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

1 起落架站位式脈動生產(chǎn)線方案

起落架站位式脈動生產(chǎn)線是一種按節(jié)拍移動的裝配生產(chǎn)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(yīng)的裝配任務(wù)[2]；各站位根據(jù)工藝流程配備相應(yīng)的工藝、工裝、工具等，可有效減少產(chǎn)線建設(shè)投資；各站位按自己站位的工藝規(guī)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(guī)劃及工作內(nèi)容

根據(jù)型號起落架裝配研制網(wǎng)絡(luò)圖，將起落架3D數(shù)模導(dǎo)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(guī)整出起落架裝配流程順序[3-5]。同時，再根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有成熟起落架裝配經(jīng)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(chǎn)能力均衡。起落架裝配站位劃分如圖1所示。

圖1 站位規(guī)劃

1.2 站位能力分析評估表

依據(jù)站位規(guī)劃及其分離面設(shè)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(shù)據(jù)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(chǎn)用時分別為4 h。產(chǎn)品試驗時間無法調(diào)整，導(dǎo)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(chǎn)時間均衡，但是該種狀態(tài)下生產(chǎn)強度及人員配比出現(xiàn)失衡。對于站位五、站位六和站位七生產(chǎn)過程進行分析，其生產(chǎn)周期長，但生產(chǎn)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(shù)，站位五、站位六和站位七可作為產(chǎn)品緩沖區(qū)，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量達5架機之后，每4 h即可生產(chǎn)1架起落架，即可達到生產(chǎn)節(jié)拍4 h/架。

1.3 零件流轉(zhuǎn)圖

利用DELMIA軟件中的自動分析模塊ALB進行產(chǎn)線平衡測試，判定站位式生產(chǎn)線與工序設(shè)置是否合理，找出脈動生產(chǎn)線的瓶頸環(huán)節(jié)，針對性進行產(chǎn)線優(yōu)化。再根據(jù)各站位裝配內(nèi)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(fù)流轉(zhuǎn)問題，編制了零件流轉(zhuǎn)圖(見圖2)，進一步清晰了零件流轉(zhuǎn)和去向。

圖2 零件流轉(zhuǎn)圖

2 站位式脈動生產(chǎn)線的總體布局設(shè)計

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

圖3 生產(chǎn)線工藝平面布置圖

圖4 生產(chǎn)線三維布局圖

3 站位工藝設(shè)計

3.1 產(chǎn)品組件及零件配送設(shè)計

在站位式脈動生產(chǎn)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(jù)安裝的零組件外形，采用裝配防差錯理念進行設(shè)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(fā)生。依據(jù)零件流轉(zhuǎn)圖(見圖2)設(shè)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(dāng)組件完成組裝、周轉(zhuǎn)至下個站位時(如理化計量、試驗站位)，周轉(zhuǎn)車搭載AGV進行配送。依據(jù)固化后工藝流程制定的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)路徑(見圖5)，實現(xiàn)組件狀態(tài)下產(chǎn)品定軌跡配送，減少周轉(zhuǎn)過程中人員干涉造成的質(zhì)量問題。

圖5 生產(chǎn)線物流圖

圖6 型跡托模板示例圖

3.2 產(chǎn)品裝配視覺引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用

站位式脈動生產(chǎn)線引進了視覺引導(dǎo)技術(shù)。視覺引導(dǎo)技術(shù)基于增強現(xiàn)實技術(shù)的裝配，引導(dǎo)系統(tǒng)以輔助復(fù)雜部件裝配為對象，實現(xiàn)裝配過程的信息投影和視覺檢測，可提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，實現(xiàn)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(shù)據(jù)處理及反饋。操作者裝配作業(yè)時，在指定區(qū)域做出手勢，視覺引導(dǎo)系統(tǒng)中的攝像機采集分析當(dāng)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(chǎn)品是否漏裝。

3.3 自動對接技術(shù)應(yīng)用

在外筒與活塞桿組件裝配時，采用紅外線引導(dǎo)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(dǎo)技術(shù)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(dǎo)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(xiàn)與活塞桿對接時，系統(tǒng)壓力、位移傳感器動態(tài)監(jiān)控力值及位移變化，當(dāng)施加載荷超出設(shè)定要求，則停止對接，避免強行對接造成產(chǎn)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(shù)的研發(fā)，有望進一步提高裝配效率及生產(chǎn)系統(tǒng)柔性。

3.4 多相機工業(yè)攝影測量系統(tǒng)應(yīng)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(yè)攝影測量系統(tǒng)對產(chǎn)品進行實時檢測；站位四計量將產(chǎn)品通過周轉(zhuǎn)器具放置設(shè)定位置，測量系統(tǒng)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(chǎn)品2幅以上的測量圖像，經(jīng)雙像或多像前方交會得到產(chǎn)品特征點的三維坐標，對產(chǎn)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(tǒng)，實時監(jiān)控氣密試驗過程，若出現(xiàn)泄漏(即產(chǎn)生氣泡)，則測試系統(tǒng)對其動態(tài)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(yè)攝影系統(tǒng)多角度成品測量。對于產(chǎn)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(shù)據(jù)與標準樣件數(shù)據(jù)，判定產(chǎn)品合格與否，避免裝配時少裝、錯裝、反裝及多余物問題的發(fā)生。

4 可視化管理設(shè)計

4.1 裝配工藝文件可視化設(shè)計

脈動生產(chǎn)線站位工藝文件采用可視化技術(shù)，取代了傳統(tǒng)紙制工藝文件，消除了傳統(tǒng)工藝文件指導(dǎo)性、可視化、可接受性低等問題。目前，本公司主要應(yīng)用CATIA、DELMIA或3D Composer軟件對產(chǎn)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(chǎn)信息可視化設(shè)計

脈動生產(chǎn)線站位采用MES機對各站位生產(chǎn)信息進行錄入，在終端中央系統(tǒng)大屏進行集成輸出。中央系統(tǒng)通過LED顯示屏顯示每架生產(chǎn)信息以及當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)某站位出現(xiàn)問題時，指示燈紅色預(yù)警，提醒管理人員及時進行問題排故。

5 結(jié)語

飛機起落架站位式脈動生產(chǎn)線以起落架裝配的信息物理融合系統(tǒng)為支撐，完成了起落架系統(tǒng)的數(shù)字化裝配和調(diào)試、生產(chǎn)過程的仿真優(yōu)化、物料的智能配送、產(chǎn)品的自動對接以及車間信息系統(tǒng)的無縫集成等建設(shè)[10-11]。結(jié)合精益生產(chǎn)理念，開展了起落架站位式脈動生產(chǎn)線站位劃分、生產(chǎn)布局調(diào)整，并制定裝配分離面，達到生產(chǎn)節(jié)拍4 h/架。智能制造技術(shù)在起落架裝配試驗車間進行應(yīng)用示范，顯著提升了本公司的機械制造技術(shù)和管理水平，縮短了產(chǎn)品研制周期，提高了生產(chǎn)效率。