飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線與機(jī)器人集成技術(shù)探索

石鑫中航通飛華南公司

飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線與機(jī)器人集成技術(shù)探索

石鑫
中航通飛華南公司

現(xiàn)階段，我國(guó)飛機(jī)裝配具有比較長(zhǎng)的周期，而且工作人員承受較大的勞動(dòng)程度，總體的生產(chǎn)效率比較低，急需采取相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)，促進(jìn)飛機(jī)裝配生產(chǎn)線自動(dòng)化、數(shù)字化程度的提升。本文介紹了飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)，并分析了機(jī)器人集成技術(shù)在飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線中的應(yīng)用，旨在提升飛機(jī)裝配效率。

飛機(jī)數(shù)字化裝配；生產(chǎn)線；機(jī)器人集成技術(shù)

前言

近年來(lái)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)不斷的提升其復(fù)雜性，并提高了數(shù)字化裝配技術(shù)的難度，導(dǎo)致越來(lái)越難以利用傳統(tǒng)的人工裝配方式。此種背景下，急需改進(jìn)生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式，不斷的提升其自動(dòng)化及數(shù)字化，以滿足裝配要求，并提高裝配工作質(zhì)量及效率。機(jī)器人集成技術(shù)的發(fā)展依托于集成制造技術(shù)，具有工作速度快、自動(dòng)定位、作業(yè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于多個(gè)社會(huì)領(lǐng)域中，并具有極強(qiáng)的應(yīng)用到飛機(jī)裝配領(lǐng)域的可行性。

一、飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)

飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線中，應(yīng)以產(chǎn)品裝配類型、生產(chǎn)批次綱領(lǐng)等為主要依據(jù)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備、停放設(shè)備、輸送設(shè)備等合理的選擇，并與車間場(chǎng)地、空間結(jié)構(gòu)、裝配人員等相結(jié)合，保證分布的合理性。在數(shù)字化裝配生產(chǎn)線上，利用模塊化結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化裝配系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)每種機(jī)型的裝配工作。總體上來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)線上自動(dòng)化裝配的關(guān)鍵技術(shù)主要包含五種，分別為三維裝配規(guī)劃與仿真技術(shù)、誤差實(shí)時(shí)測(cè)量與控制技術(shù)、數(shù)控柔性定位與夾持技術(shù)、自動(dòng)鉆鉚與精密加工技術(shù)、裝配單元的集成與控制技術(shù)，通過(guò)上述技術(shù)的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)集中控制飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線。

二、機(jī)器人集成技術(shù)在飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

（一）自動(dòng)化切割

零件切割利用切割機(jī)器人開(kāi)展時(shí)，高精度的要求能夠充分滿足，促進(jìn)工作質(zhì)量的提升，火焰切割、激光切割等均為切割機(jī)器人具備的功能，同時(shí)，切割機(jī)器人還可以自動(dòng)化修邊飛機(jī)壁板[1]。加工成型過(guò)程中，一定余量是飛機(jī)壁板需要留置的，裝配前，以具體配合關(guān)系為依據(jù)，切邊修整。機(jī)器人集成技術(shù)應(yīng)用后，零組件切邊工作可由機(jī)器人完成，促切邊工作效率、工作質(zhì)量的提升，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（二）自動(dòng)制孔與連接技術(shù)

飛機(jī)裝配時(shí)，零組件、部件的裝配，部件的對(duì)接裝配中連接工作量均非常大，如制孔工作、鉚接工作。飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線中應(yīng)用機(jī)器人集成技術(shù)后，鉆鉚、焊接等工作可自動(dòng)完成。連接工作在飛機(jī)機(jī)身壁板上開(kāi)展時(shí)，緊固件制孔、鉚接工作量數(shù)以萬(wàn)計(jì)，如果采取人工方式，不僅工作人員會(huì)承擔(dān)比較重的工作任務(wù)，而且鉚接時(shí)間也非常長(zhǎng)，但應(yīng)用機(jī)器人集成技術(shù)后，機(jī)器人可自動(dòng)的、集中的完成上述工作，不僅減輕工作人員的工作任務(wù)量，而且與人工相比，工作效率提高6～10倍左右。現(xiàn)代飛機(jī)所使用的材料加工難度均比較大，而大型飛機(jī)會(huì)更高的要求大尺寸孔的制備精度，機(jī)器人集成技術(shù)應(yīng)用后，可降低加工難度，滿足精度要求，快速的完成各種連接工作。

