飞机装配智能制造体系构建及关键技术
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[摘 要]随着智能制造技术的发展，对飞机装配过程状态感知、实时分析、自主决策和精准执行是提高飞机装配质量和效率的有效途径。与传统装配技术不同，飞机智能装配技术基于信息物理融合系统，通过应用智能技术，完成飞机装配过程的智能化。基于此，文章就飞机装配智能制造体系构建及关键技术进行了论述。
[关键词]飞机装配；智能制造体系；关键技术
中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0365-01
1 飞机智能制造技术概述
飞机智能制造技术，主要是将网络技术、计算机技术、传感技术、通信技术等进行融合，利用感知、人工交互、执行等，完善产品设计过程、制造过程、管理过程等，从而提高飞机的智能化水平。飞机智能制造技术，主要是对制造技术与信息技术进行研究与集成，从而促进飞机的发展。我国的飞机制造业发展迅速，并且已经取得了一定的成绩，但是仍然具有较大的发展空间。我国对于飞机数字化制造技术比较重视，研究力度不断加强，将实现智能标准系统作为主要研发目标。近年来，我国航空行业主要将脉动式生产作为信息管理的基础，重点对飞机智能化管理平台进行设计，对飞机智能制造装备集成系统进行研究，从而促进航空行业的发展。
2 飞机装配智能制造体系
飞机智能装配单元是在统一管控的基础上，以具有状态感知、实时分析、自主决策、精准执行等特征的智能工装为核心，集成物料管理系统的先进生产单元。智能装配单元是能够实现操作人员在正确时间、地点对正确的产品进行准确装配的综合系统，其具体构成如图1所示。
图1智能装配单元构成
由图1可知，智能装配单元可分为状态感知模块、实时分析模塊、自主决策模块、精准执行模块、定位夹紧模块、物料管理模块和综合管理模块共7部分，其中每个模块的内涵如下：
（1）状态感知模块
状态感知模块实现对周围环境和装配工装、产品等状态的实时感知。通过在装配单元中布置各类传感器，构建基于CPS的状态感知环境，实现对所需信息（如温度、载荷、位移、产品状态等）的有效采集，并对采集的多源、异构数据进行处理和融合，为实现实时分析提供有效信息。
（2）实时分析模块
实时分析模块以感知信息为基础，实现对工装、产品状态等的分析。对飞机装配单元而言，主要通过基于感知数据的工装定位状态及其影响因素分析，给出实现产品精确装配的工装定位夹紧状态。
（3）自主决策模块。
基于实时分析给出的调整要求（由实际状态和理想状态对比），通过自主决策方法，给出精准执行所要完成的决策指令。
（4）精准执行模块
智能工装在接收系统决策指令后，控制工装定位器的精准移动，达到对产品精确定位的目的。精准执行模块所需执行的操作是提高装配效率和装配精度、简化人工操作、保证装配过程的重要体现。
（5）定位夹紧模块
定位夹紧模块作为智能工装执行的末端，负责对装配对象进行定位和夹紧，限制产品在装配过程中的变形，使得装配后的产品满足制造准确度的要求。
（6）物料管理模块
物料管理模块实现物料、工具等的准时化配送，是实现飞机智能装配的必备条件。通过实时获取物料仓储信息、在途信息等，实现对物料的选取、移动及配送等操作的全面控制和管理。
（7）综合管理模块
综合管理模块是装配单元的“管控中心”，监控和管理在智能装配单元中的产品装配过程。除了在装配过程中对子单元的分工和管理，还需要对突发的状况进行及时处理，从而保证了装配单元的持续性健康工作。
3 飞机装配智能制造关键技术
3.1 飞机数字化装配技术
飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与反馈技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用，以实现装配过程的数字化、柔性化、信息化、模块化和自动化，提高产品质量、适应快速研制和生产、降低制造成本为目标。
根据复杂航空产品具有的结构复杂、零部件组成数量庞大、装配精度高等装配特点，飞机数字化装配技术的体系如图2所示。飞机数字化装配技术主要实现4个基本功能：飞机装配建模、装配序列建模、装配路径规划和装配过程分析。在飞机装配建模模块中，首先要建立飞机的三维装配模型，然后进行公差、约束和装配力分析；其次，建立飞机装配体的初始装配序列，规划飞机装配路径；再次，以飞机某个关键零件为参照，对其余零部件进行运动仿真，从而使得飞机装配过程可视，以此检验飞机装配过程是否合理，进而实现装配过程的优化。
3.2 飞机装配过程建模与仿真优化技术
根据飞机装配过程的实际需求，提出其制造过程建模与仿真优化技术的体系结构。飞机装配过程建模与仿真优化技术作为先进的系统评价与优化工具，可以对整个制造系统进行深入地分析评价与优化。首先，结合飞机装配工艺路径规划、装配物料清单和实际的装配路线布局，采用多粒度建模方式对飞机装配线进行1∶1虚拟建模，通过仿真评估模块对仿真模型进行有效性评估，保证所建立的飞机装配模型能满足后续的在线仿真和优化的需要。其次，分析和评估该装配的制造能力，确定装配瓶颈环节。然后，根据要求进行优化，根据优化结果修改模型，直到方案满足给定要求。最后，对满足条件的飞机装配过程仿真模型进行在线仿真，实时数据由MES系统采集得到，包括人员工作状态信息、物料状态信息、工件状态信息、测试设备状态信息、物流状态信息和装配进度信息等，由这些实时数据驱动仿真模型运行，并实时比对当前的工作进度和仿真进度。
4结语
建立飞机智能装配体系，将有效提升飞机装配系统的的自感知、自诊断、自优化、自决策和自执行能力。飞机智能装配技术的应用，对打造高度智能化、柔性化的飞机智能装配车间，建立航空智能制造工厂，全面提升航空制造业的整体水平具有重要的意义。
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