北京航空制造工程研究所數(shù)字化制造航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄒 方

飛機(jī)是一種尺寸大、質(zhì)量重的復(fù)雜殼體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其裝配復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足民用航空和軍事航空對(duì)飛機(jī)數(shù)量的需求，其生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽車。首先對(duì)飛機(jī)與汽車進(jìn)行對(duì)比，探究其中的原因。一輛汽車由2萬(wàn)來(lái)個(gè)零件組成，而一架波音777則有400多萬(wàn)個(gè)零件；汽車焊點(diǎn)的位置精度為±1.2mm，而飛機(jī)制孔精度需要±0.2mm，甚至更高；汽車的使用壽命為10年，而飛機(jī)至少40年；汽車制造有許多重復(fù)作業(yè)，而飛機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于汽車。年產(chǎn)1000架飛機(jī)，一個(gè)部件需要制1500個(gè)孔，總計(jì)需要150萬(wàn)次操作，而重復(fù)性作業(yè)只有1000次。然而，年產(chǎn)20萬(wàn)輛汽車，相當(dāng)于20萬(wàn)次重復(fù)點(diǎn)焊作業(yè)。所以，飛機(jī)裝配比大規(guī)模生產(chǎn)汽車更復(fù)雜。飛機(jī)有難以置信的公差、狹窄空間和嚴(yán)格的質(zhì)量要求。使用許多類型和大小的緊固件，甚至微小的表面不連續(xù)都會(huì)影響飛機(jī)的壽命和隱身性能。嚴(yán)格的公差要求和苛刻工藝流程，使在汽車生產(chǎn)中早已司空見慣的機(jī)器人應(yīng)用，在飛機(jī)裝配中卻變得撲朔迷離難于實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)在飛行過(guò)程中，除了經(jīng)受高度和氣壓的嚴(yán)重變化，其機(jī)身還必須承受各種激烈的扭曲、轉(zhuǎn)身、拉伸、應(yīng)力和其他作用力。飛機(jī)上成千上萬(wàn)的連接孔必須精確制孔、锪窩，再填充鉚釘、螺栓等機(jī)械緊固件。因?yàn)轱w機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼采用各種不同的材料進(jìn)行裝配，如鋁、鈦和碳纖維復(fù)合材料，其板材厚度也不同，所以裝配過(guò)程變得更加復(fù)雜。

飛機(jī)制孔和連接需要嚴(yán)格的公差來(lái)保證飛機(jī)抗疲勞、長(zhǎng)壽命。因?yàn)橐粋€(gè)壞孔就可能導(dǎo)致機(jī)毀人亡。從孔直徑到關(guān)鍵孔邊距，再到直線度都是至關(guān)重要的。如何提高飛機(jī)部件的裝配效率，如何將人從勞動(dòng)強(qiáng)度的鉆鉚活動(dòng)中解脫出來(lái)，如何借鑒汽車的生產(chǎn)線理念，大幅度提高飛機(jī)的生產(chǎn)效率，如何開發(fā)一些智能的手持工具提高人工作業(yè)的質(zhì)量和效率等，這些都是飛機(jī)裝配必須思考的問(wèn)題。

表1 機(jī)械加工與部件裝配的對(duì)比

對(duì)標(biāo)零件數(shù)控加工，打造飛機(jī)部件的柔性裝配系統(tǒng)

