北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院 梅中義 黃 超 范玉青

回顧飛機工業(yè)的發(fā)展，飛機裝配技術(shù)經(jīng)歷了從人工裝配、半自動化裝配到數(shù)字化裝配的發(fā)展歷程，隨著各國經(jīng)濟與技術(shù)的進步，數(shù)字化裝配技術(shù)已經(jīng)在多個國家的飛機制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

飛機數(shù)字化裝配技術(shù)涉及飛機設(shè)計、零部件制造、數(shù)字化自動鉆鉚、數(shù)字化互換協(xié)調(diào)、數(shù)字化先進測量與檢測和計算機軟件等眾多先進技術(shù)和裝備，是機械、電子、控制、計算機等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)[1]。由于飛機裝配工作的高復(fù)雜性和高精度，柔性裝配已經(jīng)成為飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的重要組成部分，而飛機智能裝配技術(shù)已經(jīng)成為飛機裝配技術(shù)發(fā)展的新方向，對飛機智能裝配技術(shù)的研究將對我國飛機裝配水平及航空企業(yè)智能制造水平的全面提升起到重要的推動作用。

飛機數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展回顧

在20世紀(jì)80年代，由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的興起，加上計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，美國波音、洛克希德·馬丁公司，還有歐洲的空客公司這些大型飛機公司都陸續(xù)地對飛機數(shù)字化裝配技術(shù)進行應(yīng)用，并已取得成功，典型的產(chǎn)品包括波音787、A380與JSF等。其中洛克希德·馬丁公司在進行JSF戰(zhàn)斗機研究制造之中，將每架飛機的生產(chǎn)周期由之前的15個月縮短到了5個月，把工裝數(shù)量從350個降低到19個，實現(xiàn)降低成本1/2。采用數(shù)字化裝配技術(shù)后，取消了大部分的制孔工具與工裝，利用較為先進的龍門鉆削系統(tǒng)，充分利用了激光定位、電機驅(qū)動的精密制孔，提高了孔的質(zhì)量，最終節(jié)省了九成以上的時間[2]。而美國波音787客機的裝配連接中，充分應(yīng)用復(fù)合材料，根據(jù)復(fù)合材料的力學(xué)性能特點，對其連接技術(shù)進行改善，根據(jù)此應(yīng)用需求以及鉆孔需求，波音公司與其他公司合作研制了專用的自動化鉆孔鉚接設(shè)備與技術(shù)，從而提高波音787的裝配質(zhì)量與速度，同時也降低了成本。另外，波音787還在總裝過程中采用了iGPS系統(tǒng)，使多用戶、大尺度、高精度的測量成為了可能[3]。此外波音公司還采用了數(shù)字化的壁板裝配系統(tǒng)，對電磁鉚接技術(shù)與柔性裝配工裝進行集成，解決了大型構(gòu)件自動化裝配面臨的困難；在波音737、波音757、波音777移動裝配生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，波音787采用脈動生產(chǎn)線模式，使得整條生產(chǎn)線具有分工明確細致、工作量單一重復(fù)和裝配線過程流暢等優(yōu)勢，提高飛機生產(chǎn)效率。

進入21世紀(jì)，飛機制造已經(jīng)步入數(shù)字化時代，工程設(shè)計通過CAD來定義，工藝設(shè)計通過CAPP進行數(shù)字化仿真，工藝裝備設(shè)計通過數(shù)字化定義和發(fā)放，質(zhì)保通過數(shù)字化技術(shù)進行測量，零件制造可以實現(xiàn)全方位的數(shù)控加工，飛機裝配大面積采用數(shù)字量傳遞技術(shù)[1]。

蓬勃發(fā)展的飛機數(shù)字化裝配技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)在飛機裝配中的應(yīng)用大大提高了飛機制造質(zhì)量，減少了工裝數(shù)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。隨著數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)形成了一整套飛機數(shù)字化裝配技術(shù)體系。

1 飛機數(shù)字化裝配關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)

飛機數(shù)字化裝配關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)主要包括：

（1）面向數(shù)字化裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。飛機數(shù)字化裝配實施成功的關(guān)鍵在于將數(shù)字化裝配的具體需求融入到飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，即面向數(shù)字化裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要融入與裝配相關(guān)的關(guān)鍵點[4]。

