牛潤軍

(中航飛機(jī)股份有限公司 漢中飛機(jī)分公司，陜西 漢中 723213)

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飛機(jī)智能化裝配技術(shù)研究

牛潤軍

(中航飛機(jī)股份有限公司 漢中飛機(jī)分公司，陜西 漢中 723213)

大型飛機(jī)的研制是國家提高自主創(chuàng)新能力的戰(zhàn)略重點(diǎn)。為了提高飛機(jī)裝配質(zhì)量與生產(chǎn)效率，采用智能裝配技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢。回顧了智能制造的概念和發(fā)展歷程，分析了飛機(jī)智能化裝配所具有的智能感知、實(shí)時分析、自主決策和準(zhǔn)確執(zhí)行等四大技術(shù)特征，詮釋了飛機(jī)智能化裝配所涉及的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和虛擬仿真等4個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，以及構(gòu)建飛機(jī)智能化裝配生產(chǎn)單元所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，對我國飛機(jī)制造業(yè)智能化發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。

飛機(jī)；智能；裝配

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的實(shí)施，智能制造成為了中國制造業(yè)的發(fā)展方向，是中國確立制造業(yè)強(qiáng)國的重大舉措。2015年9月10日，工業(yè)和信息化部公布了2015年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單，全國范圍內(nèi)遴選出的46個智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目進(jìn)入該名單，其涉及了38個行業(yè)、21個地區(qū)，飛機(jī)制造業(yè)是其中重要的組成部分。

在飛機(jī)制造各環(huán)節(jié)中，飛機(jī)裝配是核心和關(guān)鍵技術(shù)，在很大程度上決定了飛機(jī)的最終質(zhì)量、制造成本和周期。飛機(jī)裝配技術(shù)的發(fā)展也基本遵循了工業(yè)革命的發(fā)展規(guī)律，從第一、二代飛機(jī)的手工裝配，發(fā)展到第二、三代飛機(jī)的機(jī)械化裝配，目前國外發(fā)達(dá)國家已基本實(shí)現(xiàn)了第三、四代飛機(jī)的數(shù)字化、自動化裝配，正向著智能化裝配方向邁進(jìn)[1]。目前，我國飛機(jī)裝配技術(shù)正處在全面推進(jìn)數(shù)字化和自動化應(yīng)用階段，因此提前研究新一代智能化裝配技術(shù)具有重要意義。

1 智能制造

智能制造的概念出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，隨著數(shù)字化、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能技術(shù)的發(fā)展，特別是德國工業(yè)4.0概念的正式提出，智能制造已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)新的發(fā)展方向，其概念及內(nèi)涵也在不斷地發(fā)展和豐富。智能制造主要特征有如下幾個方面。

1)生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)，設(shè)備和產(chǎn)品之間的互聯(lián)，虛擬和現(xiàn)實(shí)之間的互聯(lián)。

2)將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和通信設(shè)施通過信息物理系統(tǒng)(CPS)形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信息的縱向集成、橫向集成及端到端的集成。

3)核心是數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、價值鏈數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。

4)驅(qū)動技術(shù)、產(chǎn)品、模式、業(yè)態(tài)和組織等方面的不斷創(chuàng)新。

5)物聯(lián)網(wǎng)和(服)務(wù)聯(lián)網(wǎng)將滲透至工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，形成高度靈活、個性化和智能化的產(chǎn)品與服務(wù)模式，推動生產(chǎn)方式向大規(guī)模定制、服務(wù)型制造和創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變。

2 飛機(jī)智能化裝配技術(shù)特征

飛機(jī)裝配首先是要保證裝配準(zhǔn)確度，影響飛機(jī)裝配準(zhǔn)確度的因素主要有裝配產(chǎn)品對象、工裝設(shè)備狀態(tài)、物流配送以及環(huán)境信息。飛機(jī)智能化裝配，就是通過對各影響因素的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行感知并作出精準(zhǔn)響應(yīng)，保證裝配準(zhǔn)確度，從而提高裝配質(zhì)量和裝配效率。飛機(jī)智能化裝配是數(shù)字化、自動化裝配向更高階段發(fā)展的必然產(chǎn)物，是數(shù)字化技術(shù)、自動化技術(shù)、傳感器技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)，其技術(shù)特征主要有如下幾點(diǎn)。

1)智能感知?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)和激光跟蹤儀與iGPS技術(shù)結(jié)合的智能感知技術(shù)，通過配置各類傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)，對現(xiàn)場人員、設(shè)備、工裝、物料和量具等多類制造要素進(jìn)行全面感知，實(shí)現(xiàn)裝配過程中人與資源的深度互聯(lián)，從而確保裝配過程中多源信息的實(shí)時、精確和可靠獲取[2]。