飛機(jī)裝配中單機(jī)制孔和鉚接的工作量巨大，如果采用手工鉆鉚，其效率和質(zhì)量低下。飛機(jī)一旦有批量需求，就必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的鉆鉚，自動(dòng)鉆鉚設(shè)備是極其關(guān)鍵的設(shè)備。鉆鉚在飛機(jī)組合件和部裝是最主要的工序，飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼壁板的制造，已廣泛采用了自動(dòng)鉆鉚機(jī)，但鉆鉚前準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，自動(dòng)鉆鉚機(jī)的利用率不高。部件骨架的形成涉及到梁和肋的連接，需要制孔和高鎖螺栓連接。而這些一般在固定的型架上形成，依賴人工制孔，其效率低下，質(zhì)量也不能保證。骨架形成后，便進(jìn)行壁板和蒙皮的貼合，使蒙皮與骨架相連，也要通過(guò)大量的手工制孔和緊固件鉚接而成。這些工作都是在一個(gè)型架上完成的，往往沒(méi)有采用自動(dòng)鉆鉚設(shè)備，其工作是串行、低效率的。一方面，在一些自動(dòng)化程度高的工廠，自動(dòng)鉆鉚機(jī)也是單機(jī)運(yùn)行，沒(méi)有采用自動(dòng)物流連接起來(lái)，所以自動(dòng)鉆鉚設(shè)備的利用率低。另一方面，由于飛機(jī)的減重要求，它大量采用輕金屬零件、鋁合金框、梁類零件，去除率高達(dá)90%，迫切需要一種高效的加工方法。20世紀(jì)90年代就廣泛采用了柔性制造系統(tǒng)（FMS），利用自動(dòng)化的物流和中央刀庫(kù)系統(tǒng)，大幅度提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。因此，也可以采用FMS的理念，針對(duì)飛機(jī)的部件裝配打造一個(gè)柔性裝配系統(tǒng)（FAS）。當(dāng)然，飛機(jī)部件的尺寸、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度都較數(shù)控加工零件大和復(fù)雜，另外，機(jī)加零件的剛性好，一般采用小型卡具壓緊定位，便可進(jìn)行加工，零件的精度靠設(shè)備和刀具來(lái)保證，一般采用銑削加工，采用冷卻液來(lái)提高產(chǎn)品加工精度和刀具壽命。而部件的裝配，是多個(gè)零件組合連接的過(guò)程，由于飛機(jī)的減重要求，它是個(gè)大型的空心結(jié)構(gòu)，一般是先形成骨架，蓋上蒙皮壁板，再制孔，最后進(jìn)行緊固件的連接。由于飛機(jī)由多個(gè)部件組成，相鄰部件需要對(duì)合連接，因此，飛機(jī)部件的接合面對(duì)交點(diǎn)和套合面必須滿足高的幾何精度要求。下面比較一下飛機(jī)零件的數(shù)控加工和飛機(jī)部件裝配。

機(jī)械加工FMS的基本組成是：加工中心、物流系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、中央控制等。機(jī)械加工FMS工作流程見圖1。

可以參照飛機(jī)零件機(jī)械加工的柔性制造系統(tǒng)（FMS）理念，來(lái)構(gòu)建飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)，以便大幅度提高部件裝配的生產(chǎn)效率。由于飛機(jī)部件結(jié)構(gòu)剛度差，為實(shí)現(xiàn)柔性裝配系統(tǒng)，其部件必須以“保形架”來(lái)支撐，它將伴隨部件的整個(gè)裝配過(guò)程。由“保形架”支撐的部件，從一個(gè)站位流向下一個(gè)站位，確保了裝配過(guò)程的精度和剛性。飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)針對(duì)一定空間尺寸的部件（比如翼盒、機(jī)身），以特有的保形架，完成骨架的預(yù)裝配，實(shí)現(xiàn)壁板和骨架的柔性定位、制孔和緊固件連接，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)接面的精加工，具有自動(dòng)化、數(shù)字化測(cè)量檢測(cè)和裝配質(zhì)量的評(píng)估功能，裝配系統(tǒng)信息管理與控制軟件可實(shí)現(xiàn)裝配狀態(tài)自動(dòng)采集、智能排產(chǎn)、設(shè)備信息可視化、裝配生產(chǎn)過(guò)程仿真等功能。柔性裝配系統(tǒng)可以大幅度提高部件的裝配效率和鉆鉚設(shè)備的利用率。柔性裝配系統(tǒng)基本組成單元：柔性定位工裝、保形工裝、自動(dòng)鉆鉚設(shè)備、加工中心、物流系統(tǒng)、自動(dòng)噴涂單元、測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、骨架裝配區(qū)等，飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)如圖2所示。圖2中系統(tǒng)基本組成說(shuō)明如下：

骨架裝配作區(qū)：由人工在保形架上，按照部件的裝配要求，將相關(guān)的梁、肋零件定位，進(jìn)行稀疏的制孔、鉚接或螺接，完成飛機(jī)部件的梁、肋零件的預(yù)連接，并借助數(shù)字化測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)，形成部件初步骨架。

人工裝卸站：一是在保形工裝上，完成骨架與蒙皮壁板的初步定位，送入物流系統(tǒng)中；二是裝配完成的部裝從系統(tǒng)移出，轉(zhuǎn)到部件對(duì)接區(qū)。

