站位式飞机装配柔性生产线探讨

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摘要：随着航空制造业的不断发展，同一机型、不同构型的任务日趋增加，如何低成本提高多品种、小批量飞机装配的生产效率至关重要。柔性装配技术利用自动化生产技术、信息处理技术和制造加工技术来适应新时代的生产要求。文章描述了国内外飞机装配生产线的发展历程，介绍了柔性装配的关键技术及其研究现状，最后对站位式飞机柔性装配技术的特点进行了探讨。

关键词：柔性装配；飞机装配；站位式生产线

飞机装配是按设计要求，将飞机零部组件按照设计和技术要求进行定位连接，形成高一级装配体或整架飞机的过程。据统计，由于飞机产品存在大尺寸、外形复杂、零件数量巨大等特征，飞机装配工作量约占飞机制造总工作量一半甚至更多。随着社会对航空产品需求的增长以及市场竞争的加剧，飞机装配逐渐成为飞机制造周期改进的瓶颈。国内外各大飞机制造公司为缩短生产周期、降低成本，对飞机装配生产线进行持续的优化迭代，从传统固定式手工装配生产线、站位式半自动化装配生产线到近年来的柔性装配生产线。本文主要介绍了飞机装配生产线的国内外发展现状，分析了柔性装配技术的发展，最后结合国内的生产现状对站位式飞机装配柔性生产技术的应用进行了探讨。

1飞机装配生产线发展现状

1.1飞机装配生产线发展进程

随着航空业的蓬勃发展，市场对飞机的需求量大幅增长，以固定工位配置刚性工装的工作环境，以手工定位、制孔、装配操作为主的操作方法，采用模拟量进行协调量传递的传统固定式站位飞机装配生产线已无法满足市场对飞机的需求。在此背景下，飞机装配生产线从传统固定式站位的手工装配、单站位式的装配模式，逐步改进为多装配站位，并按一定的节拍移动、标准化作业的站位式装配生产线。站位式装配生产线的诞生显著提高了飞机装配效率，极大地降低了装配成本，对于飞机研制和批量生产具有深远的意义。20世纪80年代以来，随着市场对飞机产品个性化需求的不断增加，飞机产品呈现多品种、小批量、质量要求高等特征，为了更高效、更快速地适应市场需求，就需要对目前飞机装配生产线进行持续深入改进[1]。近年来，随着计算机、网络技术的突破性进步，结合其技术成果飞机装配技术发展出了计算机辅助装配技术、基于网络进行生产调度模式以及各种创新装配工艺技术。基于上述技术进步，国外先进航空制造企业紧随汽车柔性装配制造业发展出了飞机柔性装配技术，并在飞机研制过程中进行了初步的应用，得了较好的成效。（如表1）

1.2国外现状分析

国外在柔性装配生产线方面研究应用较早，空客公司在A320、A340、A380等机型的机翼壁板装配过程中，应用了电磁铆接动力头的柔性装配技术，解决了机翼装配过程中翼梁大型构件的自动化装配问题。洛克希德·马丁公司在JSF战机原型机X-35的研制过程中充分应用了柔性装配技术，类似机身隔框的零件的柔性夹具的定位方法及装配顺序都相同，支持在同一车间生产，实现了通用化制造，大大减少了工具和工装，飞机装配周期缩短了三分之二、工艺装备则由350件减少到19件、制造成本降低了一半[2]。波音公司的柔性装配生产线技术已比较成熟。通过采用一种U型装配生产线，F-22的装配周期由16个月缩短为12个月，F-35的3种机型的装配被设计在一条装配线上进行装配，采用模块组合柔性加工设备降低成本30%，同时还提高了装配生产率，节省了装配空间。

1.3国内现状分析

近年来国内在飞机数字化装配技术领域有所突破，在自动制孔、组件级装配及部件自动对接技术等多个单项技术上有了一定的研究应用，在数字化工装设计技术方面，已采用三维数字化设计技术进行飞机工装设计，在测量技术方面，激光跟踪仪、照相测量、激光雷达等测量设备已经用于飞机关键外形尺寸和位置测量以及飞机部件装配型架装配测量[3]。但在柔性装配生产线相关技术集成应用上，国内主要航空制造企业尚存在较多不足之处，对大型柔性装配平台集成应用技术缺乏系统研究，产品设计过程中缺乏对产品柔性装配的应用考虑，工艺设计过程仍沿用传统的二维表达模式，需要对基于三维的产品设计要求进行转化衔接，同时二维工艺表达模式难以满足柔性装配技术对大量结构化工艺数据的需求，国内技装设计部门缺乏柔性装配的研究。国内主要的航空主制单位目前尚未建成自动化柔性装配生产线，与国外相比存在较大的差距。

2柔性装配技术分析

飞机柔性装配技术是一种基于产品设计特征全数字量定义，充分应用柔性装配规划、数字化柔性工装、信息集成技术进行飞机零部组件的精确定位装配的装配技术。通过对国外柔性装配技术应用效果的分析，柔性装配飞机装配生产线可有效提高装配效率和准确度，缩短装配周期[4-7]。柔性装配技术具有生产准备时间短、产品质量高、对操作者依赖性弱等优势。下面对柔性装配生产线必须具备的技术的组成进行简要介绍（如图1）。2.1柔性装配信息集成技术以产品数据管理系统PDM为基础，配合设计端进行面向装配的数字化飞机产品并行设计，对装配过程的装配工艺进行仿真规划、可装配性分析，应用仿真结论指导柔性工装设计，在数据层面实现飞机设计、工艺、工装、装配过程的全数字量传递，配合各类先进的装配机电一体化装备数据采集、控制指令下发，实现柔性装配系统中各组成部分间的信息管理与集成控制。

