飞机数字化柔性装配工装技术探究

◎ 田子山

引言：虽然从整体上来看，我国飞机制造行业柔性装配工装近年来发展较快、成果显著，但是与柔性工装相关的规范制度还不够完善，一些核心技术也还缺乏成熟。在飞机制造行业向数字化、智能化方向发展的过程中，有必要结合装配工装的具体要求，尽快搭建柔性工装技术体系，从而为装配工作的规范化、标准化、高效化发展奠定扎实的技术基础。

一、飞机数字化背景下的柔性工装技术

1.柔性工装技术特点。

柔性工装是与刚性工装相对应的一个概念，其特点主要表现在以下几方面：第一，柔性化。由于飞机装配工件在结构、形状等方面有很大的不同，采用柔性工装技术，可以快速调整并适应不同的组件，即一套工装可以用于多种工件的装配，这些就无需人工、手动的去调整、更换，从而在减轻人力、提高效率等方面发挥了显著优势。第二，数字化。柔性工装中由计算机作为主控终端，基于数据获取和分析技术，下达相应的控制指令。从设计到制造，再到安装，整个过程都是基于数字量传递、电气化控制的模式，保证了装配的精度。第三，模块化。硬件组成上用模块化结构代替传统的线路连接模式，提高了系统稳定性。

2.柔性工装的具体组成。

柔性工装的组成可以分为软件和硬件两部分，软件主要包括控制软件、测量软件、装配仿真软件和优化计算软件等。控制软件采用单片机，可以支持通过USB连接的方式在线编程，提高了控制的灵活性和整个系统的适用性；测量软件采用了高精度的激光测距仪，保证了测量精度；仿真软件可以支持在线仿真实验，根据仿真结果不断调整和优化柔性工装方案。硬件主要包括组合在一起的多个模块化结构单元、数控系统、数字化测量设备等。

3.柔性工装驱动数据生成。

（1）理论驱动数据主要在装配仿真环境中生成，在工装应用前，通过利用装配仿真技术，综合考虑装配件的几何信息、作业路线、工作指令等，可提前发现工装应用中的问题，以优化装配工艺和路径，同时根据优化的装配路径，生成工装理论驱动数据。（2）实测驱动数据主要由数字化测量设备提供，因此，基于数字化测量设备的数字化测量技术是生成柔性工装实测驱动数据的关键。（3）优化驱动数据的生成需要集成理论数据和实测数据，同时要针对飞机不同结构的装配特点具体计算。

二、飞机数字化柔性装配工装技术要点

1.精准定位技术。

柔性工装的优势之一，就是相比于刚性工装显著提高了工件定位精度，更加符合现阶段飞机制造关于高精度的要求。柔性工装中精准定位的实现主要有三种渠道。（1）模块化单元的运动调整数据以数字量的形式传递给数控系统；（2）控制系统精确的控制模块化单元运动；（3）模块化单元运动到位后由专门的锁紧机构锁紧。在上述3条途径的保证下，柔性工装的定位精度一般都能保证在0.1mm以内。另外，柔性工装控制系统在后期仿真环节，也会进行误差检测和参数匹配，形成了双重保障，这也是确保工装组件定位精准的另一措施。

2.仿真模拟技术。

柔性装配工装技术的基础是计算机和模拟技术，通过仿真的应用可以对柔性装配工装的全过程进行模拟。在进行飞机正式装配之前，要先好做好虚拟装配的仿真，虚拟装配仿真技术是以并行设计为基础，对环境数字化预配装进行分析，并对零件的集合信息、工装信息、指令等信息进行综合考虑，通过仿真软件进行处理得出全过程三维动态仿真。对程序进行实时控制，并涉及到碰撞检查。虚拟化装配仿真技术能够确保装配系统发挥出高柔性、高可靠性以及高效率等优良性能。

3.计算机控制技术。

基于数字化、自动化的柔性装配，计算机作为控制终端也发挥了至关重要的作用。由于柔性工装系统中包含了大量的动作单元，并且需要进行精密控制，必须要借助于计算机控制技术来实现。计算机控制中，除了终端计算机外，还包括伺服电机、传感器等。技术流程为：首先利用前端扫描仪识别待装配的工件，然后将扫描数据输入到计算机中。通过匹配数据库中的相关信息，完成工装组件的识别。由计算机发布控制指令，调节柔性工装系统将工件进行夹紧、固定，为下一步的加工、安装创造良好条件。

三、柔性装配工作的发展建议

1.做好数字化柔性工作配套设备的完善工作。

随着柔性工装理论研究的不断丰富和配套技术的成熟，在飞机数字化制造领域的应用也变得越来越广泛。但是软件系统的设计与优化，最终还是要通过硬件的执行，实现装配工装的高精度、高效率完成。针对当前柔性工装配套设备不够精密等问题，下一步应当重点在微型化、高精度、模块化的配套设备方面加强研发。只有软件控制系统和硬件基础设施相互协调，才能推进数字化柔性装配的成熟和发展。

2.尽快建立健全柔性装配工作技术标准。

由于飞机各类工件的复杂化，以及对工件本身精密度的高要求，要想保质保量的完成装配工装，离不开一套技术标准。虽然现阶段飞机制造公司有一套相关标准，但是并没有体现出数字化柔性装配工作的特点。因此，下一步还需要结合柔性工装的特点与要求，尽快在公司内部建立与之匹配的，能够支持柔性工作更好开展的技术标准。

结语：通过建立柔性工装技术体系，以规范和指导国内柔性装配工装的设计制造及应用，从而提高国内飞机装配工装的数字化、柔性化技术水平以及柔性工装的应用规模。要运用好柔性工装系统中的计算机控制技术、仿真模拟技术，进而为高精度、高效率的加工提供必要的支持。同时，也要不断进行技术研发，除了运用模块化、精密化的工装设备外，还要重视相关标准、规范的完善，在高质量完成柔性工装的前提下，推动飞机制造的数字化、自动化发展。