自動(dòng)鉆鉚機(jī)：完成部件壁板和骨架的制孔連接，裝配中80%以上的制孔和鉚接工作在此進(jìn)行；

機(jī)器人作業(yè)單元：利用機(jī)器人和蒙皮壁板保形工裝，完成蒙皮壁板與骨架的定位、制孔和稀疏預(yù)連接。

五坐標(biāo)銑削加工中心：對(duì)于金屬骨架和復(fù)材壁板連接時(shí)，完成骨架型面的精加工，完成部件對(duì)接面的精加工。

數(shù)字化檢測(cè)單元：完成部件裝配特征點(diǎn)的數(shù)字化測(cè)量，并進(jìn)行裝配質(zhì)量評(píng)估。

自動(dòng)化噴涂單元：采用機(jī)器人加裝噴頭的方式，高效完成飛機(jī)部件的噴涂。

飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖1 機(jī)械加工FMS工作流程

圖2 飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)

圖3 飛機(jī)部件柔性裝配系統(tǒng)工作流程

向汽車制造學(xué)習(xí)，建設(shè)高效的飛機(jī)裝配移動(dòng)生產(chǎn)線

對(duì)于尺寸稍大的飛機(jī)部件，采用部件柔性制造系統(tǒng)是不太合適的，而是參照汽車制造的生產(chǎn)線理念，建設(shè)飛機(jī)部裝、總裝移動(dòng)生產(chǎn)線是明智之舉。一般地，裝配系統(tǒng)的構(gòu)型有工件固定和工件移動(dòng)等兩大類，如表2所示。

可以看出，“工件移動(dòng)-工位固定”型通常工位作業(yè)時(shí)間短、高度重復(fù)；“工件固定-工位移動(dòng)”工位作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、重復(fù)勞動(dòng)少。上述4種裝配系統(tǒng)模式在占地面積、工位工作量、系統(tǒng)花費(fèi)等3項(xiàng)指標(biāo)的性能比較見表3。

國(guó)外F35的集成裝配生產(chǎn)線（IAL）采用了模塊化設(shè)計(jì)，將F35劃分為前機(jī)身、中機(jī)身和后機(jī)身等3大件。這3個(gè)部件生產(chǎn)大量采用了整體結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化裝配單元，可以快速高效地完成部件的裝配，為實(shí)現(xiàn)部件的數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化裝配打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。F35的裝配充分地采用了汽車生產(chǎn)線的理念，由洛克·馬丁公司對(duì)F35進(jìn)行飛機(jī)頂層設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線的統(tǒng)一規(guī)劃，分別在洛克·馬丁公司、格魯曼公司、英國(guó)宇航系統(tǒng)公司等3地對(duì)部裝和總裝進(jìn)行了生產(chǎn)線實(shí)施。

表2 幾種裝配系統(tǒng)構(gòu)型

表3 幾種裝配系統(tǒng)模式性能比較

集成裝配生產(chǎn)線（IAL）代表一個(gè)巨大的技術(shù)突破和進(jìn)步，它使用機(jī)器人走出了一條開發(fā)低成本、高效、柔性裝配之路，提高了生產(chǎn)效率和縮短了制造周期。諾斯羅普·格魯曼公司與KUKA公司合作設(shè)計(jì)、優(yōu)化、實(shí)施生產(chǎn)線，而不是簡(jiǎn)單將一些自動(dòng)化設(shè)備和工具聚合在一起。KUKA利用其專業(yè)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)高效的生產(chǎn)線，而諾斯羅普·格魯曼公司專注于廣泛的工裝和工藝知識(shí)。該項(xiàng)目造價(jià)1億美元項(xiàng)目，占地面積超過(guò)1.8萬(wàn)m2的溫控廠房，有600多個(gè)工具和79個(gè)主要工作站位。

機(jī)身裝配工具包括自動(dòng)激光焊接和自動(dòng)拼板系統(tǒng)，還有制孔、涂膠密封、緊固件插入等多功能機(jī)器人末端執(zhí)行器。IAL具有13臺(tái)工業(yè)機(jī)器人和一個(gè)自動(dòng)引導(dǎo)車輛AGV系統(tǒng)。生產(chǎn)線使用了9軸機(jī)器人，在狹窄的內(nèi)部空間完成成千上萬(wàn)的孔加工，這是非常具有挑戰(zhàn)的。這樣，大幅度增強(qiáng)自動(dòng)化水平，自動(dòng)化制孔系統(tǒng)保證了非常精確的裝配公差。