2.2飞机柔性装配规划技术

在数字量飞机装配规划数据传递的前提下，通过分析设计、制造、容差分配与协调技术等柔性装配影响因素，进行柔性装配影响因素分析与误差预测、装配过程仿真，实现预测和控制飞机部件装配总误差。应用各类先进的装配连接设备，实现装配过程的数字传递以及零部组件的自动化连接，保证整个装配生产线的自动、高效运行，从而保证飞机的自动化装配过程的质量和效率。应用数字化检测装备对装配过程进行精确测量和协调，保障装配的准确性。2.3数字化柔性工装技术在飞机数据数字量传递的前提下，研究柔性工装的模块化、参数化设计，实现工装快速响应，快速重构以及数字化定位，同时柔性工装的可重构特性，使按单机型规划的生产线可以在一定程度上适应生产线的功能调整，从而实现生产线的低改造成本，提高复用率。

3站位式飞机柔性装配生产线探讨

上文通过对飞机装配生产线发展历程，国外装配技术发展状况以及柔性生产线技术特点的分析，柔性装配生产线可有效地适应生产订单的不确定性。站位式生产线规划将飞机装配工作划分为多个装配单元，辅以柔性装配生产线技术，从而实现工艺资源的快速调整，达到快速转变生产线的生产模式，让单条生产线在一定程度上可以满足多机型的混线生产，从而实现飞机产品在多品种、小批量条件下的生产。站位式柔性装配生产线的特点主要包括以下几个方面：（1）采用数字化三维、柔性装配工艺设计方式，分析各类飞机装入零部组件装配顺序及调整方案、容差分配、自动钻铆工艺技术、柔性工装、设备、刀量具、工具及装配空间环境等多方面因素，对工艺流程进行柔性装配过程可视化仿真，对整个装配过程进行全数字量传递，达到全面反映柔性装配过程真实工况，优化飞机装配调整的目的。（2）采用数字化柔性工装控制技术，数字化柔性工装较好地支撑了柔性装配技术，其主要构成支持调节或部分重组，确保单套工装可适应同系列、不同机型的装配定位需求，同时对装配精度也进行了大幅优化提升。在柔性工装设计过程中，充分承接了产品设计对装配质量的要求，贯彻了柔性装配质量控制理念，为装配质量控制提供了基础。（3）充分应用各类先进的装配连接设备，如柔性化可重构制孔单元、可重构末端执行器、大部件集成对接平台等先进设备，为柔性生产提供装配质量、装配效率的保障，辅以数字化三维、柔性装配工艺设计数据，从而实现装配过程的自动化。（4）充分应用数字化检测装备，实时准确地获取装配对象的尺寸等几何参数，结合结构化的数字化三维、柔性装配工艺设计数据，准确地获取装配对象的位置信息，为先进的连接设备提供理论值、实际测量值，为柔性装配过程中的准确协调装配控制提供调整依据。（5）采用信息化手段集成柔性化工装、先进的装配连接设备、数字化检测设备以及生产辅助设备，实时采集各类先进数字化装备的反馈数据，结合数字化三维、柔性装配工艺设计输出要求，对各类数字化装备进行统筹管理，实现人、设备、产品之间的信息互通，构建数字时代的站位式飞机柔性装配生产线，实现对整机装配过程的有效控制。综上，站位式飞机柔性装配生产线规划是通过充分应用数字化装配技术、自动定位与控制等技术，定义飞机的数字化装配工艺流程，规划生产线装配方案，从而实现零部组件快速精确装配的技术。通过应用该技术，实现装配工装种类的减少、装配效率的提高，从而缩短飞机装配周期，降低成本，增强竞争力。

4结束语

站位式飞机柔性装配生产线在提升装配工装复合利用率方面有着较大的优势，可以敏捷地应对生产订单的不确定性带来的生产准备周期延长的问题，同时，柔性装配技术采用了大量先进的软硬件系统，极大促进了装配效率的提升。因此，站位式飞机柔性装配生产线在面对不同订单带来的同型号、不同要求改进改型飞机生产任务或同型号飞机管理优化、工艺流程优化带来的生产组织方式调整时，生产线可在短期内迅速重新组合，组织装配能力进行生产，提升装配生产线的响应能力，实现对客户市场需求的快速响应，提升企业的生产组织灵活性和对变化的适应性，从而不断促进航空制造业向模块化、集成化、智能化、经济化和绿色化方向发展。

参考文献：

[1]陈雪梅，刘顺涛.飞机数字化装配技术发展与应用[J].航空制造技术，2014（Z1）：60-65.

[2]任晓华．新型飞机自动化装配技术[J].航空制造技术，2005（12）：32-35.

[3]袁立.现代飞机数字化柔性装配生产线[J].航空科学技术，2011（5）：1-4.

[4]王巍，贺平，万良辉.飞机柔性装配技术研究[J].机械设计与制造，2006（11）：88-90.

[5]刘承元.精益生产新动向：柔性制造[J].企业管理，2004（2）：58-59.

[6]侯志霞，邹方，王湘念，等.关于建设航空智能生产线的思考[J].航空制造技术，2015（8）：50-52.

[7]路卫华，谭娜.面向飞机的舵面类柔性装配工装设计及应用[J].制造业自动化，2013，35（2）：116-118.

作者：刘颖 单位：中航西安飞机工业集团股份有限公司