田 威 廖文和 唐金成

1.南京航空航天大學(xué)，南京，210016 2.江蘇中輛科技有限公司，南京，210001

0 引言

對(duì)于一些復(fù)雜產(chǎn)品（如飛機(jī)、火車等）來說，由于其具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、零部件多、剛性小等特點(diǎn)，其裝配最終質(zhì)量是由工裝保障的，故其制造過程中的工裝非常重要。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，客戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求越來越普遍，小批量多品種的市場(chǎng)需求特征日趨顯著；此外，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，企業(yè)對(duì)新品的研制周期提出了更高的要求。在企業(yè)大量購置數(shù)控加工設(shè)備等先進(jìn)裝備的背景下，工裝成為實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)和縮短新品研制周期的瓶頸。根據(jù)企業(yè)面臨的實(shí)際困難和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，柔性工裝成為工裝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，也正是國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)［1－2］。柔性工裝關(guān)鍵技術(shù)的突破將為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展帶來巨大的機(jī)遇。柔性工裝在飛機(jī)制造行業(yè)的應(yīng)用，取代了原來靠模擬量傳遞的剛性工裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量在飛機(jī)制造過程中的全流通，將極大縮短研制周期；在火車制造領(lǐng)域，以柔性工裝替代傳統(tǒng)的剛性工裝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的柔性化，為快速重構(gòu)生產(chǎn)線掃平了障礙，將有效縮短企業(yè)的轉(zhuǎn)產(chǎn)周期［3］。

1 柔性工裝結(jié)構(gòu)體系

1.1 柔性工裝的內(nèi)涵

柔性工裝是將成組技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)引入工裝設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用與管理等各環(huán)節(jié)，構(gòu)建基于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、自動(dòng)化的工裝應(yīng)用體系，從而優(yōu)質(zhì)、快捷、高效、低成本地滿足產(chǎn)品生產(chǎn)需求。柔性工裝區(qū)別于傳統(tǒng)工裝的關(guān)鍵特征在于柔性化，其柔性化的具體體現(xiàn)形式在于定位柔性化和夾緊固持柔性化。定位單元通過一定的傳動(dòng)方式和控制方法，可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化和外形的不同，精確調(diào)整定位器的空間位置和姿態(tài)，以滿足不同產(chǎn)品的定位要求，實(shí)現(xiàn)柔性化定位。夾緊固持單元通過對(duì)夾持力的精確控制，以及根據(jù)產(chǎn)品外形的特點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整夾持單元的結(jié)構(gòu)，以滿足不同產(chǎn)品的夾緊固持要求，實(shí)現(xiàn)柔性化夾緊固持。當(dāng)前在一些機(jī)床行業(yè)通過組合夾具來實(shí)現(xiàn)柔性化，其基本指導(dǎo)思想是模塊化組合，以更換標(biāo)準(zhǔn)模塊和搭積木的方法來實(shí)現(xiàn)夾具的柔性化，其柔性化程度是一些離散的空間幾何位置，有一定專用性，無法實(shí)現(xiàn)定位和固持的無級(jí)化調(diào)整。而柔性工裝正好克服了組合夾具的這一不足，可以實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的無級(jí)柔性化自動(dòng)調(diào)整，應(yīng)用范圍和技術(shù)的通用性更廣泛一些。

1.2 面向裝配的柔性工裝主要結(jié)構(gòu)體系

飛機(jī)、火車等復(fù)雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了裝配過程非常復(fù)雜，柔性工裝在裝配過程中主要承擔(dān)起支撐、定位、夾緊等作用，根據(jù)具體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，面向裝配的柔性工裝主要結(jié)構(gòu)體系包括陣列式POGO柱結(jié)構(gòu)、框架翻轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)、大尺寸三坐標(biāo)立式支撐結(jié)構(gòu)、庫式伸縮結(jié)構(gòu)等四大類。