生產(chǎn)線的一個(gè)亮點(diǎn)是進(jìn)氣道機(jī)器人制孔系統(tǒng)。視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)讓機(jī)器人進(jìn)入F35的S形進(jìn)氣管道的狹窄通道，這是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵。復(fù)合材料風(fēng)管與中機(jī)身集成，需要數(shù)以百計(jì)的機(jī)械緊固件連接鋁框架。每根管的裝配過(guò)程需要500個(gè)制孔。每個(gè)空氣管約2.74m長(zhǎng)，但內(nèi)部直徑只有508mm。盡管人體工程學(xué)挑戰(zhàn)了空間限制，操作最初是手動(dòng)完成的，裝配工人爬在管內(nèi)部，使用手工工具作業(yè)。通過(guò)采用工業(yè)機(jī)器人，諾斯羅普·格魯曼公司工程師52h手工作業(yè)減少到12h的自動(dòng)化作業(yè)，同時(shí)減少了占地面積。3個(gè)機(jī)器人單元對(duì)鉆進(jìn)氣道的3個(gè)不同部分制孔：后部、前右側(cè)和前左側(cè)。

生產(chǎn)線另一個(gè)亮點(diǎn)是自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）艦隊(duì)擔(dān)當(dāng)裝配單元的運(yùn)輸任務(wù)。傳統(tǒng)上，高架天車起重機(jī)用于移動(dòng)機(jī)身。然而因?yàn)楂@得起重機(jī)，要清除安全通道，拴住和搬運(yùn)吊具再移動(dòng)部件，這些都造成了許多延遲和時(shí)間浪費(fèi)。這個(gè)運(yùn)輸艦隊(duì)共有5輛AGV，其中3輛承載17噸，另2輛可以攜帶34噸重的負(fù)載。所有的車輛都是電池驅(qū)動(dòng)，并配備障礙檢測(cè)傳感器，防止碰撞發(fā)生。自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車具有全方位對(duì)接能力，這就消除了工裝失調(diào)并確保路由的靈活性。

低矮高度可調(diào)的AGV配有慣性制導(dǎo)技術(shù)使他們能夠沿著一個(gè)虛擬的自由路徑移動(dòng)，而不是遵循特定的地面磁帶模式。這就消除了視覺(jué)/目標(biāo)阻塞線、地面磁帶損壞的問(wèn)題。1臺(tái)基于RFID的控制和指示服務(wù)器，不斷地與AGV機(jī)載服務(wù)器通信。當(dāng)車輛到達(dá)一個(gè)工作站，裝配工人接管控制。降低AGV的甲板，在支持工裝結(jié)構(gòu)下引導(dǎo)車輛；提高甲板托舉工裝，以便機(jī)身可以移動(dòng)到下一個(gè)工作單元，完成進(jìn)一步組裝。

所有IAL單元與AGV通過(guò)一個(gè)中央控制和指示服務(wù)器整合在一起。裝配工人使用觸摸屏終端來(lái)管理所有生產(chǎn)流程，而技術(shù)工程師可以收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并使用它作為減少可變性和質(zhì)量改進(jìn)的工具。

英國(guó)BAE系統(tǒng)公司負(fù)責(zé)F35后機(jī)身及尾翼生產(chǎn)，他們構(gòu)建了一條先進(jìn)的集成組裝線（IAL），它使用一種自動(dòng)化的高架單軌系統(tǒng)，將后機(jī)身部件脈沖式移動(dòng)到生產(chǎn)線上的各工位，帶保型架的后機(jī)身及時(shí)輸送到那些工位，讓更多的單元并行裝配，裝配效率比以前大幅度提高。該生產(chǎn)線將從2012年每周一架，提高到2016年每天一架。2013年，又出現(xiàn)一個(gè)類似的IAL生產(chǎn)計(jì)劃，以支持水平和垂直尾翼的總成。

