柔性工装关键技术与发展前景

廉冲 魏铜 杨洪兴 刘恕

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150066

【摘要】本文针对飞机柔性工装关键技术及发展趋势进行了研究，通过对柔性工装关键技术分析，阐明了柔性工装的应用对降低工装制造成本、缩短工装准备周期，提高飞机生产效率具有重要意义。

【关键词】柔性工装；关键技术；飞机制造

随着自动化机电设备技术的成熟，以及工业4.0背景下生产制造智能化信息化技术蓬勃发展，航空制造业也从老旧的模拟量传递和纯机械化制造设备走向了数字化和自动化相结合的模式。航空产品往往批量小、零部件种类繁复，对专用工艺装备需求量大，而快速灵活、适应性强且经济性优异的柔性化工装对于生产周期要求严格、工装设备成本高昂的航空制造业有着至关重要的作用。

1 柔性工装技术的概念

随着生产制造技术的不断发展，特别是计算机、仿真、模拟等技术的不断进步，使得柔性工装技术成为飞机制造业工艺装备发展的主要方向。所谓的柔性工装技术实质是在设计、研发和制造产品的过程中全面掌握产品的数字化信息，通过对工装环节的模块化重组，实现自动化装配技术。柔性工装技术是对上下游操作的统一，具有成本低、加工周期短的优势，在提高工作质量的同时，保证工作效率。

2 柔性工装典型结构

2.1多点阵真空吸盘式柔性工装

多点阵真空吸盘式柔性工装是由带真空吸盘的立柱模块单元阵列排布组成的。立柱单元由伺服电机驱动，可沿空间X、Y、Z三个方向运动。通过立柱单元的控制移动和真空吸盘的自适应倾斜调节，可生成与任意产品曲面相符合的均匀分布的吸附点阵。通过真空吸盘的吸附夹持作用，将产品装夹紧固。当产品外形发生改变时，吸附点阵的外形和整体布局自动调整，以适应不同曲率和复杂型面的产品结构和定位要求，从而降低成本，缩短工装研制周期，提高产品制造精准度。

2.2行列式结构柔性工装

行列式结构柔性工装适用于飞机壁板类和翼梁。行列式结构柔性工装是由模块化结构单元——立柱组成的，以行列式独立排列分布。立柱单元上装有可三维移动调整的夹持单元，通过调节夹持单元的位置来完成不同产品组件、部件，每个夹持单元根据需求的不同可以实现1至6个自由度的活动要求。

3 飞机柔性工装关键技术分析

3.1飞机柔性工装模块化技术

飞机柔性工装模块化技术应用，是在工装设计过程中，按照飞机制造中的使用需求，将工装按照功能等要求划分为多个模块，对每个工装模块进行细化，以模块作为关键性控制要点，采取模块内信息重组识别，对模块进行功能分析，即模块设计过程，而后将各模块整合为满足使用需求的工装。例如，在飞机装配技术的应用发展中，将其发展中的技术应用控制整合以不同的精度控制信息处理去细化对应的装配工装技术，借助这种技术处理实施满足了飞机柔性装配技术应用发展需求。

3.2柔性工装仿真测试技术

柔性工装模块单元众多，结构较为繁琐。为保证工装可靠性，在设计完成之后，需对其进行仿真分析。利用仿真测试技术，对结构的强度、刚度等因素进行有效分析。同时，在保证仿真分析有效的前提下，可依据实际情况，适当的采取有效措施对操作工作进行简化，进而实现快速仿真工作。仿真的目的就是模拟工装使用过程，确定各个工作要点，保证顺序的准确性，在一定程度上，能够有效提升工装可靠性，借助仿真技术能够满足飞机制造控制要求，实现制造及设计应用能力提升。

3.3柔性工装控制技术

在柔性工装自动调整过程中，为了更好的提升其位置的精确性，需要利用数控系统。在数控系统使用过程中，技术人员要明确控制指令以及测量系统的反馈信息，保证在系统反馈信息的同时，对其进行自动化的比对与调节，避免出现工装使用异常的问题。先进数字化控制技术的应用，提高了工装的精准度及速度，形成了较为良好的柔性工艺装备体系。

3.4工装集成技术

工装集成技术是飞机制造行业发展技术应用中较为重要的一环，其关注点是对装配技术控制中的数据集成以及工艺集成控制，将对应装配技术控制管理中的关键性技术整合能力细化，以这种技术应用控制分析形势进行工装集成技术处理。在飞机的制造过程中，随着对制造精准性控制的不断提升，集成技术的应用，满足了装配技术应用控制中对技术整合能力提升的要求，并且在装配技术的应用控制中，能够以异质化的集成技术控制分析，进行集中的装配技术协调，提升了其发展控制能力。

4 飞机中应用柔性工装技术的特点

飞机制造过程中，对其零部件的尺寸、重量、精度要求高，如果沿用传统的人工或机械技术进行工装无疑将会带来效率、质量、安全等方面的各类问题。有了柔性工装技术，可以实现对飞机零部件尺寸、重量、精度把控，在有效整合飞机制造环节的基础上，实现柔性工装技术的深层次价值与目标。合理应用柔性工装技术可以克服传统技术中人为和机械误差，在自动化和数字化柔性工装设备的应用下，真正实现零部件、设备、人员的相互集成，在提高飞机制造精度的同时，提高生产效率。

5 飞机柔性工装发展趋势

我国柔性工装工艺相比其他国家起步较晚，为此具有较大的发展空间。由于技术难度高，技术人员需要对柔性工装技术进行更深层次的研究，并进行有效的创新。柔性工装的发展趋势，具体而言，主要表现在以下几个方面:一是柔性工艺装备分级别发展，针对不同的机型，根据不同级别、层次的需求，柔性工装形成不同层次的发展趋势；二是柔性工装向着先进性以及成熟性的方向发展。诸如采取机器人、高级激光等技术实施工装，有助于工作效率的提升；三是柔性工装有着较为良好的研究开发平台，为飞机柔性工装发展奠定了良好的基础。

结束语
  通过上文对各项关键技术的应用过程分析可知，相较于与以往的工装结构形式，柔性工装的发展和应用是未来航空制造业的发展趋势，以数字化、智能化为基础的现代化的工艺装备的应用能够有效低工装制造成本、缩短工装准备周期，提高飞机生产效率。

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