2)實(shí)時分析。對裝配過程中的制造數(shù)據(jù)、智能工裝數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時檢測、傳輸和處理，然后將這些多源、分散的裝配現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用于準(zhǔn)確執(zhí)行和智能決策的可視化數(shù)據(jù)。

3)自主決策?！爸悄堋笔侵R和智力的總和，知識是實(shí)現(xiàn)智能的基礎(chǔ)，智力是獲取和運(yùn)用知識求解的能力。智能裝配不僅僅是利用現(xiàn)有的知識庫指導(dǎo)裝配行為，同時具有自學(xué)習(xí)功能，能夠在裝配過程中不斷地充實(shí)本體知識庫。

4)準(zhǔn)確執(zhí)行。通過傳感器、RFID等獲取的裝配過程實(shí)時數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算手段進(jìn)行實(shí)時分析，再通過自主決策機(jī)制實(shí)現(xiàn)裝配規(guī)劃自主化，最終驅(qū)動智能化裝配工藝裝備完成準(zhǔn)確執(zhí)行。裝配過程的準(zhǔn)確執(zhí)行是使裝配過程處于最優(yōu)效能狀態(tài)的保障，是實(shí)現(xiàn)智能裝配的重要體現(xiàn)。

3 飛機(jī)智能化裝配關(guān)鍵技術(shù)

飛機(jī)智能化裝配關(guān)鍵技術(shù)主要涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和虛擬仿真等4個關(guān)鍵環(huán)節(jié)(見圖1)。

圖1 飛機(jī)智能化裝配技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 面向智能化裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)包括2個方面：一是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，采用基于裝配知識的模型設(shè)計(jì)手段，綜合考慮產(chǎn)品模塊劃分和工藝分離面劃分，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)過程有機(jī)融合；二是開發(fā)設(shè)計(jì)制造一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員與裝配技術(shù)人員互聯(lián)互通，從而減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程反復(fù)，加速新產(chǎn)品研制進(jìn)度。

3.2 面向智能化裝配的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)

開發(fā)基于知識庫的飛機(jī)智能化裝配工藝設(shè)計(jì)平臺，再將飛機(jī)裝配技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和知識利用起來，在形成典型裝配工藝知識庫的基礎(chǔ)上，利用人工智能領(lǐng)域的理論技術(shù)，使飛機(jī)智能化裝配工藝設(shè)計(jì)平臺具有自主知識收集、整理、入庫和應(yīng)用的能力，從而縮短新產(chǎn)品研制周期。

3.3 面向智能化裝配的工裝設(shè)計(jì)技術(shù)

飛機(jī)裝配過程必須依靠專用工藝裝備實(shí)現(xiàn)，因此，應(yīng)改變傳統(tǒng)固定式工藝裝備設(shè)計(jì)技術(shù)，充分利用機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)等相關(guān)智能裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)，實(shí)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。

3.4 面向智能化裝配的虛擬仿真技術(shù)

在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，構(gòu)建全系統(tǒng)且完整的虛擬環(huán)境，對飛機(jī)裝配過程進(jìn)行全方位、高感知仿真。在人機(jī)工效分析的基礎(chǔ)上對裝配全過程進(jìn)行優(yōu)化，保證裝配全過程高效率和高質(zhì)量。

4 飛機(jī)智能化裝配生產(chǎn)單元關(guān)鍵技術(shù)

與傳統(tǒng)裝配技術(shù)不同的是，飛機(jī)智能化裝配技術(shù)是通過構(gòu)建的智能化生產(chǎn)單元，基于信息物理系統(tǒng)，進(jìn)行裝配系統(tǒng)的智能感知、實(shí)時分析、自主決策和準(zhǔn)確執(zhí)行，完成飛機(jī)裝配過程的智能化制造[3]。其涉及的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如圖2所示。

圖2 飛機(jī)智能化裝配生產(chǎn)單元關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.1 裝配生產(chǎn)單元智能管控技術(shù)

在裝配虛擬仿真的基礎(chǔ)上，采用裝配現(xiàn)場過程信息化，實(shí)現(xiàn)裝配過程的多視圖可視化管控，構(gòu)建一套智能裝配生產(chǎn)單元管控系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程及工藝狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)管理與實(shí)時監(jiān)控，提高生產(chǎn)現(xiàn)場的控制能力，做到早預(yù)測、多監(jiān)控、勤協(xié)調(diào)，減少裝配過程出錯和質(zhì)量不穩(wěn)定發(fā)生，保障飛機(jī)研制周期與生產(chǎn)質(zhì)量。