（三）數(shù)字化裝配定位

在飛機(jī)制造工作中，裝配工作量占據(jù)50%以上，精確定位為除鉆鉚連接外重要工作。目前，精確定位工作的完成可以利用數(shù)字化技術(shù)、自動(dòng)化設(shè)備，例如將工業(yè)機(jī)器人結(jié)合高精度測(cè)量設(shè)備，形成柔性?shī)A持定位系統(tǒng)，保證定位的精確性。激光跟蹤儀屬于代表性的數(shù)字化光學(xué)設(shè)備，激光雷達(dá)、數(shù)字?jǐn)z影照相機(jī)等均包含起其中，隨著該項(xiàng)技術(shù)與水平的不斷提升，精度可有效的控制在0.01mm/m范圍內(nèi)，甚至更小[2]。小范圍內(nèi)，定位零組件可在測(cè)量設(shè)備與機(jī)器人輔助下實(shí)現(xiàn)。

（四）噴涂

制造業(yè)中的噴涂工作已經(jīng)比較廣泛的應(yīng)用機(jī)器人，如汽車領(lǐng)域、造船領(lǐng)域等。近年來(lái)，飛機(jī)制造領(lǐng)域中也開(kāi)始應(yīng)用機(jī)器人集成技術(shù)，利用此項(xiàng)技術(shù)開(kāi)展噴涂工作后，噴槍數(shù)量能夠減少30%～40%，噴涂速度得到明顯的提升，可更為容易、準(zhǔn)確的操控，提高噴涂效果。美國(guó)B-2隱形戰(zhàn)機(jī)噴涂時(shí)，由于其尺寸比較大，若利用人工進(jìn)行，將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間、財(cái)力、物力，而且噴涂質(zhì)量也無(wú)法保證，不過(guò)，其在實(shí)際噴涂過(guò)程中利用了機(jī)器人噴涂系統(tǒng)，顯著的提高了噴涂的精度，而且噴涂工作由多個(gè)機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行，促進(jìn)工作效率的提升。

（五）數(shù)字化柔性裝配線平臺(tái)

飛機(jī)總裝過(guò)程中，各大飛機(jī)制造公司原有的大型固定裝配型架已經(jīng)被替代，變成了自動(dòng)化對(duì)接裝配系統(tǒng)，系統(tǒng)組成共包含三個(gè)部分，一是自動(dòng)化定位器，由計(jì)算機(jī)控制，二是激光測(cè)量系統(tǒng)，三是控制系統(tǒng)，同時(shí)，在進(jìn)行連接部位的裝配時(shí)，應(yīng)用了機(jī)器人集成技術(shù)[3]。通過(guò)機(jī)器人集成技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)接裝備工作期間，多種工作均可充分利用其輔助作用，如精確定位工作、固定工作、檢驗(yàn)工作等。對(duì)接平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用到飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線后，因其集中了智能機(jī)器人技術(shù)，機(jī)體裝配質(zhì)量得到大幅度的升高，而且可通用于多種機(jī)型、不同尺寸的飛機(jī)裝配中。

結(jié)論

飛機(jī)裝配中，將數(shù)字化生產(chǎn)線與機(jī)器人集成技術(shù)結(jié)合之后，有利于促進(jìn)裝配效率的提升，并增強(qiáng)裝配工作的質(zhì)量與精度，提高整體裝配工作的效果，基于結(jié)合之后的優(yōu)勢(shì)，其在飛機(jī)制造領(lǐng)域中將會(huì)具有更為廣闊的發(fā)展前景。

[1]張耀平,喬順成,陳金平,等.大飛機(jī)工裝數(shù)字化生產(chǎn)線[J].航空制造技術(shù),2016,（Z1）∶64-68.

[2]李濤,李思寧.飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)總裝的數(shù)字化工廠路徑探索[J].航空制造技術(shù),2016,（10）∶41-47.

[3]李西寧,支劭偉,蔣博,等.飛機(jī)總裝數(shù)字化脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2016,（10）∶48-51.

石鑫（1984-），男，山東省肥城人，制造工程部國(guó)際合作組組長(zhǎng)，主管工程師，本科，研究方向：飛機(jī)部裝、總裝、試飛。