（2）數(shù)字化互換協(xié)調(diào)技術(shù)。數(shù)字化互換協(xié)調(diào)方法是一種先進的基于數(shù)字化產(chǎn)品定義和標(biāo)準(zhǔn)工裝定義的協(xié)調(diào)互換技術(shù)，用于保證生產(chǎn)和工裝之間、生產(chǎn)工裝與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件和組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換。數(shù)字化互換協(xié)調(diào)方法利用數(shù)控加工、成形制造出準(zhǔn)確的零件外形和所有的定位元素。在工裝制造時，通過數(shù)字測量系統(tǒng)（如激光跟蹤儀、數(shù)字照相測量和室內(nèi)GPS等設(shè)備）實時監(jiān)控、測量工裝或產(chǎn)品上相關(guān)控制點（關(guān)鍵特性）的位置，建立起產(chǎn)品零部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，并在此坐標(biāo)系統(tǒng)中將工裝或產(chǎn)品上關(guān)鍵特征點的測量數(shù)據(jù)和3D模型定義數(shù)據(jù)直接進行比較，分析出空間測量數(shù)值與理論數(shù)據(jù)的偏差情況，作為檢驗產(chǎn)品是否合格及進一步調(diào)整的依據(jù)。

（3）飛機數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真技術(shù)。飛機裝配過程涉及了成千上萬的零部件、工裝、夾具、工具，并有大量裝配操作等，精確、合理地對裝配工藝進行規(guī)劃、分析、仿真，可有效解決裝配工藝設(shè)計中的裝配不協(xié)調(diào)、干涉、碰撞、超差等問題，保證產(chǎn)品精準(zhǔn)快速裝配，是提高產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。圖1為波音787客機總裝對接數(shù)字化仿真。

2 飛機數(shù)字化裝配關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

圖1 波音787客機總裝對接數(shù)字化仿真

飛機數(shù)字化裝配關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)是指支撐飛機數(shù)字化裝配現(xiàn)場的共性關(guān)鍵技術(shù)，主要針對裝配過程中的定位、制孔、連接、測量、控制等環(huán)節(jié)，構(gòu)建相應(yīng)的試驗單元，支持數(shù)字化裝配技術(shù)的應(yīng)用實施[4]，主要包括：

（1）數(shù)字化定位技術(shù)。以數(shù)字化為基礎(chǔ)的定位技術(shù)包括數(shù)字測量定位技術(shù)、特征定位技術(shù)、柔性定位技術(shù)等。數(shù)字測量定位技術(shù)是指針對飛機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、定位要求，借助數(shù)字化測量設(shè)備或系統(tǒng)進行飛機零部件的定位；特征定位技術(shù)利用數(shù)字化定義、數(shù)控加工的具有配合關(guān)系的配合面、裝配孔或工藝凸臺、工藝孔等設(shè)計或工藝特征，實現(xiàn)零件之間的相互定位，保證裝配的一致性和高裝配質(zhì)量；柔性定位技術(shù)是指通過采用柔性工裝滿足不同產(chǎn)品的定位需要。隨著飛機裝配質(zhì)量越來越高的要求，數(shù)字化定位技術(shù)已經(jīng)成為飛機零部件高效、高精度定位的重要保障。

（2）數(shù)字化自動制孔技術(shù)。隨著新工藝的不斷涌現(xiàn)和新材料技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的裝配方式無法滿足現(xiàn)代航空制造業(yè)對于高精度和高效率的要求，對飛機結(jié)構(gòu)件制孔提出了更高的要求，因此，自動制孔技術(shù)應(yīng)運而生。數(shù)字化自動制孔就是按照三維模型編制CAD/CAM 數(shù)控程序，由機床按照數(shù)控程序自動完成制孔加工。自動制孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式主要有龍門式柔性導(dǎo)軌制孔、柔性軌道制孔、機器人制孔和爬行機器人制孔等，這些設(shè)備已被應(yīng)用于飛機裝配制孔，大大提高了飛機裝配制孔效率和質(zhì)量。圖2所示為自動化制孔設(shè)備。