4.2 智能裝配過程實(shí)時監(jiān)控與健康管理技術(shù)

通過智能工裝及設(shè)備的控制系統(tǒng)底層協(xié)議、生產(chǎn)資源和管理系統(tǒng)、數(shù)字化實(shí)時檢測系統(tǒng)，對現(xiàn)場裝配過程、產(chǎn)品及工裝設(shè)備監(jiān)控信息進(jìn)行采集、整理和分析，運(yùn)用現(xiàn)場可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝配生產(chǎn)過程中工裝設(shè)備/質(zhì)量/生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控管理，完善現(xiàn)場突發(fā)問題的預(yù)警機(jī)制，提供裝配現(xiàn)場執(zhí)行力及管理水平。通過與ERP/MES等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，自動生成裝配履歷表單，并對其進(jìn)行遍歷挖掘，采集產(chǎn)品在裝配生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行歸納整理及在線分析，形成飛機(jī)裝配過程知識庫。

4.3 工藝流與物流耦合的物料精準(zhǔn)配送技術(shù)

以生產(chǎn)單元的倉儲及供應(yīng)系統(tǒng)為對象，建立基于JIT管理理論的多階段供應(yīng)鏈系統(tǒng)庫存管理機(jī)制，形成產(chǎn)品供應(yīng)系統(tǒng)的閉環(huán)。在此基礎(chǔ)上，建立面向智能生產(chǎn)單元的虛擬動態(tài)倉庫，合理庫存及緩沖區(qū)的余量[4]，最小化在制品數(shù)量。以工藝流為輸入，建立多維度的物料精準(zhǔn)配送機(jī)制，協(xié)同考慮配送時間、空間、資源和對象等要素，配合各種智能化運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)裝配現(xiàn)場物料配送的精準(zhǔn)化、高效化和靈活化，減小空間及資源的浪費(fèi)。

4.4 智能生產(chǎn)單元物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)

構(gòu)建包括無線局域網(wǎng)絡(luò)、物理信息存儲中心、分析控制中心和智能終端設(shè)備等4個主要部分構(gòu)成的智能生產(chǎn)單元物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)離散單元之間的互聯(lián)互通，為裝配過程的監(jiān)測及實(shí)時追蹤和控制提供基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

目前，我國在飛機(jī)智能化裝配技術(shù)領(lǐng)域與西方發(fā)達(dá)國家尚存在較大的差距，我們要以“中國制造2025”戰(zhàn)略實(shí)施為契機(jī)，積極開展飛機(jī)智能化裝配關(guān)鍵技術(shù)和智能化裝配生產(chǎn)單元關(guān)鍵技術(shù)研究，不斷推進(jìn)飛機(jī)智能化裝配生產(chǎn)示范項(xiàng)目試點(diǎn)工作，形成中國飛機(jī)智能化裝配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)航空制造強(qiáng)國的夢想。

[1] 郭洪杰，杜寶瑞，趙建國，等. 飛機(jī)智能化裝配關(guān)鍵技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù)，2014(21):44-46.

[2] 王仲奇，楊元.飛機(jī)裝配的數(shù)字化與智能化[J]. 航空制造技術(shù)，2016(5):36-41.

[3] 姚艷彬，鄒方，劉華東.飛機(jī)智能裝配技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù)，2014(23/24):57-59.

[4] 曹振新，鄂世舉，焦衛(wèi)東，等. 基于馬爾科夫鏈的混流裝配線緩沖區(qū)配置優(yōu)化研究[J]. 新技術(shù)新工藝，2015(6):29-33.

責(zé)任編輯 鄭練

Research on Intelligent Assembly Technology of Aircraft

NIU Runjun

(Hanzhong Branch, AVIC Aircraft Co., Ltd., Hanzhong 723213, China)

The development of large aircraft is the strategic focus of the country to improve the capability of independent innovation. In order to improve the assembly quality and production efficiency, the intelligent assembly technology is an inevitable development trend. Review the concept and development of intelligent manufacturing, and analyze the aircraft intelligent assembly with IntelliSense, real-time analysis, independent decision-making and accurate implementation of four major technical characteristic. Explain the interpretation of the aircraft intelligent assembly involved in the product design, process design, industry and trade design, and virtual simulation of four aspects of the key technologies. Introduce the key technologies to build intelligent aircraft assembly production unit involved, which has a certain guiding significance in the Chinese aircraft manufacturing industry development.

aircraft, intelligent, assembly

V 262.4

A

牛潤軍(1980-)，男，高級工程師，主要從事飛機(jī)裝配技術(shù)和制造過程信息化管理等方面的研究。

2016-06-03