行焊接和膠接的工作了，在這兩種加工方式中，機器人技術也得到了廣泛應用。目前，點焊、弧焊、激光焊等常見的焊接工藝都使用機器人。比如，飛機發動機短艙的焊接就可以利用機器人完成操作。

航空制造業中有大量的涂膠和注膠工作。采用機器人進行涂膠和點膠，可以顯著提高效率，大幅降低成本。為了確保飛機各部件無縫對接，通過精加工把零部件邊緣修整平滑是非常重要的。過去，飛機壁板修邊是采用手工或笨重的切邊機進行的，現在這道工序已經用上了機器人，能更高效、更便捷、更精準地完成零組件的切邊。此外，火焰切割、等離子切割和激光切割等技術也都實現了機器人化。

切割之后的去毛刺、磨削、拋光等工作，過去主要采用手工方式，工人的勞動強度很大，零部件重修率高。現在利用機器人系統的計算能力，對零部件表面進行建模仿真，不但快速、精確，而且可以識別人眼無法分辨的瑕疵。同時，系統還可以合理規劃精整工作程序，控制機器人在零部件表面進行處理。機器人應用力反饋系統，對工作時的力量輸出進行調整，防止對零部件造成損傷。

不知疲倦的搬運工

飛機是由上百萬個零部件組成的大家伙，在總裝過程中，零部件的搬運往往是個大問題。如今，無論是小鉚釘的長距離運輸，還是大部段的精確移動，機器人都在其中大顯身手。

機器人輔助移動平臺可以極大地提高飛機部件的運輸和裝配效率。目前，這類平臺主要有兩種：一種是利用AGV（自動導引小車）實現大范圍搬運。安裝了機器人手臂的AGV，在iGPS（室內GPS）系統的導引下，可以快速到達指定位置，準確抓取零部件并運送到目標位置。另一種是將高精度測量設備和工業機器人相結合，在夾持工件上設置關鍵測量點，用高精度測量設備對其運動狀態、位姿等進行監控，機器人按預定的軌跡被裝配工件移動到位。波音787的D-NOSE組件在鉆鉚機上就是采用機器人進行搬運的。

空客在裝配A380時，必須運送長15米、重90噸的飛機部件，高載荷、高精度的要求和有限的廠房空間對運送任務提出了很高的挑戰。為此，空客使用了德國KUKA公司制造的兩輛高性能移動式omniMove重載型運輸車。這種特殊車輛具有專門設計的全向輪，每個輪子都能獨立轉動，因此可以從停止狀態朝任意方向平移或轉向，具有很高的機動性。

另一方面，精確的控制系統保證了每一次移動和轉向都能實現毫米級精度，有效消除了有限空間內的碰撞隱患。毫不夸張地說，omniMove為A380這種世界上最大的商用飛機出廠立下了汗馬功勞。

飛機維修的好幫手

波音777這樣的大型寬體客機，其垂直尾翼離地高度達到18.5米，超過6層樓，即使是機身離地高度也有3層樓，使得飛機的日常檢查和維修具有較高的難度。如果采用人工方式對波音777進行檢查，需要使用升降梯將工作人員抬升，有一定的危險性。為此，新西蘭航空公司采用一種爬墻式攝影機器人進行機體檢查。這種由Invert Robotics公司設計的機器人，最初用于檢查大型牛奶罐。

這種機器人使用獨特的履帶附著技術，可以行走在不銹鋼、鋁、復合材料等光滑的材料表面，對機體的各個角落進行巡視。同時，機器人搭載的高清攝像頭可以分辨很多肉眼容易忽視的雷擊點和裂紋等損傷，工作人員只需在地面屏幕上查看由機器人傳回的高分辨率圖像即可。此前，一些航空公司曾考慮用無人機進行機體檢查，但鑒于覆蓋范圍和辨識精度等方面的原因，最后證明爬行機器人更適用于無損檢測。

與飛機外部不同，飛機機身內部有很多不易接近的地方，比如機頭部位的電子電氣艙（EE艙），由于空間狹窄，人工維護非常不便，這時候一種帶吸盤的機器人就成了很好的幫手，它可以輕松地爬行到目標區域，而且不受諸如高溫、缺氧等惡劣環境的影響。機器人到達指定區域后，將采集到的數據及時傳回后方控制室，由工作人員進行核查。

在后勤保障方面，機器人也在發揮著越來越重要的作用。德國漢莎技術公司是一家大型飛機維修企業，從2011年起陸續投入300萬歐元研發了一款機器人，用于自動倉儲和檢索系統，并將其命名為Auto Store。Auto Store采用緊湊倉儲的概念，搭建立體框架結構，將飛機備件放在最優位置，由自動機器人根據計劃按需抓取，極大地提高了倉儲密度和周轉效率。

目前，在漢莎技術位于德國漢堡的維修廠房中，已有19臺機器人“奔跑”在鋁制格架上，不知疲倦地執行小部件倉儲和接收工作。利用Auto Store系統，漢堡倉庫節省了50%的空間，24 000個格架僅占地700平方米，可以存放215 000個部件。