（3）數(shù)字化自動鉚接技術(shù)。數(shù)字化自動鉚接技術(shù)集電氣、液壓、氣動、自動控制為一體，在裝配過程中不僅可以實現(xiàn)組件（或部件）的自動定位，同時還可以一次完成鉚接工作。數(shù)字化鉚接技術(shù)近幾年來發(fā)展迅速，已由原來結(jié)構(gòu)簡單、功能單一的帶托架自動化鉚接機，發(fā)展成為裝配工裝和鉚接設(shè)備從結(jié)構(gòu)到功能都高度一體的數(shù)字化自動鉚接系統(tǒng)。自動鉚接系統(tǒng)主要包括自動鉚接機和數(shù)控托架兩部分，自動鉚接機用于完成一系列的鉚接過程，數(shù)控托架主要包括數(shù)控圍框、托板、立柱以及各種附件等，用于工件的定位和夾持。自動鉚接機需與相應(yīng)的托架系統(tǒng)相配套，才能發(fā)揮自動鉚接技術(shù)的優(yōu)勢，較大尺寸及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，尤其是大型飛機機身和機翼壁板、雙曲度壁板的自動鉚接，需要配備全自動托架（CNC）系統(tǒng)以實現(xiàn)工件的自動定位和調(diào)平。數(shù)字化鉚接系統(tǒng)自動化程度的提高，不僅提高了飛機的裝配效率，也是保證飛機裝配質(zhì)量的重要手段。圖3（a）為機身蒙皮自動鉚接；圖3（b）為美國GEMCOR公司研制應(yīng)用于發(fā)動機進氣罩的自動鉚接設(shè)備；圖3（c）是GEMCOR公司全數(shù)控式G2000型鉚接機，整個半圓機身壁板可以放在工作框架中，與下方一個小C形結(jié)構(gòu)互相聯(lián)動，進行托架翻轉(zhuǎn)，這樣可從一邊鉚到另一邊；圖3（d）為未來爬行機器人自動鉚接。

圖2 自動化制孔設(shè)備

圖3 自動鉚接設(shè)備

（4）高效長壽命連接技術(shù)。隨著飛機耐久性和可靠性要求不斷提高，長壽命連接是大飛機研制必將廣泛采用的連接方法。干涉配合能提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命，已成為結(jié)構(gòu)延壽的主要工藝方法。為提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命，國內(nèi)外各先進飛機制造中均采用了大量干涉配合緊固件。高性能航空器的機械連接結(jié)構(gòu)必須采用先進的連接技術(shù)，如采用干涉配合鉚接、電磁鉚接、新型緊固件、孔擠壓強化等來提高連接結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能與可靠性，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。而采用自動化或半自動化的連接設(shè)備則能顯著提高工作效率及連接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（5）數(shù)字化檢驗測量技術(shù)。傳統(tǒng)的測量技術(shù)已難以滿足飛機制造中快速、高效、高精度檢測要求，數(shù)字化檢測技術(shù)已成為打通飛機復(fù)雜零件與大尺寸零部件設(shè)計、制造、裝配、檢測一體化流程，提升檢測效率與水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)采用基于數(shù)字化檢測設(shè)備（三坐標(biāo)測量機、激光跟蹤儀、激光雷達、激光掃描儀、iGPS等）的產(chǎn)品三維檢測與質(zhì)量控制手段，建立數(shù)字化檢測技術(shù)體系，開發(fā)計算機輔助檢測規(guī)劃與測量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，制定相應(yīng)的數(shù)字化檢測技術(shù)規(guī)范，以實現(xiàn)提高檢測效率與質(zhì)量的目標(biāo)。波音公司正在開發(fā)三維激光掃描成像技術(shù)，可以通過攝像頭和激光掃描傳感器捕捉工廠和裝配中的飛機三維圖像，如圖4所示，在未來的飛機總裝線中，機器人手持該設(shè)備掃描飛機和制造環(huán)境，然后與設(shè)計文檔對照，就可以安全地裝卸部件并精確地定位自動化裝配設(shè)備[5]。