數(shù)字線程統(tǒng)領(lǐng)飛機(jī)裝配全過(guò)程，進(jìn)入智能裝配時(shí)代

飛機(jī)產(chǎn)品是一種復(fù)雜產(chǎn)品，它采用了多材料、多結(jié)構(gòu)和多工藝。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，飛機(jī)制造企業(yè)必須利用“智能裝配”工具和系統(tǒng)。開發(fā)和集成智能工具，如靈活的輸送系統(tǒng)、進(jìn)給單元、工裝卡具、機(jī)器人、傳感器、控制和智能緊固設(shè)備，以解決飛機(jī)多品種、裝配復(fù)雜和變批量的要求。智能裝配是一個(gè)生產(chǎn)工藝、人、設(shè)備和信息高度集成過(guò)程，它采用了虛擬和現(xiàn)實(shí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率、縮短交貨時(shí)間、提高敏捷性。智能裝配遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的自動(dòng)化裝配，它極大地挖掘人與機(jī)器有效協(xié)同作業(yè)，集成了高技術(shù)、多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，且具有自我集成和自適應(yīng)裝配處理的能力。智能裝配系統(tǒng)為工廠開創(chuàng)了一種分析、建議和應(yīng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的新模式。在智能裝配中，傳感器起著關(guān)鍵的作用，在某種意義上，智能裝配系統(tǒng)保證工廠開創(chuàng)分析、建議和回應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。傳感器將監(jiān)控每一個(gè)重要的操作參數(shù)，所有參數(shù)設(shè)置了控制限制，時(shí)刻評(píng)估裝配狀態(tài)，時(shí)刻知道任何偏差。裝配環(huán)境的運(yùn)行方式類似于人體免疫系統(tǒng)，以一種非常有效的方式來(lái)應(yīng)對(duì)沒(méi)有明顯癥狀的異常反應(yīng)。智能裝配系統(tǒng)可以調(diào)整和適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的變化，如投入零部件的可變性。最大的好處是系統(tǒng)健壯性,以確保質(zhì)量和生產(chǎn)能力。智能裝配基本單元已經(jīng)應(yīng)用在一些生產(chǎn)工具中，如工裝卡具、檢測(cè)系統(tǒng)和機(jī)器人。波音商業(yè)飛機(jī)目前使用智能裝配原則來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)使能制造和操作(NEMO)創(chuàng)新計(jì)劃，仿照了美國(guó)陸軍未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)項(xiàng)目。項(xiàng)目的目標(biāo)是將戰(zhàn)場(chǎng)上最先進(jìn)的技術(shù)，如“態(tài)勢(shì)感知”應(yīng)用到生產(chǎn)線。智能工具和傳感器是NEMO的第一層。目前多個(gè)應(yīng)用已經(jīng)聚焦在波音737和波音787的裝配流程中，如密封膠固化監(jiān)控。制孔和安裝工具也已配備了傳感器，可以監(jiān)測(cè)用戶身份驗(yàn)證、設(shè)置信息、校準(zhǔn)狀態(tài)和互動(dòng)進(jìn)/退功能。波音公司工程師們?cè)O(shè)想了一個(gè)廣泛的系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計(jì)工具和無(wú)線生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)之間運(yùn)動(dòng)信息的自動(dòng)化。智能裝配應(yīng)用于這些過(guò)程，將專注于開發(fā)智能工具，不需要操作者為一個(gè)特定的操作設(shè)定界限或扭矩。未來(lái)，波音裝配工作指令將直接投射到機(jī)翼或機(jī)身的飛機(jī)，傳感器嵌入在緊固工具中，將指導(dǎo)裝配工人。與此同時(shí)，激光圖像投射到飛機(jī)會(huì)自動(dòng)告訴他們準(zhǔn)確定位零件。電子測(cè)量和檢驗(yàn)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)和傳播進(jìn)程內(nèi)裝配過(guò)程各個(gè)方面的在線信息。例如，傳感器將不斷監(jiān)控緊固工具的性能、點(diǎn)膠設(shè)備、工裝、夾具和其他生產(chǎn)設(shè)備。在未來(lái)10年內(nèi)，波音公司計(jì)劃擴(kuò)大NEMO行動(dòng)，將客戶/供應(yīng)商與工程師和裝配工廠連接起來(lái)。

