先进飞机智能制造工艺装备集成系统

先进飞机智能制造工艺装备集成系统

王志慧

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

黑龙江省哈尔滨市150000

摘要：激烈的全球竞争、能源消耗和供应的不确定性以及以指数增长的信息技术，都在将制造业向敏捷、高效能、可持续和环境健康安全的方向推进。实施智能制造是制造业应对这一系列挑战的有效途径。先进飞机智能制造装备系统的集成在飞机制造阶段已成为必然的发展趋势，智能化装备系统的集成与管理成为飞机智能制造的技术基础与关键。积极探索开展智能装备产品的自主研发，生成智能物流运输与管理系统，逐步实现我国飞机智能制造的工程化应用，使得飞机智能制造成为制造行业的领先模式。

关键词：先进飞机；智能制造；装备集成系统  

近年来，随着新一代信息通信技术的持续发展及制造业自动化水平的进一步提升，制造过程中的计算机化、信息化、集成化和智能化已经成为制造企业提高市场竞争力而大量采用的手段。随着数字化制造技术的迅猛发展，以产品设计、制造、服务智能化为特点，融合传感技术、自动化技术、信息网络技术、人工智能的智能制造技术已经成为现代制造业的发展方向，其应用水准和普及程度已成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。作为一种可持续发展的制造模式，智能制造可以减少制造过程中对资源与能源的消耗，并减少废弃物的产生与排放。由于智能制造技术将实现跨领域、协同化、网络化的制造业创新体系，并彻底改变现有生产方式和制造业竞争格局，已经引起了各个国家的高度重视。围绕抢占新一轮产业竞争制高点、打造国家新优势的竞争日趋激烈。对智能制造，世界各国纷纷提出了智能制造规划以促进本国制造技术的发展与升级，提升国际竞争力。

一、慨述

先进飞机制造更新换代快、品种多、批量小，传统大批量、细分工的自动化生产系统已经很难满足，而智能制造技术为解决这一问题提供了有效方法。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术以及人工智能的基础上，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈，实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化，是信息技术与制造技术的深度融合与集成。目前我国以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成，一批具有自主知识产权的重大智能制造装备实现突破。飞机制造业自动化、智能化制造技术已经取得长足进步，但仍有提升空间。飞机数字化制造工艺设计方面已经进行应用研究，尚未形成智能标准体系；生产管理方面进行了有益的尝试和实践，尚未与其他数据库集成实现智能管理；产品检测方面进行了局部应用，尚未实现在线智能检测系统的全面应用；飞机装配生产实际系统集成应用水平较低，特别是智能制造装备及核心零部件仍然依赖进口。根据目前飞机零部件的实际生产过程，对影响产品质量的制孔和铆接、测量、物流与执行等环节，提出采用自动化、智能化的设备来实现。以航空业内先进高效的脉动式生产线作业模式的信息平台为基础，对飞机智能化管理平台进行设计，对现有生产资源进行合理规划和整合，精益化管理模式革新，以智能机器人技术 / 装备为核心，融入现代化的物流输送与信息管理系统，对先进飞机智能化生产执行过程进行管控，实现飞机产品自动化、智能化、信息化、规范化生产目标。有效地提高飞机制造效率、改善产品制造质量，同时降低工人劳动强度、改善装配现场操作环境，实现飞机低成本、高质量和快速响应制造，降低与国外先进技术水平的差距，大幅提高生产设备智能化及生产管理信息化的技术水平，满足飞机生产与发展要求。

二、智能装备

智能装备也是工业技术和信息技术“两化深度融合”的载体，半个多世纪摩尔定律影响着信息技术的发展速度，通过融合，工业技术发展也将呈现出“类摩尔定律”的发展速度。依据飞机结构件智能制造技术需求研发具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，实现先进制造技术、信息技术与智能技术的集成和深度融合。在飞机结构件智能数字化车间建设中，重点开展自动化成套生产线，智能控制系统，智能传感器，智能专用装备，实现生产过程的自动化、智能化、绿色化，带动航空制造技术水平的提升。为保证飞机结构件智能数字化车间数控设备的正常运转，基于控制系统接口，通过软硬件结合开发的方式，实现对机床运行状态信号的采集；基于车间通讯网络实现机床与管控系统的集成，完成对智能制造生产线设备状态的远程监控与控制；通过对机床切削力、振动、温度等信号进行分析，建立信号特征量变化与机械部件损耗之间的关系，实现对机床故障的预警与诊断，并提供智能化的维修方案与维修计划。