（6）多系統(tǒng)集成控制技術(shù)。在飛機數(shù)字化裝配過程中，配套軟硬件系統(tǒng)眾多，數(shù)據(jù)處理方式豐富，設(shè)計、工藝、測量、定位、制孔、連接等數(shù)據(jù)間存在大量的交互和協(xié)調(diào)關(guān)系。系統(tǒng)集成與控制技術(shù)是實現(xiàn)交互與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)，它將數(shù)字化裝配技術(shù)中各支撐單元即所有自動化裝配設(shè)備、傳感器、測量設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)集成在一起，共享信息，形成一個協(xié)調(diào)運作的全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖4 波音747-8總裝線三維激光掃描成像

柔性裝配是飛機數(shù)字化裝配發(fā)展要點

飛機數(shù)字化柔性裝配技術(shù)是建立在計算機數(shù)字信息處理平臺上，融合飛機的全數(shù)字量協(xié)調(diào)技術(shù)，應(yīng)用計算機信息技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)字測量技術(shù)、柔性工裝技術(shù)、多系統(tǒng)集成技術(shù)和數(shù)字仿真分析技術(shù)，采用各種數(shù)控裝配工具，進行制孔、鉚接，完成部件的連接，能適應(yīng)場地和時間的變化要求，在有限的場地內(nèi)快速完成裝配任務(wù)，大大減少裝配工裝的使用，簡化型架[6]。柔性裝配工裝作為柔性裝配系統(tǒng)的關(guān)鍵部分和硬件主體，“壁板-部件-大部件對接”裝配過程的柔性工裝結(jié)構(gòu)形式各不相同，下面主要針對飛機裝配不同階段介紹不同形式的柔性工裝。

1 多點陣真空吸盤式柔性工裝

多點陣真空吸盤式柔性工裝是由帶真空吸盤的立柱模塊單元陣列排布組成的工裝結(jié)構(gòu)。立柱單元由伺服電機驅(qū)動，可以沿空間3個方向運動到任意位置。通過立柱單元的控制移動和真空吸盤的自適應(yīng)傾斜調(diào)節(jié)，可生成與任意產(chǎn)品曲面相符合的均勻分布的吸附點陣。通過真空吸盤的吸附夾持作用，將產(chǎn)品裝夾緊固[7]。圖5所示為壁板類零件多點陣真空吸盤式柔性工裝。

2 行列式結(jié)構(gòu)柔性裝配工裝

圖5 壁板零件多點陣真空吸盤式柔性工裝

行列式結(jié)構(gòu)柔性工裝適用于飛機壁板類和翼梁的裝配。行列式結(jié)構(gòu)柔性工裝是由模塊化結(jié)構(gòu)單元——立柱組成的，以行列式獨立排列分布。立柱單元上裝有可三維移動調(diào)整的夾持單元，通過調(diào)節(jié)夾持單元的位置來完成不同產(chǎn)品組件、部件的裝配。

3 飛機部件柔性裝配

3.1 機翼類部件柔性裝配

根據(jù)不同機翼的大小、構(gòu)型，機翼類部件柔性裝配主要可以分為：（1）翼盒數(shù)字化裝配。以移動平臺為基本的裝配平臺，配合激光導(dǎo)引定位系統(tǒng)，完成翼盒類部件的數(shù)字化裝配。（2）前后緣類數(shù)字化裝配?；跈C器人制孔系統(tǒng)和柔性定位子系統(tǒng)，完成前后緣類數(shù)字化裝配。（3）機翼數(shù)字化對接。采用支撐式結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整機翼各段在空間中的位置，保證機翼的對接裝配[4]。

3.2 機身類部件柔性裝配

按照機身的典型結(jié)構(gòu)劃分，機身類部件柔性裝配主要可以分為：（1）機頭柔性裝配。機頭部件外形曲率變化非常復(fù)雜，協(xié)調(diào)要求高，因此，需要其柔性裝配能基于先進測量裝置，采用數(shù)字化手段保證各零組件特殊的外形以及機頭前、中、后部和地板等各單元對合。（2）中機身柔性裝配。中機身是飛機部件對接的基準(zhǔn)，是主要的承力部件和氣密艙段，對壽命、強度、密封要求高，因此，其柔性裝配能應(yīng)用智能調(diào)姿、自動鉆鉚等技術(shù)保證在航向與展向的裝配精度。（3）后機身柔性裝配。后機身外形曲率變化大，與平垂尾間對接精度及氣動外形要求高，因此，其柔性裝配能應(yīng)用數(shù)字化測量、機器人精密制孔等技術(shù)，保證外形、交點等的準(zhǔn)確度。

