飛機智能化裝配技術研究

牛潤軍

(中航飛機股份有限公司 漢中飛機分公司，陜西 漢中 723213)

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飛機智能化裝配技術研究

牛潤軍

(中航飛機股份有限公司 漢中飛機分公司，陜西 漢中 723213)

大型飛機的研制是國家提高自主創新能力的戰略重點。為了提高飛機裝配質量與生產效率，采用智能裝配技術是必然的發展趨勢。回顧了智能制造的概念和發展歷程，分析了飛機智能化裝配所具有的智能感知、實時分析、自主決策和準確執行等四大技術特征，詮釋了飛機智能化裝配所涉及的產品設計、工藝設計、工裝設計和虛擬仿真等4個環節的關鍵技術，以及構建飛機智能化裝配生產單元所涉及的關鍵技術，對我國飛機制造業智能化發展具有一定指導意義。

飛機；智能；裝配

隨著“中國制造2025”戰略的實施，智能制造成為了中國制造業的發展方向，是中國確立制造業強國的重大舉措。2015年9月10日，工業和信息化部公布了2015年智能制造試點示范項目名單，全國范圍內遴選出的46個智能制造試點示范項目進入該名單，其涉及了38個行業、21個地區，飛機制造業是其中重要的組成部分。

在飛機制造各環節中，飛機裝配是核心和關鍵技術，在很大程度上決定了飛機的最終質量、制造成本和周期。飛機裝配技術的發展也基本遵循了工業革命的發展規律，從第一、二代飛機的手工裝配，發展到第二、三代飛機的機械化裝配，目前國外發達國家已基本實現了第三、四代飛機的數字化、自動化裝配，正向著智能化裝配方向邁進[1]。目前，我國飛機裝配技術正處在全面推進數字化和自動化應用階段，因此提前研究新一代智能化裝配技術具有重要意義。

1 智能制造

智能制造的概念出現于20世紀90年代，隨著數字化、自動化、信息化、網絡化和智能技術的發展，特別是德國工業4.0概念的正式提出，智能制造已成為現代先進制造業新的發展方向，其概念及內涵也在不斷地發展和豐富。智能制造主要特征有如下幾個方面。

1)生產設備之間的互聯，設備和產品之間的互聯，虛擬和現實之間的互聯。

2)將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統和通信設施通過信息物理系統(CPS)形成一個智能網絡，從而實現信息的縱向集成、橫向集成及端到端的集成。

3)核心是數據，包括產品數據、運營數據、價值鏈數據和外部數據。

4)驅動技術、產品、模式、業態和組織等方面的不斷創新。

5)物聯網和(服)務聯網將滲透至工業的各個環節，形成高度靈活、個性化和智能化的產品與服務模式，推動生產方式向大規模定制、服務型制造和創新驅動轉變。

2 飛機智能化裝配技術特征

飛機裝配首先是要保證裝配準確度，影響飛機裝配準確度的因素主要有裝配產品對象、工裝設備狀態、物流配送以及環境信息。飛機智能化裝配，就是通過對各影響因素的實時狀態進行感知并作出精準響應，保證裝配準確度，從而提高裝配質量和裝配效率。飛機智能化裝配是數字化、自動化裝配向更高階段發展的必然產物，是數字化技術、自動化技術、傳感器技術及網絡技術等多學科交叉融合的高新技術，其技術特征主要有如下幾點。

1)智能感知。基于計算機技術、傳感器技術、RFID(Radio Frequency Identification)技術和激光跟蹤儀與iGPS技術結合的智能感知技術，通過配置各類傳感器和無線網絡，對現場人員、設備、工裝、物料和量具等多類制造要素進行全面感知，實現裝配過程中人與資源的深度互聯，從而確保裝配過程中多源信息的實時、精確和可靠獲取[2]。

2)實時分析。對裝配過程中的制造數據、智能工裝數據和生產環境數據等進行實時檢測、傳輸和處理，然后將這些多源、分散的裝配現場數據轉化為可用于準確執行和智能決策的可視化數據。

3)自主決策。“智能”是知識和智力的總和，知識是實現智能的基礎，智力是獲取和運用知識求解的能力。智能裝配不僅僅是利用現有的知識庫指導裝配行為，同時具有自學習功能，能夠在裝配過程中不斷地充實本體知識庫。

4)準確執行。通過傳感器、RFID等獲取的裝配過程實時數據，利用大數據和云計算手段進行實時分析，再通過自主決策機制實現裝配規劃自主化，最終驅動智能化裝配工藝裝備完成準確執行。裝配過程的準確執行是使裝配過程處于最優效能狀態的保障，是實現智能裝配的重要體現。

3 飛機智能化裝配關鍵技術

飛機智能化裝配關鍵技術主要涉及產品設計、工藝設計、工裝設計和虛擬仿真等4個關鍵環節(見圖1)。

圖1 飛機智能化裝配技術關鍵環節

3.1 面向智能化裝配的產品設計技術

該技術包括2個方面：一是在產品設計過程中，采用基于裝配知識的模型設計手段，綜合考慮產品模塊劃分和工藝分離面劃分，使產品設計過程和飛機裝配工藝設計過程有機融合；二是開發設計制造一體化產品設計平臺，實現產品設計人員與裝配技術人員互聯互通，從而減少產品設計過程反復，加速新產品研制進度。