（1）陣列式POGO柱結(jié)構(gòu)。陣列式POGO柱結(jié)構(gòu)如圖1所示［4－6］，主要由一定數(shù)量的平行陣列布局的POGO柱組成，其中POGO柱是一種能在X、Y、Z三坐標(biāo)方向進(jìn)行精確調(diào)整與控制的支撐結(jié)構(gòu)，POGO柱在軸向具備一定的承載能力。針對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜外形，通過協(xié)調(diào)控制陣列POGO活塞桿的行程，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的精確定位，實(shí)現(xiàn)了工裝的柔性化，達(dá)到了重復(fù)使用的目的。這種結(jié)構(gòu)形式的柔性工裝特別適合大型產(chǎn)品的部件對(duì)接、部件裝配過程中的姿態(tài)調(diào)整等應(yīng)用場(chǎng)合。目前在國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)部件對(duì)接工作中有非常廣泛的應(yīng)用前景，在火車部件組對(duì)過程中也有一定的應(yīng)用需求。

圖1 陣列式POGO柱結(jié)構(gòu)

（2）框架翻轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)?？蚣芊D(zhuǎn)式柔性工裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由框架、支撐柱和輔助托架等結(jié)構(gòu)組成?？蚣苡脕矶ㄎ还坛止ぜ?，框架兩側(cè)與支撐柱連接，可以沿著框架中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，同時(shí)也能沿著兩側(cè)支撐柱的軸線進(jìn)行上下調(diào)整，從而使工件在一定范圍內(nèi)根據(jù)裝配工作的需要精確調(diào)整姿態(tài)，配合其他裝備更好地完成裝配任務(wù)［7－9］?？蚣芊D(zhuǎn)式柔性工裝主要應(yīng)用于飛機(jī)部件裝配，不僅可以在一套工裝上定位夾緊多種型號(hào)產(chǎn)品，還能根據(jù)自動(dòng)化鉆鉚設(shè)備的需要自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，提高鉚接裝配質(zhì)量。

圖2 框架翻轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)

（3）大尺寸三坐標(biāo)立式支撐結(jié)構(gòu)。大尺寸三坐標(biāo)立式支撐結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由數(shù)套大尺寸三坐標(biāo)支撐結(jié)構(gòu)組成。這種支撐結(jié)構(gòu)尺寸較大，其定位和夾緊組件均可以實(shí)現(xiàn)在三個(gè)直角坐標(biāo)方向的精確調(diào)整。由于結(jié)構(gòu)本身具有良好的剛性，故可以承載三個(gè)方向的較大載荷。三坐標(biāo)支撐結(jié)構(gòu)本體獨(dú)立布局，可以根據(jù)產(chǎn)品對(duì)象自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)合理布局。單排平行布局能夠很好地適應(yīng)一些大型長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)的部件裝配（如飛機(jī)的機(jī)翼壁板）；兩排數(shù)組布局可以完成大型立體結(jié)構(gòu)部件的裝配（如飛機(jī)機(jī)身、火車車體等）。

圖3 大尺寸三坐標(biāo)立式支撐結(jié)構(gòu)

（4）庫式伸縮結(jié)構(gòu)。庫式伸縮結(jié)構(gòu)組成的柔性工裝如圖4所示，其主體結(jié)構(gòu)由若干根正交布局的伸縮梁組成，伸縮梁可以沿著中心軸方向伸長(zhǎng)或收縮，一次獲得工裝水平面內(nèi)外形尺寸的調(diào)整，以達(dá)到對(duì)不同平面結(jié)構(gòu)尺寸部件的適應(yīng)性。這種結(jié)構(gòu)形式的柔性工裝可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸的變化調(diào)整工裝本體的結(jié)構(gòu)，不僅滿足了產(chǎn)品對(duì)工裝的柔性化要求，還有效節(jié)約了廠房資源。庫式伸縮結(jié)構(gòu)柔性工裝適合于一些平板類（或曲度較?。┭b配部件，如火車的端墻、側(cè)墻等部件的水平裝配，也可以應(yīng)用于飛機(jī)曲度較平緩的壁板類部件裝配（如機(jī)翼壁板）。