3.3 平、垂尾類部件柔性裝配

目前大量復(fù)合材料構(gòu)件在平、垂尾結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，同時在裝配過程中交點多、厚度變化明顯、協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，因此，其柔性裝配具有精度很高的數(shù)字化精加工平臺、能快速轉(zhuǎn)換工藝參數(shù)的自動制孔系統(tǒng)等，以保證復(fù)材與金屬合金裝配的準(zhǔn)確度。

4 大部件柔性對接

波音、空客等飛機制造商在總裝階段已大量使用柔性對接，其主要分為3種類型。

（1）柱式結(jié)構(gòu)的自動對接。其工裝布局分散、開敞性好，定位器向上支撐，調(diào)整和定位飛機部件產(chǎn)品。定位器與飛機部件產(chǎn)品采用工藝支撐連接，由伺服電機驅(qū)動實現(xiàn)X、Y、Z3個方向的運動。由3臺以上這樣的定位器就可以支撐、調(diào)整、定位一段飛機大部段。

（2）塔式結(jié)構(gòu)的自動對接。其結(jié)構(gòu)形體較大，具有像伸縮臂一樣的運動調(diào)整部分，可從側(cè)面支撐和驅(qū)動飛機部件，承載質(zhì)量較大[8]。

（3）混聯(lián)結(jié)構(gòu)的自動對接。波音787總裝中采用的是一種混聯(lián)形式的自動定位機構(gòu)，如圖6所示。定位器不直接與部件相連，采用托架與部件相連，通過驅(qū)動托架對機體部件進行位姿調(diào)整。其優(yōu)點是部件調(diào)整受力條件更好、調(diào)整更靈活、對產(chǎn)品設(shè)計更有利、更適合于大型結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料部件。

圖6 波音787總裝

飛機裝配新模式——脈動生產(chǎn)線

隨著商用飛機的需求量急劇增長，軍用飛機研制任務(wù)增多，傳統(tǒng)的機庫式飛機裝配模式已無法適應(yīng)現(xiàn)代飛機制造要求，國外飛機制造商對飛機裝配生產(chǎn)線作了重大研究[9]。在這種背景下，一種先進的飛機脈動裝配生產(chǎn)線應(yīng)運而生。

脈動生產(chǎn)線采用自動化、數(shù)字化的設(shè)計思路，最大限度地減少人為因素產(chǎn)生的影響，從而保障產(chǎn)品質(zhì)量。脈動生產(chǎn)線是連續(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，當(dāng)生產(chǎn)某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，整個生產(chǎn)線可以不移動，或留給下個站位去解決；當(dāng)飛機的裝配工作全部完成時，生產(chǎn)線就脈動一次。圖7（a）為A350壁板脈動式裝配線（Pulse Motion Line，PML）,在生產(chǎn)過程中，機身壁板在生產(chǎn)線上是一件接著一件，由一個最小的安全間隙分開，當(dāng)所有區(qū)域的工作指令完成后，就執(zhí)行一次脈動，同時壁板移動4.5m到下一個工作區(qū)。因此，每塊壁板的生產(chǎn)進展就可以從它在PML的位置很容易地推斷出來。根據(jù)A350壁板結(jié)構(gòu)，在每一次脈動中多達7個隔框在一定區(qū)域內(nèi)進行鉆鉚工作[10]；圖7 （b）為波音787總裝脈動生產(chǎn)線，整條脈動裝配生產(chǎn)線分為5 個工作區(qū)，一個機位就是一個工作區(qū)。0號工作區(qū)是預(yù)裝配區(qū)，停放主要的大部件；1號工作區(qū)完成前機身，中機身，后機身，左、右機翼和尾段6 大部件的對接總裝配； 2 號工作區(qū)安裝起落架、發(fā)動機等，還有地板、絕緣毯、次結(jié)構(gòu)件安裝及管路、液壓系統(tǒng)的收尾工作； 3 號工作區(qū)主要工作是內(nèi)裝飾、輔助動力設(shè)置APU 安裝及動力裝飾的初步試驗； 4 號工作區(qū)主要進行各種各樣的測試工作。

