飛機起落架站位式脈動生產線智能制造技術研究

王奉龍，郭 輝，李 薇，嚴山欽

(中航飛機股份有限公司 長沙起落架分公司，陜西 漢中 723000)

脈動裝配生產線(Pulse Assembly Lines)是由Ford公司移動式汽車生產線衍生而來，是連續移動裝配生產線的過渡階段，不同的是脈動裝配生產線可以設定緩沖時間，對生產節拍要求不高，裝配工作全部完成時，生產線就脈動一次[1]。傳統脈動裝配生產線主要由脈動主體、物流供給系統、可視化管理系統、技術支持四部分組成。隨著精益制造思想逐步向飛機制造企業滲透，高效率、低成本的移動式裝配生產線已成為波音、空客等國際先進航空制造公司的發展方向，為此亟需開展起落架站位式脈動生產線研究，實現裝配模式迭代升級。

1 起落架站位式脈動生產線方案

起落架站位式脈動生產線是一種按節拍移動的裝配生產線，具有裝配時不移動、移動時不裝配的特點，各裝配站位完成各自站位相應的裝配任務[2]；各站位根據工藝流程配備相應的工藝、工裝、工具等，可有效減少產線建設投資；各站位按自己站位的工藝規范進行操作，能有效降低對操作者裝配技能的要求。

1.1 站位規劃及工作內容

根據型號起落架裝配研制網絡圖，將起落架3D數模導入DELMIA軟件中的Process Definition模塊，制定出合理的站位工藝流程圖，初步規整出起落架裝配流程順序[3-5]。同時，再根據產品結構及現有成熟起落架裝配經驗，進一步確定起落架裝配站位劃分分離面，保證各站位生產能力均衡。起落架裝配站位劃分如圖1所示。

圖1 站位規劃

1.2 站位能力分析評估表

依據站位規劃及其分離面設定，進一步對工藝裝備、輔料進行模塊化整合，并對各站位實施數據采集分析(見表1)。

表1 站位能力分析評估

由站位能力分析評估表可知：試驗站位五、站位六和站位七時間分別為8、8和16 h，其余站位生產用時分別為4 h。產品試驗時間無法調整，導致各站位能力無法進一步均衡。若對站位一～站位五進行整合，雖然可達到生產時間均衡，但是該種狀態下生產強度及人員配比出現失衡。對于站位五、站位六和站位七生產過程進行分析，其生產周期長，但生產強度低，存在長時間試驗觀測等待期，其中站位五～站位七的試驗時間分別為4 h的倍數，站位五、站位六和站位七可作為產品緩沖區，當產品生產數量達5架機之后，每4 h即可生產1架起落架，即可達到生產節拍4 h/架。

1.3 零件流轉圖

利用DELMIA軟件中的自動分析模塊ALB進行產線平衡測試，判定站位式生產線與工序設置是否合理，找出脈動生產線的瓶頸環節，針對性進行產線優化。再根據各站位裝配內容及工藝流程，對裝配過程中部分零件在兩站位或三站位反復流轉問題，編制了零件流轉圖(見圖2)，進一步清晰了零件流轉和去向。

圖2 零件流轉圖

2 站位式脈動生產線的總體布局設計

依據站位式脈動生產線設計方案及總體規劃，繪制了起落架并聯生產線工藝平面布置圖(見圖3)。其生產線布局充分體現了精益理念，避免了產品周轉過程中產生的時間浪費、面積浪費和搬運浪費，生產線三維布局圖和物流圖分別如圖4和圖5所示。

圖3 生產線工藝平面布置圖

圖4 生產線三維布局圖

3 站位工藝設計

3.1 產品組件及零件配送設計

在站位式脈動生產線中，零組件放置在各站位定制的型跡托模板(見圖6)上。型跡托模板根據安裝的零組件外形，采用裝配防差錯理念進行設計與制造，保證零件放置位置的唯一性，避免零組件多裝或少裝故障的發生。依據零件流轉圖(見圖2)設計了AGV小車的配送軌跡，保證了零件可自動配送至指定位置。當組件完成組裝、周轉至下個站位時(如理化計量、試驗站位)，周轉車搭載AGV進行配送。依據固化后工藝流程制定的產品流轉路徑(見圖5)，實現組件狀態下產品定軌跡配送，減少周轉過程中人員干涉造成的質量問題。