三、先进飞机智能制造装备系统

1、智能柔性支撑系统的构建。智能柔性支撑系统，是先进飞机智能制造装备系统的主要构成部分之一。软件与硬件是智能柔性支撑系统的核心构成部分，硬件主要包括多个模块化单元的装配、数控系统、数字化测量设备等，软件主要包括仿真软件、优化计算软件、测量软件等。智能柔性装配工装具体有多空式模块化组合、定位器快换类、多点真空吸盘式、行列式、分布式、转动式等。智能柔性支撑系统，主要采用三坐标数控定位系统对不同型号的先进飞机进行定位，再通过在线测量系统集成，完善系统的执行重构调整能力，从而满足多种装配配对的需求。

2、智能自动钻铆系统的构建。智能自动钻铆系统，是先进飞机智能制造装备系统的主要构成部分之一。智能自动钻铆系统能够在智能制造过程，通过钻铆机对产品的壁板、隔框等进行处理，通过钻铆工艺设计、工艺过程优化，在精确测量的基础上，采用基础动力学运动轨迹规划法，完成仿真、制孔、涂胶等操作，从而实现钻铆与检测的智能化。对于智能自动钻铆系统的构建，主要是建立CATTA 系统数据模块，并且在 CATTA 软件中构建系统模型，具体包括基座、托架、工装等。对于钻铆机运动机的构建，主要是利用 CATTAV5DUM 的运动模型，从而模拟钻铆机运动机的模型。其能够与 DEMIA 软件进行结合，从而实现钻铆机的再次开发，实现钻铆机的加工仿真、运动特征分析等功能。

3、智能机器人系统的构建。对于智能机器人系统的构建，主要是对智能机器人的焊接系统、制孔系统、涂胶系统、喷漆系统等进行构建，从而完善智能机器人的系统功能。智能机器人的误差会影响机器人自身的性能，而智能机器人的动、静、焊接、搬运等都会产生误差。因此，要明确机器人的工作定位位置，提升机器人姿态的精度，从而防止误差的发生。为提高智能机器人的定位准确性，需要构建激光雷达、激光跟踪仪等，辅助机器人进行定位，从而提高定位的精准度。为确保智能机器人系统的性能，需要通过在线测量技术，对智能机器人的运动状态进行测量，从而提高机器人的运动精准度。智能机器人辅助飞机制造系统，主要是由末端执行器、离线编程等构成，其在线测量系统与仿真软件的集成应用，能够实现机器人的智能制造。离线编程系统是智能机器人系统制造的核心，其能够对机器人制孔、焊接、搬运等进行程序编制，从而提高智能机器人的系统性能，确保智能机器人运动的准确性。

先进飞机智能制造装备系统的集成在飞机制造阶段已成为必然的发展趋势，智能化装备系统的集成与管理成为飞机智能制造的技术基础与关键。积极探索智能协同管理平台设计，开展智能装备产品的自主研发，生成智能物流运输与管理系统，逐步实现我国飞机智能制造的工程化应用，使得飞机智能制造成为制造行业的领先模式。立足实现未来飞机智能化制造工厂中，所有零组件智能管理设备系统、智能柔性装备、智能对接系统、智能运输装备、智能检测与在线测量系统等先进装备与系统都能将研发、设计与制造、集成管理与执行过程等与人相互结合形成一体化智能制造集成系统。

参考文献：

[1] 帅朝林 . 飞机结构件数字化设计与制造技术 [J]. 航空制造技术 , 2019(12):48-52.

[2] 汤立民 , 牟文平 , 宋戈 . 飞机结构件数控加工智慧工厂之路 [J]. 航空制造技术 , 2018.03.

[3] 牟文平 , 隋少春 , 李迎光 . 飞机结构件智能数控加工关键技术研究现状 [J]. 航空制造技术 , 2018(13):56-59.