圖7 脈動生產(chǎn)線

最近10 年航空制造技術(shù)，特別是基于MBD 模型的數(shù)字制造技術(shù)有了突破性發(fā)展。MBD 模型在產(chǎn)品全生命周期的貫徹，簡化了制造、測量和檢驗、數(shù)據(jù)采集的過程，更有利于智能化和自動化設(shè)備的利用[9]。從汽車生產(chǎn)自動化移植到飛機制造的“集成裝配線（Integrated Assembly Line，IAL）”是目前最先進的飛機制造技術(shù)。集成裝配線IAL實際上就是一種自動化、智能化的脈動裝配線，它最大化地使用機器人和自動化設(shè)備，為飛機生產(chǎn)提供更加強大的制造和裝配能力，實現(xiàn)用手工方法很難達到的嚴(yán)格質(zhì)量要求，并提供了一個更有效率的裝配環(huán)境。集成裝配線包括自動化裝配工裝系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和制造系統(tǒng)，通過工廠的通信系統(tǒng)對全部設(shè)備進行集中和無線控制。2012 年，F(xiàn)-35 的大部件分包商諾斯羅普·格魯門和BAE 分別宣布了它們的“集成裝配線”開始運行，并開始交付在IAL 生產(chǎn)的中機身和后機身部件。

脈動裝配線是建立在現(xiàn)代先進制造理論和管理思想基礎(chǔ)上的，如精益思想和方法、柔性制造理論、大規(guī)模定制生產(chǎn)理論、數(shù)字制造、自動化和智能制造等。其目的是讓飛機運動起來，如同汽車裝配線一樣高效率、低成本地制造飛機，滿足某一階段市場或戰(zhàn)爭對某種飛機的集中需求。

智能裝配是飛機數(shù)字化裝配發(fā)展方向

目前，以網(wǎng)絡(luò)化智能制造為代表的第四次工業(yè)革命浪潮正席卷全球，以數(shù)字化為基礎(chǔ)的智能制造模式應(yīng)運而生。第四次工業(yè)革命，即工業(yè)4.0，以智能制造為主導(dǎo)，旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)——信息物理融合系統(tǒng)（CPS）相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。航空工業(yè)歷來都是各國爭奪技術(shù)領(lǐng)先的戰(zhàn)略高地，美國歐盟等都希望借助于正在涌來的新一輪工業(yè)革命，使各自的航空產(chǎn)業(yè)具有更強的競爭力[11]。對于飛機裝配過程而言，由于其高復(fù)雜性和高精度的特點及其高質(zhì)量和低周期的研制目標(biāo)，對智能制造技術(shù)的需求迫切，因此研究飛機智能裝配制造技術(shù)必將對飛機裝配水平的提升以及航空制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展起到重要的推動作用。

1 飛機智能裝配內(nèi)涵

飛機智能裝配就是將飛機裝配過程中的零部件、工裝夾具、機器設(shè)備、物流、人、系統(tǒng)等深度融合，借鑒高度智能化的人體神經(jīng)系統(tǒng)原理，將智能化裝配系統(tǒng)模型構(gòu)建為與之相對應(yīng)的物理信息融合系統(tǒng)，逐次建立自動化裝配單元、裝配生產(chǎn)線、車間、智能檢測與監(jiān)控系統(tǒng)信息獲取與集成、信息處理與決策、知識積累與自適應(yīng)控制等技術(shù)，形成飛機智能化裝配系統(tǒng)[12]。

2 飛機智能化裝配的關(guān)鍵技術(shù)

飛機智能裝配關(guān)鍵技術(shù)是整個飛機智能化裝配的基礎(chǔ)，它涵蓋了飛機裝配的設(shè)計、工藝、現(xiàn)場、規(guī)范等眾多環(huán)節(jié)。其主要包括：