圖4 庫式伸縮結(jié)構(gòu)

2 柔性工裝關(guān)鍵單元結(jié)構(gòu)

典型柔性工裝結(jié)構(gòu)主要由骨架、定位單元、夾緊單元、鎖緊單元等四大部分組成。骨架、定位單元和夾緊單元是實(shí)現(xiàn)工裝柔性化的主體，鎖緊單元在調(diào)整到位后保障工裝具有足夠的剛度和具備較好的承載能力。用于飛機(jī)、火車等復(fù)雜產(chǎn)品的柔性工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了拓展工裝對(duì)產(chǎn)品對(duì)象的適應(yīng)范圍，將柔性工裝提煉為模塊化單元結(jié)構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的關(guān)鍵單元結(jié)構(gòu)，快速構(gòu)建工裝系統(tǒng)。

（1）柔性骨架單元結(jié)構(gòu)。骨架是工裝其他功能模塊的搭載平臺(tái)，是柔性工裝的重要組成部分。柔性骨架較剛性骨架而言，能在大范圍內(nèi)進(jìn)行柔性化調(diào)整，以適應(yīng)產(chǎn)品對(duì)象宏觀形態(tài)的變化。由于柔性骨架的功能特點(diǎn)與傳統(tǒng)骨架的區(qū)別，故在柔性工裝體系中的骨架結(jié)構(gòu)形式也隨之產(chǎn)生了變化，其主體由若干可調(diào)整的結(jié)構(gòu)單元搭建而成，如圖5所示的大尺寸三坐標(biāo)支撐組件和伸縮梁等結(jié)構(gòu)形式。這些結(jié)構(gòu)單元之間多以分立形式布局，取消了剛性連接的組件，骨架安裝和調(diào)整通過先進(jìn)的檢測(cè)裝置（如激光跟蹤儀）檢測(cè)定位，從而完成整個(gè)骨架的精確定位布局。

圖5 骨架主體典型結(jié)構(gòu)

（2）柔性定位單元結(jié)構(gòu)。工裝在產(chǎn)品裝配過程中的主要功能之一就是定位，因此定位單元是柔性工裝的關(guān)鍵組成部分之一，其承擔(dān)了產(chǎn)品裝配過程中的精確定位。由于產(chǎn)品的外形輪廓復(fù)雜，故傳統(tǒng)的剛性定位單元普遍被設(shè)計(jì)為與產(chǎn)品局部外形一致的結(jié)構(gòu)形式以保證定位的精確性。而柔性工裝面向的產(chǎn)品種類多樣化，一方面將定位單元設(shè)計(jì)為可調(diào)整結(jié)構(gòu)，另一方面通過先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位單元的精確控制，從而保障柔性定位單元的定位精度。為了實(shí)現(xiàn)柔性定位單元對(duì)不同結(jié)構(gòu)外形產(chǎn)品的適應(yīng)，其結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為多點(diǎn)柔性定位形式，以單個(gè)可調(diào)整定位組件（如POGO柱）為結(jié)構(gòu)單元搭建而成，根據(jù)產(chǎn)品外形的特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)成數(shù)組式、框架圍形式、離散式等結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)精確多點(diǎn)協(xié)調(diào)控制，可調(diào)整定位組件一般通過電動(dòng)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)（圖6）。這種驅(qū)動(dòng)方式一方面便于實(shí)現(xiàn)數(shù)控，另一方面由于傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具備自鎖能力，而有利于保證定位單元的剛性。

圖6 基于電動(dòng)作動(dòng)器的直線定位組件結(jié)構(gòu)