近十幾年，航空制造技術(shù)，特別是基于3D模型的數(shù)字制造技術(shù)有了突破性發(fā)展。3D模型的數(shù)字線程（Digital thread）在產(chǎn)品全生命周期的貫徹，如圖4所示。簡(jiǎn)化了制造、測(cè)量和檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，更易于智能化和自動(dòng)化設(shè)備的利用。數(shù)字線程創(chuàng)建和使用武器系統(tǒng)的一種數(shù)字代理，它可以動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)當(dāng)前和未來(lái)的能力，以支撐系統(tǒng)能力規(guī)劃分析、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)回收等階段的決策制定。該數(shù)字代理是一個(gè)基于物理的武器系統(tǒng)技術(shù)描述，它作用于武器系統(tǒng)的全生命周期，包括系統(tǒng)生成、管理以及數(shù)據(jù)、模型、權(quán)威信息的應(yīng)用等。其主要目標(biāo)使用所有可用的信息、物理融合來(lái)分析，使用概率方法來(lái)量化項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，從開始到結(jié)束形成閉環(huán)，再返回到生命周期的開始，獲取全過(guò)程做出明智的決策。

圖4 數(shù)字線程貫穿產(chǎn)品全生命周期

網(wǎng)絡(luò)使能制造（NEM）開發(fā)了開鏈接復(fù)雜系統(tǒng)開放式體系結(jié)構(gòu)模型，如室內(nèi) iGPS、RFID、SmartTools、三維激光投影，它們與生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書和質(zhì)量管理系統(tǒng)相連。ProjectionWorks 3D投影技術(shù)是緊固件插入動(dòng)態(tài)鏈接系統(tǒng)（FILLS）的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，F(xiàn)ILLS由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室資助，多家航空制造公司聯(lián)合開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和緊固件數(shù)據(jù)比對(duì)的自動(dòng)化。采用FILLS系統(tǒng)，裝配線工人們可以直觀查看飛機(jī)產(chǎn)品最新信息，以便以最有效和準(zhǔn)確的方式安裝正確零件。目前數(shù)10名裝配工人在 F35、P3、C5和 C130生產(chǎn)線，使用ProjectionWorks 3D技術(shù)，該技術(shù)可以在飛機(jī)零部件直接投影裝配指令。因此，F(xiàn)ILLS為每架飛機(jī)節(jié)省了200多個(gè)小時(shí)，為F35項(xiàng)目節(jié)約了1.11億美元，F(xiàn)ILLS徹底改變飛機(jī)部件的組裝、維護(hù)和修復(fù)的工作模式。FILLS研究團(tuán)隊(duì)的成就是發(fā)展改進(jìn)了“數(shù)字線程”，數(shù)字信息收集的計(jì)算機(jī)直接聯(lián)接到工廠。FILLS系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量裝配部件上的孔，測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)裝配部件需要的緊固件列表來(lái)。然后三維激光投影儀在裝配部件的表面投影彩色圖文信息，指示要安裝的緊固件作業(yè)序列，包括零件編號(hào)、方向和其他裝配信息。

未來(lái)裝配世界

未來(lái)的飛機(jī)智能裝配工廠強(qiáng)調(diào)人與自動(dòng)化有機(jī)的融合。在飛機(jī)裝配中充分發(fā)揮人的智能、柔性特點(diǎn)。這里，工人穿戴智能產(chǎn)品、手持智能工具，人與機(jī)器融為了一體，充分體現(xiàn)了“信息物理融合系統(tǒng)（CPS）”概念，如圖5所示。這里，機(jī)器、機(jī)器人、工裝、物流小車和諧高效、友好地為人類服務(wù)，未來(lái)的工廠決不是一座“無(wú)人工廠”。未來(lái)工廠規(guī)劃建設(shè)了多品種壁板組合件生產(chǎn)線，還有更高一級(jí)的部件生產(chǎn)線和總裝。這些生產(chǎn)線采用無(wú)紙化生產(chǎn)，采用了生產(chǎn)集成控制系統(tǒng)。這里有供工人裝配的工作平臺(tái)，干凈利落，沒(méi)有一絲凌亂，工作環(huán)境宜人舒適。

整架飛機(jī)制造流程是按用戶成品定義中心、生產(chǎn)控制、物料配送、大部件標(biāo)準(zhǔn)裝備、機(jī)身裝配、數(shù)字化噴涂車間、總裝生產(chǎn)線7個(gè)方面進(jìn)行的。用戶產(chǎn)品定義中心基于構(gòu)型的飛機(jī)定義，在用戶的點(diǎn)擊之間，機(jī)艙座椅設(shè)施隨心選取分布，頃刻間完成用戶定制化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)工人手上穿戴有智能傳感終端設(shè)備，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，具有定位、感知、顯示等功能，與智能工廠的生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)在一起。

圖5 工人手持智能工具作業(yè)