（1）面向智能裝配的飛機數(shù)字化設(shè)計技術(shù)。將用戶對產(chǎn)品的需求和研發(fā)人員對產(chǎn)品的構(gòu)想建立成信息物理融合系統(tǒng)的虛擬產(chǎn)品模型，并考慮產(chǎn)品裝配工藝分離面的劃分，對產(chǎn)品進行模塊化設(shè)計?；谀Ｐ秃椭R開展產(chǎn)品的功能性能仿真分析與優(yōu)化，保證產(chǎn)品的功能性能滿足用戶要求，使用戶可以全過程參與減少技術(shù)風(fēng)險[13]。

（2）虛擬現(xiàn)實仿真優(yōu)化技術(shù)。在現(xiàn)有的仿真技術(shù)上增加了從感官和視覺上盡量貼近真實，在人機工效分析基礎(chǔ)上對裝配全過程進行優(yōu)化，保證裝配全過程順利實施。其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結(jié)合的新一代智能界面，是智能裝配的一個顯著特征。

（3）智能裝配工裝設(shè)備的設(shè)計制造技術(shù)。裝配過程的自動化、智能化必須借助定制的專用智能化工藝裝備來實現(xiàn)。首先要全面實現(xiàn)裝配過程的機械化和自動化，在此基礎(chǔ)上，通過嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人之間的互聯(lián)互通，為實現(xiàn)智能化裝配奠定基礎(chǔ)。

（4）裝配過程在線檢測與監(jiān)控技術(shù)。建立可覆蓋裝配全過程的數(shù)字化測量設(shè)備與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)有數(shù)字化測量技術(shù)上增加傳感器、RFID、物聯(lián)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等用來實時感知、監(jiān)控、分析、判斷裝配狀態(tài)，實現(xiàn)裝配過程的實時監(jiān)測。

（5）智能裝配制造執(zhí)行技術(shù)。智能裝配中的制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)是集智能設(shè)計、智能預(yù)測、智能調(diào)度、智能診斷和智能決策于一體的智能化應(yīng)用管理體系。

伴隨著數(shù)字化、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、計算機仿真以及網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的飛機智能裝配工廠強調(diào)人與自動化的有機融合，在飛機裝配中充分發(fā)揮人的智能、柔性等特點。在未來的飛機智能裝配工廠里，工人穿戴智能產(chǎn)品、手持智能工具，人與機器融為了一體，充分體現(xiàn)了信息物理融合系統(tǒng)概念?？湛凸緸榱嗽谑袌龇蓊~爭奪戰(zhàn)中取得更好的成績，追求先進的制造技術(shù)，擬采用自動化流水線的“未來工廠”概念，即數(shù)字化工廠?？湛鸵?0年后推出的大飛機為對象，采取諸如基于模塊的大數(shù)據(jù)管理、可穿戴的無線通訊設(shè)備、自動導(dǎo)向運輸車實施JIT/JIS準(zhǔn)時準(zhǔn)確裝配技術(shù)、柔性安裝設(shè)備、超高頻RFID協(xié)同裝配定位、室內(nèi)GPS導(dǎo)向裝配、爬行機器人鉆鉚連接、機身自動對接裝配，用“增強現(xiàn)實”控制雙臂機器人安裝，用數(shù)字化噴墨式噴漆機進行噴漆直至數(shù)字化交付客機等一系列最新的科技成果。圖8為空客發(fā)布的“未來工廠”概念。

結(jié)束語

圖8 空客的“未來工廠”概念

數(shù)字化裝配技術(shù)代表了現(xiàn)代飛機制造的發(fā)展方向，柔性裝配以及脈動生產(chǎn)線的應(yīng)用大大提高了飛機的裝配質(zhì)量和效率，智能化裝配更是適應(yīng)未來高端武器裝備實現(xiàn)多品種、變批量、低成本、高質(zhì)量、快速研制的必然選擇，其研究和應(yīng)用既是技術(shù)的革命，又是觀念的革命，更是管理的革命。深入研究并逐步應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)，在提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的同時，更能促進我國航空產(chǎn)品生產(chǎn)的觀念性改變及管理體制的變革，攻克我國飛機裝配及制造技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)，實現(xiàn)飛機制造技術(shù)水平的重大突破。

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