3.2 面向智能化裝配的工藝設計技術

開發基于知識庫的飛機智能化裝配工藝設計平臺，再將飛機裝配技術人員的經驗和知識利用起來，在形成典型裝配工藝知識庫的基礎上，利用人工智能領域的理論技術，使飛機智能化裝配工藝設計平臺具有自主知識收集、整理、入庫和應用的能力，從而縮短新產品研制周期。

3.3 面向智能化裝配的工裝設計技術

飛機裝配過程必須依靠專用工藝裝備實現，因此，應改變傳統固定式工藝裝備設計技術，充分利用機電一體化技術、機器人技術和傳感器技術等相關智能裝備設計制造技術，實現系統與設備、設備與設備、設備與人之間的互聯互通。

3.4 面向智能化裝配的虛擬仿真技術

在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技發展的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，構建全系統且完整的虛擬環境，對飛機裝配過程進行全方位、高感知仿真。在人機工效分析的基礎上對裝配全過程進行優化，保證裝配全過程高效率和高質量。

4 飛機智能化裝配生產單元關鍵技術

與傳統裝配技術不同的是，飛機智能化裝配技術是通過構建的智能化生產單元，基于信息物理系統，進行裝配系統的智能感知、實時分析、自主決策和準確執行，完成飛機裝配過程的智能化制造[3]。其涉及的關鍵技術環節如圖2所示。

圖2 飛機智能化裝配生產單元關鍵環節

4.1 裝配生產單元智能管控技術

在裝配虛擬仿真的基礎上，采用裝配現場過程信息化，實現裝配過程的多視圖可視化管控，構建一套智能裝配生產單元管控系統，對生產過程及工藝狀態進行科學管理與實時監控，提高生產現場的控制能力，做到早預測、多監控、勤協調，減少裝配過程出錯和質量不穩定發生，保障飛機研制周期與生產質量。

4.2 智能裝配過程實時監控與健康管理技術

通過智能工裝及設備的控制系統底層協議、生產資源和管理系統、數字化實時檢測系統，對現場裝配過程、產品及工裝設備監控信息進行采集、整理和分析，運用現場可視化技術，實現裝配生產過程中工裝設備/質量/生產狀態監控管理，完善現場突發問題的預警機制，提供裝配現場執行力及管理水平。通過與ERP/MES等系統進行數據交互，自動生成裝配履歷表單，并對其進行遍歷挖掘，采集產品在裝配生命周期的相關數據，并進行歸納整理及在線分析，形成飛機裝配過程知識庫。

4.3 工藝流與物流耦合的物料精準配送技術

以生產單元的倉儲及供應系統為對象，建立基于JIT管理理論的多階段供應鏈系統庫存管理機制，形成產品供應系統的閉環。在此基礎上，建立面向智能生產單元的虛擬動態倉庫，合理庫存及緩沖區的余量[4]，最小化在制品數量。以工藝流為輸入，建立多維度的物料精準配送機制，協同考慮配送時間、空間、資源和對象等要素，配合各種智能化運輸設備，實現裝配現場物料配送的精準化、高效化和靈活化，減小空間及資源的浪費。

4.4 智能生產單元物聯網應用技術

構建包括無線局域網絡、物理信息存儲中心、分析控制中心和智能終端設備等4個主要部分構成的智能生產單元物聯網，實現離散單元之間的互聯互通，為裝配過程的監測及實時追蹤和控制提供基礎。

5 結語

目前，我國在飛機智能化裝配技術領域與西方發達國家尚存在較大的差距，我們要以“中國制造2025”戰略實施為契機，積極開展飛機智能化裝配關鍵技術和智能化裝配生產單元關鍵技術研究，不斷推進飛機智能化裝配生產示范項目試點工作，形成中國飛機智能化裝配技術標準，從而實現航空制造強國的夢想。

[1] 郭洪杰，杜寶瑞，趙建國，等. 飛機智能化裝配關鍵技術[J]. 航空制造技術，2014(21):44-46.

[2] 王仲奇，楊元.飛機裝配的數字化與智能化[J]. 航空制造技術，2016(5):36-41.

[3] 姚艷彬，鄒方，劉華東.飛機智能裝配技術[J]. 航空制造技術，2014(23/24):57-59.

[4] 曹振新，鄂世舉，焦衛東，等. 基于馬爾科夫鏈的混流裝配線緩沖區配置優化研究[J]. 新技術新工藝，2015(6):29-33.

責任編輯 鄭練

Research on Intelligent Assembly Technology of Aircraft

NIU Runjun

(Hanzhong Branch, AVIC Aircraft Co., Ltd., Hanzhong 723213, China)

The development of large aircraft is the strategic focus of the country to improve the capability of independent innovation. In order to improve the assembly quality and production efficiency, the intelligent assembly technology is an inevitable development trend. Review the concept and development of intelligent manufacturing, and analyze the aircraft intelligent assembly with IntelliSense, real-time analysis, independent decision-making and accurate implementation of four major technical characteristic. Explain the interpretation of the aircraft intelligent assembly involved in the product design, process design, industry and trade design, and virtual simulation of four aspects of the key technologies. Introduce the key technologies to build intelligent aircraft assembly production unit involved, which has a certain guiding significance in the Chinese aircraft manufacturing industry development.

aircraft, intelligent, assembly

V 262.4

A

牛潤軍(1980-)，男，高級工程師，主要從事飛機裝配技術和制造過程信息化管理等方面的研究。

2016-06-03