（3）柔性夾緊單元結(jié)構(gòu)。夾緊單元的主要作用一方面是保證產(chǎn)品與定位面貼合可靠，另一方面是對(duì)產(chǎn)品的固持，其柔性化主要體現(xiàn)在夾持力自適應(yīng)調(diào)整和夾持頭與產(chǎn)品外形的自適應(yīng)貼合。夾緊單元在柔性化方面的功能需求主要通過機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩個(gè)方面解決。夾緊單元驅(qū)動(dòng)采用伺服控制。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的具體要求，精確控制和調(diào)整夾緊力需保證夾緊的可靠性，并保證夾持力對(duì)產(chǎn)品外形不造成損傷。為了滿足夾緊頭對(duì)產(chǎn)品外形的自適應(yīng)貼合，夾緊頭被設(shè)計(jì)為隨動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)與真空吸盤等復(fù)合結(jié)構(gòu)保證固持的可靠性。圖7所示為典型的柔性夾緊單元結(jié)構(gòu)。

圖7 柔性夾緊單元典型結(jié)構(gòu)

（4）死鎖抱緊結(jié)構(gòu)。柔性工裝與傳統(tǒng)工裝相比，其突出的優(yōu)勢(shì)在于可調(diào)整性，能在一定范圍內(nèi)適應(yīng)產(chǎn)品對(duì)象的變化。而柔性化特征也帶來了剛度可靠性的不足，為了確保柔性工裝在發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也具備可靠的剛性，死鎖抱緊結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。這種結(jié)構(gòu)是組成柔性工裝不可或缺的單元要素，其作用在于確保柔性工裝調(diào)整到位后的可靠死鎖，以使柔性工裝與傳統(tǒng)工裝具備同樣的剛性。在柔性工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，廣泛采用帶自鎖功能的渦輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)在定位單元末端設(shè)計(jì)了死鎖抱緊機(jī)構(gòu)（圖8），根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，其啟動(dòng)形式多種多樣，包括電動(dòng)、液壓、手動(dòng)等。

圖8 典型鎖緊裝置

3 柔性工裝模塊化設(shè)計(jì)方法

目標(biāo)產(chǎn)品的特異性和新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的未定性決定了柔性工裝結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這些特性對(duì)其設(shè)計(jì)過程提出了更高的要求。根據(jù)上文對(duì)柔性工裝關(guān)鍵單元結(jié)構(gòu)的闡述，在柔性工裝設(shè)計(jì)過程中引入模塊化設(shè)計(jì)方法，能有效縮短設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)難度。結(jié)合柔性工裝的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和模塊化設(shè)計(jì)方法［10］，提出了如圖9所示的柔性工裝設(shè)計(jì)流程。

圖9 柔性工裝設(shè)計(jì)流程

整個(gè)設(shè)計(jì)過程主要包括目標(biāo)產(chǎn)品特點(diǎn)分析、柔性化程度評(píng)估、模塊化單元設(shè)計(jì)、建模與仿真、功能可達(dá)性分析等5個(gè)階段。

（1）目標(biāo)產(chǎn)品特點(diǎn)分析。柔性工裝是用來制造新產(chǎn)品的技術(shù)裝備，目標(biāo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求對(duì)柔性工裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接的影響。在設(shè)計(jì)的初期，必須充分分析目標(biāo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝配要求、關(guān)鍵裝配特征，比較系列化產(chǎn)品對(duì)象的共性與差異性結(jié)構(gòu)。

（2）柔性化程度評(píng)估。柔性工裝作為一種生產(chǎn)用的技術(shù)裝備，除了功能性技術(shù)要求以外，投入和產(chǎn)出比也是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。柔性化程度的高低決定了設(shè)計(jì)制造成本和技術(shù)難度。必須在對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求分析的基礎(chǔ)上，合理評(píng)估柔性工裝需要具備的柔性化程度，避免一味強(qiáng)調(diào)柔性化的片面指導(dǎo)思想。