（1）場(chǎng)景一：精益的倉(cāng)儲(chǔ)配送。呈現(xiàn)了工人、工作臺(tái)、貨架。倉(cāng)儲(chǔ)劃分零件、工具、工裝等幾條配送線，由人工將零件、工具、工裝等分門別類地放入各自的移動(dòng)貨架上，由一輛AGV小車以此牽引零件、工具、工裝等移動(dòng)貨架，魚貫而行。

（2）場(chǎng)景二：流暢的物流。自動(dòng)化的物流，正確的時(shí)間、正確的順序到達(dá)正確的地點(diǎn)。工裝、產(chǎn)品、工具在AGV小車的牽引下，穿過(guò)車間，由一站流動(dòng)到下一個(gè)站位，工人伸手可得。

（3）場(chǎng)景三：機(jī)身壁板部件的人工安裝。機(jī)身壁板集成了各種管道和光纖，不同于現(xiàn)行的機(jī)身壁板，它是一種智能結(jié)構(gòu)壁板。壁板由工人從物流貨架上取來(lái)，進(jìn)行可拆支架系統(tǒng)安裝。安裝集成管線、機(jī)艙信號(hào)無(wú)線傳送器。主要部件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、自動(dòng)化地面運(yùn)輸車、大部件標(biāo)準(zhǔn)集裝箱、柔性化的搬運(yùn)設(shè)備、智能化的螺接工具、人體工程學(xué)的自適應(yīng)工裝、RFID自動(dòng)識(shí)別、智能化手持工具，在此逐一展現(xiàn)。機(jī)身壁板裝完后，就封蓋上了保護(hù)的收縮金屬薄片。

（4）場(chǎng)景四：機(jī)身壁板的自動(dòng)化對(duì)合。機(jī)身的機(jī)身下壁板安放在智能移動(dòng)小車上，左、右、上3大壁板由智能天車配合柔性?shī)A持吊具來(lái)定位。車間布置了iGPS系統(tǒng)，接受器安裝在移動(dòng)的工裝上，采用iGPS實(shí)現(xiàn)壁板的自動(dòng)化對(duì)合。

接著，連接6足爬行機(jī)器人上來(lái)了，同時(shí)，在機(jī)身內(nèi)部布置了一臺(tái)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其末端也許安裝了激光和攪拌焊接執(zhí)行器，機(jī)器人內(nèi)外協(xié)同完成四塊智能功能壁板的接縫連接，同時(shí)進(jìn)行精確表面處理。該多機(jī)器人執(zhí)行器為雙頭，另一個(gè)頭實(shí)現(xiàn)在線用戶化的電氣電路打印。在一些狹窄、不宜人作業(yè)的地方，采用雙臂COBOT機(jī)器人。旁邊的工人戴著虛擬三維眼鏡，通過(guò)“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”來(lái)控制COBOT機(jī)器人作業(yè)，充分體現(xiàn)了人與機(jī)器人的協(xié)同工作。

現(xiàn)場(chǎng)工人手上配戴智能終端系統(tǒng)，可以完成集成化質(zhì)量檢查和資料編制，隨時(shí)查看飛機(jī)裝配進(jìn)度。

（5）場(chǎng)景五：機(jī)身段自動(dòng)對(duì)接與綠色噴涂。自動(dòng)機(jī)身段對(duì)接，采用智能移動(dòng)AGV車來(lái)對(duì)接，采用環(huán)形機(jī)器人來(lái)對(duì)縫連接。采用沒(méi)有汽霧、環(huán)保的免護(hù)罩墨滴數(shù)字化噴涂系統(tǒng)，完成機(jī)身的涂裝。噴涂系統(tǒng)的噴頭是環(huán)形作業(yè)的，其底座是固定的。概念飛機(jī)全機(jī)身安放在AGV車上，完成軸向移動(dòng)。移動(dòng)式智能支撐工裝可以換位。噴頭可以打印雷達(dá)屏蔽罩和氣動(dòng)長(zhǎng)桁，并可進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)視。

（6） 場(chǎng)景六：總裝交付?？傃b線，進(jìn)行機(jī)翼與機(jī)身對(duì)接，完成全機(jī)裝配，最后用戶驗(yàn)收，完成飛機(jī)交付。

以上是空客公司發(fā)布的“Smart Factory”未來(lái)智能工廠視頻場(chǎng)景，這幅美好的未來(lái)藍(lán)圖一定能夠?qū)崿F(xiàn)。