圖5 生產線物流圖

圖6 型跡托模板示例圖

3.2 產品裝配視覺引導技術應用

站位式脈動生產線引進了視覺引導技術。視覺引導技術基于增強現實技術的裝配，引導系統以輔助復雜部件裝配為對象，實現裝配過程的信息投影和視覺檢測，可提高產品的裝配質量，實現更豐富的信息記錄、分析和追溯。視覺檢測/識別模塊和投影儀固定在工作臺上方，通過線纜與計算機相連。計算機控制投影儀的投射、場景圖像的數據處理及反饋。操作者裝配作業時，在指定區域做出手勢，視覺引導系統中的攝像機采集分析當前場景圖像，并通過投影儀將機器視覺反饋信息投射到裝配操作臺上，檢測產品是否漏裝。

3.3 自動對接技術應用

在外筒與活塞桿組件裝配時，采用紅外線引導機械臂自動找正并對接。對接前，將外筒通過固定門架進行固定，通過紅外線引導技術將活塞桿組件自動配送至外筒組件下方，保證外筒與活塞桿空間同軸。因紅外線引導精度低，在此過程需采用機械限位方式補償外筒與活塞桿組件對接精度。對外筒施加外載實現與活塞桿對接時，系統壓力、位移傳感器動態監控力值及位移變化，當施加載荷超出設定要求，則停止對接，避免強行對接造成產品零件損傷[6-9]。中航飛機股份有限公司長沙起落架分公司已啟動AI智能對接技術的研發，有望進一步提高裝配效率及生產系統柔性。

3.4 多相機工業攝影測量系統應用

起落架主要站位(如某型號起落架的站位四、五、八)均采用多相機工業攝影測量系統對產品進行實時檢測；站位四計量將產品通過周轉器具放置設定位置，測量系統以2臺或多臺高精度實時攝影測量相機為主傳感，通過控制器實時采集待測產品2幅以上的測量圖像，經雙像或多像前方交會得到產品特征點的三維坐標，對產品空間尺寸進行實時檢測。站位五氣密試驗采用高頻攝像系統，實時監控氣密試驗過程，若出現泄漏(即產生氣泡)，則測試系統對其動態進行捕捉報警，代替人工檢測。同時，成品總檢則采用多相機工業攝影系統多角度成品測量。對于產品封閉部位，采用機械人柔性采拍，對比分析拍照采集的實物數據與標準樣件數據，判定產品合格與否，避免裝配時少裝、錯裝、反裝及多余物問題的發生。

4 可視化管理設計

4.1 裝配工藝文件可視化設計

脈動生產線站位工藝文件采用可視化技術，取代了傳統紙制工藝文件，消除了傳統工藝文件指導性、可視化、可接受性低等問題。目前，本公司主要應用CATIA、DELMIA或3D Composer軟件對產品裝配過程進行可視化編輯，并在重點事項中增加文字說明或語音提示，避免操作人員出錯。

4.2 生產信息可視化設計

脈動生產線站位采用MES機對各站位生產信息進行錄入，在終端中央系統大屏進行集成輸出。中央系統通過LED顯示屏顯示每架生產信息以及當前狀態。當某站位出現問題時，指示燈紅色預警，提醒管理人員及時進行問題排故。

5 結語

飛機起落架站位式脈動生產線以起落架裝配的信息物理融合系統為支撐，完成了起落架系統的數字化裝配和調試、生產過程的仿真優化、物料的智能配送、產品的自動對接以及車間信息系統的無縫集成等建設[10-11]。結合精益生產理念，開展了起落架站位式脈動生產線站位劃分、生產布局調整，并制定裝配分離面，達到生產節拍4 h/架。智能制造技術在起落架裝配試驗車間進行應用示范，顯著提升了本公司的機械制造技術和管理水平，縮短了產品研制周期，提高了生產效率。