（3）模塊化單元設(shè)計(jì)。根據(jù)柔性工裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，上文已經(jīng)將復(fù)雜的機(jī)構(gòu)劃分為骨架單元、定位單元、夾緊單元和鎖緊單元等四大功能模塊，這也為模塊化設(shè)計(jì)方法的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。這一階段是柔性工裝設(shè)計(jì)的核心，根據(jù)柔性化程度評(píng)估結(jié)果，確定通用的柔性化模塊和專用模塊，并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的關(guān)鍵單元結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理論，完成專用單元和關(guān)鍵單元的模塊化設(shè)計(jì)。

（4）建模與仿真。根據(jù)關(guān)鍵單元模塊化設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)柔性工裝進(jìn)行整體三維建模，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，這個(gè)過程尤其重要，通過三維仿真分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了干涉檢查、裝配性能評(píng)估等，有利于直觀優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（5）功能可達(dá)性分析。柔性工裝與一般的工藝裝備最大的區(qū)別在于功能的柔性化（可以適用于多個(gè)產(chǎn)品對(duì)象）。在設(shè)計(jì)的最后環(huán)節(jié)，必須對(duì)其功能是否滿足普遍適用性進(jìn)行分析。通過三維工藝仿真方法，實(shí)現(xiàn)工裝與目標(biāo)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)分析，能夠直觀體現(xiàn)工裝對(duì)系列化產(chǎn)品的適應(yīng)性，檢驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。

4 基于關(guān)鍵裝配特征的柔性工裝數(shù)字量傳遞體系

柔性工裝的特點(diǎn)決定了其應(yīng)用過程的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)流不僅包括從產(chǎn)品幾何數(shù)模信息向柔性工裝系統(tǒng)的正向傳遞，還包括從測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息回饋給柔性工裝系統(tǒng)的逆向傳遞。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜的柔性工裝調(diào)整已經(jīng)從過去的手動(dòng)向自動(dòng)化發(fā)展，同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中大量使用的激光跟蹤儀等先進(jìn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)字化，這些都為構(gòu)建面向柔性工裝應(yīng)用的數(shù)字量傳遞體系奠定了基礎(chǔ)。

面向柔性工裝應(yīng)用的數(shù)字量傳遞體系的關(guān)鍵在于構(gòu)建產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源在柔性工裝重構(gòu)過程中的數(shù)據(jù)信息的傳遞架構(gòu)。柔性工裝的工作對(duì)象是產(chǎn)品，檢測(cè)系統(tǒng)的工作對(duì)象也是產(chǎn)品，兩者在工作過程中都是圍繞產(chǎn)品與工裝的裝配關(guān)系展開的。為了論述方便，這里把與產(chǎn)品和工裝的裝配關(guān)系相關(guān)的信息集合定義為產(chǎn)品關(guān)鍵裝配特征，主要包括定位基準(zhǔn)、定位方式、定位位置和姿態(tài)、夾持方式、定位面幾何外形等信息。

根據(jù)柔性工裝的特點(diǎn)和應(yīng)用需求，構(gòu)建了基于關(guān)鍵裝配特征的柔性工裝應(yīng)用數(shù)字量傳遞體系，如圖10所示，產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的傳遞過程［11－12］如下：①產(chǎn)品數(shù)模單一數(shù)據(jù)源是數(shù)字量傳遞體系的依據(jù)，從中提取出產(chǎn)品關(guān)鍵裝配特征；②根據(jù)產(chǎn)品關(guān)鍵裝配特征，構(gòu)建產(chǎn)品裝配的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝，以此為判據(jù)，并根據(jù)現(xiàn)有柔性工裝的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能指針，評(píng)估柔性工裝針對(duì)特定產(chǎn)品對(duì)象的適應(yīng)性；③根據(jù)柔性工裝適應(yīng)性分析結(jié)果，通過三維重構(gòu)過程仿真手段，分析柔性工裝的適用可行性、重構(gòu)可行性、重構(gòu)流程等性能；④以仿真分析結(jié)果為依據(jù)，對(duì)柔性工裝數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行離線編程，生成柔性工裝重構(gòu)的控制策略和數(shù)控程序；⑤將離線編程數(shù)控程序下載到柔性工裝控制器，結(jié)合檢測(cè)系統(tǒng)回饋的檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)控制柔性工裝機(jī)械本體完成重構(gòu)。

