飛機數字化柔性裝配工裝技術探究

◎ 田子山

引言：雖然從整體上來看，我國飛機制造行業柔性裝配工裝近年來發展較快、成果顯著，但是與柔性工裝相關的規范制度還不夠完善，一些核心技術也還缺乏成熟。在飛機制造行業向數字化、智能化方向發展的過程中，有必要結合裝配工裝的具體要求，盡快搭建柔性工裝技術體系，從而為裝配工作的規范化、標準化、高效化發展奠定扎實的技術基礎。

一、飛機數字化背景下的柔性工裝技術

1.柔性工裝技術特點。

柔性工裝是與剛性工裝相對應的一個概念，其特點主要表現在以下幾方面：第一，柔性化。由于飛機裝配工件在結構、形狀等方面有很大的不同，采用柔性工裝技術，可以快速調整并適應不同的組件，即一套工裝可以用于多種工件的裝配，這些就無需人工、手動的去調整、更換，從而在減輕人力、提高效率等方面發揮了顯著優勢。第二，數字化。柔性工裝中由計算機作為主控終端，基于數據獲取和分析技術，下達相應的控制指令。從設計到制造，再到安裝，整個過程都是基于數字量傳遞、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構代替傳統的線路連接模式，提高了系統穩定性。

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、裝配仿真軟件和優化計算軟件等?？刂栖浖捎脝纹瑱C，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系統的適用性；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驗，根據仿真結果不斷調整和優化柔性工裝方案。硬件主要包括組合在一起的多個模塊化結構單元、數控系統、數字化測量設備等。

3.柔性工裝驅動數據生成。

（1）理論驅動數據主要在裝配仿真環境中生成，在工裝應用前，通過利用裝配仿真技術，綜合考慮裝配件的幾何信息、作業路線、工作指令等，可提前發現工裝應用中的問題，以優化裝配工藝和路徑，同時根據優化的裝配路徑，生成工裝理論驅動數據。（2）實測驅動數據主要由數字化測量設備提供，因此，基于數字化測量設備的數字化測量技術是生成柔性工裝實測驅動數據的關鍵。（3）優化驅動數據的生成需要集成理論數據和實測數據，同時要針對飛機不同結構的裝配特點具體計算。

二、飛機數字化柔性裝配工裝技術要點

1.精準定位技術。

柔性工裝的優勢之一，就是相比于剛性工裝顯著提高了工件定位精度，更加符合現階段飛機制造關于高精度的要求。柔性工裝中精準定位的實現主要有三種渠道。（1）模塊化單元的運動調整數據以數字量的形式傳遞給數控系統；（2）控制系統精確的控制模塊化單元運動；（3）模塊化單元運動到位后由專門的鎖緊機構鎖緊。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。另外，柔性工裝控制系統在后期仿真環節，也會進行誤差檢測和參數匹配，形成了雙重保障，這也是確保工裝組件定位精準的另一措施。

2.仿真模擬技術。

柔性裝配工裝技術的基礎是計算機和模擬技術，通過仿真的應用可以對柔性裝配工裝的全過程進行模擬。在進行飛機正式裝配之前，要先好做好虛擬裝配的仿真，虛擬裝配仿真技術是以并行設計為基礎，對環境數字化預配裝進行分析，并對零件的集合信息、工裝信息、指令等信息進行綜合考慮，通過仿真軟件進行處理得出全過程三維動態仿真。對程序進行實時控制，并涉及到碰撞檢查。虛擬化裝配仿真技術能夠確保裝配系統發揮出高柔性、高可靠性以及高效率等優良性能。

3.計算機控制技術。

基于數字化、自動化的柔性裝配，計算機作為控制終端也發揮了至關重要的作用。由于柔性工裝系統中包含了大量的動作單元，并且需要進行精密控制，必須要借助于計算機控制技術來實現。計算機控制中，除了終端計算機外，還包括伺服電機、傳感器等。技術流程為：首先利用前端掃描儀識別待裝配的工件，然后將掃描數據輸入到計算機中。通過匹配數據庫中的相關信息，完成工裝組件的識別。由計算機發布控制指令，調節柔性工裝系統將工件進行夾緊、固定，為下一步的加工、安裝創造良好條件。

三、柔性裝配工作的發展建議

1.做好數字化柔性工作配套設備的完善工作。

隨著柔性工裝理論研究的不斷豐富和配套技術的成熟，在飛機數字化制造領域的應用也變得越來越廣泛。但是軟件系統的設計與優化，最終還是要通過硬件的執行，實現裝配工裝的高精度、高效率完成。針對當前柔性工裝配套設備不夠精密等問題，下一步應當重點在微型化、高精度、模塊化的配套設備方面加強研發。只有軟件控制系統和硬件基礎設施相互協調，才能推進數字化柔性裝配的成熟和發展。

2.盡快建立健全柔性裝配工作技術標準。

由于飛機各類工件的復雜化，以及對工件本身精密度的高要求，要想保質保量的完成裝配工裝，離不開一套技術標準。雖然現階段飛機制造公司有一套相關標準，但是并沒有體現出數字化柔性裝配工作的特點。因此，下一步還需要結合柔性工裝的特點與要求，盡快在公司內部建立與之匹配的，能夠支持柔性工作更好開展的技術標準。

結語：通過建立柔性工裝技術體系，以規范和指導國內柔性裝配工裝的設計制造及應用，從而提高國內飛機裝配工裝的數字化、柔性化技術水平以及柔性工裝的應用規模。要運用好柔性工裝系統中的計算機控制技術、仿真模擬技術，進而為高精度、高效率的加工提供必要的支持。同時，也要不斷進行技術研發，除了運用模塊化、精密化的工裝設備外，還要重視相關標準、規范的完善，在高質量完成柔性工裝的前提下，推動飛機制造的數字化、自動化發展。