航空制造中的可重構工裝配置方法研究

蔡志為 王丹 何健

【摘 要】在航空制造中，為節約工裝制造成本和安裝時間，使用可重構工裝已成為當前的發展趨勢。文章通過分析可重構工裝的特點，研究其配置方法，重點對可重構工裝的配置原理、配置過程及工裝檢索重用的算法進行研究，為實現工裝快速配置提供技術手段。

【關鍵詞】可重構；工裝；配置；盒式連接

【中圖分類號】V262.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0107-03

1 可重構工裝的特點和組成

盒式連接可重構工裝是一種典型的工裝可重構模式，由瑞典的DELFOi公司與Linkoping大學首先提出。盒式連接是一系列標準的梁和連接件組合成的連接裝置與框架，用作工裝結構的支撐型架（如圖1所示）。盒式連接裝置采用了螺栓緊固，利用摩擦力將橫梁、立柱等連接在一起，沒有焊接過程，因此能夠拆卸、調整及重復利用。由于標準件組成的框架定位不一定精確，需要增加六足定位裝置來保證夾持效果（如圖2所示）。六足定位裝置具有多個自由度，可以安裝到盒式連接的梁上，從而實現更精確的夾持。

2 可重構工裝配置原理與方法

大部分結構采用了標準零部件，可重構工裝的設計過程與傳統定制工裝的設計過程不同。可重構工裝設計的主要工作是解決如何將現有工裝或現有零件通過拆裝、重組、改造的方式，形成所需的工裝實體，因此可重構工裝的設計過程，實際是對資源的配置過程。

工裝配置過程是將工裝需求，即夾持任務信息，轉化為可用的工裝實例的過程。由于可重構工裝的特殊性，為保證其夾持精度，通常要對可重構工裝分3個部分進行配置：支撐裝置、定位裝置和夾持裝置。工裝基本結構如圖3所示，其中支撐裝置主要指梁、桁條等組成的型架，為產品提供支撐結構；定位裝置用來連接支撐裝置和夾持裝置，實現夾持位置的精確調整；夾持裝置用于與產品相連接。

按照以上需求，工裝配置的實現通常分為2種方法：由內而外的配置方法和由外而內的配置方法。

由內而外的配置方法，即以被夾持產品為先決條件，先進行夾持裝置的選擇與定位，再根據夾持裝置的類型、位置設計定位裝置和支撐裝置，由內而外的方法適合于夾持產品體積大、結構復雜，而場地環境相對開闊的工裝配置需求。由外而內的配置方法，與由內而外相反，先根據場地和基本的支撐需求配置工裝型架，在此基礎上依次確定定位裝置和夾持裝置，由外而內的設計方法通常適合場地受限且被夾持產品相對簡單的工裝需求。

要實現可重構工裝配置的功能，應同時提供兩種配置方法，用戶可根據具體需求選擇配置過程。

3 可重構工裝配置流程

根據可重構工裝配置原理與方法，工裝配置流程分為由內而外和由外而內兩種。這里以由外而內的配置方法為例，配置流程共分為以下6個步驟。

（1）定義工裝的需求信息，包括工裝所夾持的產品或工件信息，以及工裝工作環境信息，通過這些信息確定應當使用的工裝類型及其基本結構。

（2）對工裝實例庫進行搜索，如果找到相匹配的可用工裝實例，則以該工裝實例為模板進行工裝配置；如果沒有找到可用工裝實例，則分析該工裝需求是否適用典型的型架結構；如果能夠用某種典型的型架結構，則采用型架自動生成的方式進行生成；如果不滿足以上要求，則新建一個空的工裝實例進行配置。

（3）對基于工裝型架進行配置。包括選擇和配置型架的基本構型，對盒式連接所用到的梁，連接盒及螺栓螺母等進行型號選擇，以及具體尺寸的確定。在配置過程中，為保證結構的可靠性、型架的可重用和易修改，需要以適當的方法添加特定的裝配約束。

（4）柔性定位裝置（支撐部分）的配置。根據被夾持工件的形狀、尺寸和精度要求特點，選擇放置定位裝置的數目及位置。

（5）對柔性定位裝置上的夾持裝置進行配置。根據工件上布置的可夾持位置，搜索夾持裝置庫中的現有裝置，如果能夠找到直接可用的標準件，或者經過修改后可以應用的定制夾具，則采用庫中的裝置。如果找不到能夠使用的夾持裝置，則新建夾持裝置應用于工裝實例，并保存在庫中。

（6）配置完成，對新工裝實例添加必要的信息，將新實例存入夾具實例庫。

4 工裝檢索及重用方法

工裝檢索與重用是工裝配置的關鍵步驟，如果能夠對工裝實例庫中的已有工裝實例進行重用，將大大減少工裝配置工作的復雜程度。對可重用工裝實例的搜索采用基于產品各個參數的加權算法實現。首先對各個屬性值與工裝實例屬性及其對應的產品屬性進行比對，得到多項匹配值，然后用加權的方法求出待分析產品與現有工裝實例的匹配度。

在搜索可重用工裝實例時，主要考慮4個方面的因素，分別是產品類型、產品尺寸、產品重量、執行工序，設各項信息的匹配值分別為V1、V2、V3、V4，相應的權重分別為W1、W2、W3、W4，則產品與工裝實例的整體匹配度如下：

R=W1V1+W2V2+W3V3+W4V4（1）

其中，各個匹配值分別表示當前產品與原工裝的4種基本因素的匹配情況，計算方法見表1。

各權重在不同的優先條件設定下對應不同的數值。如對于中小尺寸、重量較輕、工序不復雜的情況，則采用零件類型優先，相應的W1的權重較高。而如果尺寸較大，則采用尺寸值優先，則W2的權重較大。當用戶未定義時，則認為是自動選擇。

遍歷工裝實例庫中的所有工裝實例，根據公式（1）計算出各個工裝實例與當前待分析產品的匹配度R。按照R值從大到小排列工裝實例，并在程序界面中給出R值最大的前5個工裝實例，供用戶選擇。不指定時，則按第一個工裝實例（即匹配度最高的工裝實例）進行重用。用戶也可以從實例庫中選擇，交互指定庫中的工裝實例。

5 結語

可重構工裝配置技術是工裝應用的關鍵技術，本文分析了工裝配置的工作原理與方法，建立工裝配置流程，針對工裝配置中關鍵的工裝檢索與重用方法做了詳細闡述。

在工裝配置應用中，通過采用有效的配置方法，能夠優化工裝過程，提高配置效率。但對于不同類型的可重構工裝，仍需要不同的算法，開發相應的程序。今后，進一步提升工裝配置技術的通用性和智能化，整合更多資源，使可重構工裝得到廣泛適用。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]