圖10 基于關(guān)鍵裝配特征的柔性工裝數(shù)字量傳遞體系

上文所構(gòu)建的基于產(chǎn)品關(guān)鍵裝配特征的柔性工裝數(shù)字量傳遞體系，其核心作用在于實(shí)現(xiàn)柔性工裝應(yīng)用的數(shù)字化，達(dá)到柔性工裝快速重構(gòu)的目的。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)和三維工藝仿真技術(shù)是這一體系的關(guān)鍵，由于柔性工裝各單元多為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，故重構(gòu)過程中需要檢測(cè)各定位基準(zhǔn)的空間位置信息并回饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，對(duì)于大型復(fù)雜產(chǎn)品（如飛機(jī)），一般選擇激光跟蹤儀或室內(nèi)GPS來檢測(cè)工裝的相關(guān)信息；對(duì)于普通機(jī)械制造行業(yè)，考慮到使用成本，可以通過間接基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和局部位移傳感器相結(jié)合的方式檢測(cè)工裝的相關(guān)位置和姿態(tài)。三維工藝仿真主要依托DELMIA軟件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，通過構(gòu)建柔性工裝、產(chǎn)品、輔助設(shè)備等三維模型，以關(guān)鍵裝配特征作為工裝重構(gòu)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)源，根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)的變化來檢索和求解工裝的調(diào)整方案和實(shí)際調(diào)整信息，并生成控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)集，以此來控制柔性工裝進(jìn)行自動(dòng)精確調(diào)整。

5 應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證

底架是鐵路車輛的典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件之一，該部件由中梁、枕梁、大橫梁、小橫梁、側(cè)梁、端粱、附屬件等上百個(gè)零部件組裝焊接而成。不同的車型、型號(hào)，其底架結(jié)構(gòu)和外形尺寸都有一定的差異，突破并實(shí)現(xiàn)同一柔性工裝對(duì)絕大部分型號(hào)底架的適應(yīng)性，長(zhǎng)期以來是行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。通過對(duì)柔性工裝共性技術(shù)的研究，我們提出了基于庫式伸縮結(jié)構(gòu)的柔性工裝體系，構(gòu)建了如圖11所示的鐵路車輛底架柔性工裝系統(tǒng)，其中基礎(chǔ)骨架由2根縱向、10根橫向的伸縮梁正交組成，在基礎(chǔ)骨架上安裝了26個(gè)柔性夾緊單元和24個(gè)柔性定位單元。柔性工裝主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過升降架進(jìn)行力的放大，整個(gè)系統(tǒng)采用基于企業(yè)局域網(wǎng)的分布式控制結(jié)構(gòu)。建立基于底架三維CAD模型數(shù)據(jù)源的三維工藝仿真平臺(tái)，仿真結(jié)果為柔性工裝控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)產(chǎn)重構(gòu)控制策略。

圖11 鐵路車輛底架柔性工裝應(yīng)用

該柔性工裝在齊齊哈爾軌道車輛（集團(tuán)）有限公司已實(shí)際應(yīng)用，性能良好，對(duì)企業(yè)縮短轉(zhuǎn)產(chǎn)周期（轉(zhuǎn)產(chǎn)開始到轉(zhuǎn)產(chǎn)完成總共用時(shí)）、提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的效果明顯。具體應(yīng)用效果如表1所示，轉(zhuǎn)產(chǎn)周期縮短了90%，生產(chǎn)效率提高了25%，產(chǎn)品合格率從95%提高至98%，產(chǎn)品適用型號(hào)從原來的1個(gè)擴(kuò)展到12個(gè)。

表1 柔性工裝應(yīng)用性能比較

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