大型飞机可重构装配生产线总体设计综述

大型飞机可重构装配生产线总体设计综述

王光周

（空军装备部某军事代表局 陕西西安 710087）

摘要：可重构装配技术能够快速适应由装配对象和工序改变引起的生产线动态变化，通过减少工艺装备数量实现装配工序的可重构制造，从而降低大型飞机研发成本，成为了先进装配生产线的发展趋势。本文从大型飞机可重构装配生产线总体设计及存在问题进行了阐述和总结，针对可重构装配生产线总体设计的发展方向进行了探讨，为大型飞机部装及总装可重构装配生产线建设提供了建设思路。

关键词：大型飞机、可重构、生产线、工艺装备、总体设计

0. 概述

“可重构装备生产线”最早由美国密歇根大学Koren Y[1]提出，其核心思想是以低成本和快速调整完成对制造系统的重组，对外部变化做出快速反映。随着我国大型飞机生产线及工艺装备规模逐步扩大，为降低研发成本、提高生产效率，需要研究以最少工艺装备数量实现装配的可重构技术。通过可重构装配技术对生产线及装备结构进行调整，达到对装配工序、生产能力、装备功能及装配对象的最优调整，高效地适应产品工序变化及装配对象变化[2-4]。因此，建立可重构装配生产线能够解决行业装配效率和装配精度问题，具有重要经济价值和工程意义。

本文针对大型飞机可重构装配生产线中的生产线规划总体设计，包括总体、场景和工艺装备规划设计进行阐述总结，针对可重构装配生产线总体设计中的问题及发展方向进行了探讨，为大型飞机可重构装配生产线建设提供研发思路。

1. 可重构装配生产线总体规划

可重构装配生产线总体规划需要根据总体规划和工艺总方案完成总体布局设计，一般包含产品布置(product layout)、工艺布置(process layout)、成组布置(group layout)和固定工位式布置(fixed product layout)，首先形成生产能力再进行集成设计并进行详细的生产线方案设计[5]。

总体规划是可重构装配生产线建设的第一步。通过以集成化为原则，将飞机部总装可重构装备生产线生产分为机身可重构装配单元、机翼可重构装配单元、总装可重构生产单元等多个可重构装配生产单元。将全机、机身整体部件、机翼整体部件集约在一个厂房内的生产线进行建设，相关工艺装备也需要按照可重构技术进行规划设计。在此基础上规划大中型装配工艺装备及工作平台、工艺设备、物流智能运输等。

根据生产线总体布局，充分集成各站位具体技术需求，建立完备生产线站位建设设计方案，结合可重构智能管控系统，全面执行生产现场、工艺装备设备、资源、物流和质量的监控管理。由于可重构生产线的即时移动性，需要对现有模式生产线进行较大的改变。传统工业总线通讯难以用于可重构生产线强度，需要构建可重构生产线，需要对系统、接口、数据进行统一。图1给出了一个典型的基于无线通讯构建的可重构生产线架构。

图1 基于无线通讯构建的可重构生产线架构

2. 可重构装配生产线场景规划

可重构装配生产线场景规划主要涉及三个场景，即定位场景、运输场景和制孔场景。定位场景下，采用标准可重构的定位器针对不同零部件进行重组，进行部件可重构定位对接；采用柔性的定位装备，实现不同部位、站位零组件低应力可重构装配；采用柔性定位结构，实现不同零部件、不同状态在不同位置的精准可重构装配。图2给出了可重构定位典型工艺流程图。运输场景下，可重构运输采用多站位通用的模块化运输单元，实现零部件的可重构物流运输。制孔场景下，可重构制孔用于移动制孔设备结合固定式装配工艺装备、固定式制孔设备结合移动式装配工艺装备，分别实现中小型零件和中小型部件可重构制孔。

图2可重构定位典型工艺流程图

3. 可重构装配生产线工艺装备规划

可重构工艺装备规划包含结构可重构和系统可重构。工艺装备结构可重构指工艺装备结构设计过程要实现可重构、模块化、标准化，达到一体化高质量工艺装备设计，形成完整统一协调的一体化生产建设方案和最终完成生产线建设。工艺装备总体设计必须在结构形式和系统功能进行组合设计，将典型结构和系统进行特征梳理，以梳理统一的定位形式、接口，达到工艺装备功能结构的统一、标准化、模块化，然后利用标准、模块进行定位方式的可重构，实现单工艺装备对应多构型多机型的飞机产品装配功能。工艺装备系统可重构包括工艺装备控制系统的可重构设计、能源配套接口的可重构设计、设备模块的可重构设计、信息化网络的可重构设计等，相关设计内容均需从机械、气动、液压、电气控制、软件、网络各个角度进行再组合结构、柔性、多适应集成设计。

4. 可重构装配生产线存在问题及发展方向

可重构装配生产线的关键在于对软硬件接口与功能的统一性要求较高，需全线模块化与标准化、局部可重构与柔性化。飞机部件可重构装配生产线实施过程中往往会存在重构稳定控制难，重构精度保证难，重构入位效率低等结果性问题。为解决上述问题，需要从以下三个方面入手提高可重构装配生产线能力。

首先，通过发展研究激光快速实时标定位姿技术，加快快接接口和快速标定技术研究，从而提高重构精度。其次，采用模块化机械电气接口，定位器采用模块化AGV快速转运，从而提升重构效率。此外，需要发展无线通讯技术，在实际位置就近设置电源网络快接接口，开展无线连接、电磁兼容等基础技术研究，解决电源及通讯时延、数据连续性等问题。

5. 结语

为降低飞机研发成本、提高生产效率，本文从可重构装配生产线规划总体设计、生产线规划、工艺装备规划和未来可重构装配生产线发展方向对大型飞机可重构部总装生产线规划设计进行了阐述和总结，为未来大型飞机部总装可重构装配生产线建设提供研发思路。

参考文献

[1] Koren Y, Ulsoy A G. Reconfigurable manufacturing systems[R]. Ann Arbor: Engineering Research Center for Reconfigurable Machining Systems, 1997.

[2] 苑明海, 李东波, 于敏建.面向大规模定制的可重构生产线[J].机床与液压,2007(4):77-80.

[3] 周军,邓建新,刘战强,等.可重组制造系统[J] .机械设计,2003(10):1 -4.

[4] 苌书梅, 杨根军, 陈军. 飞机总装脉动生产线智能制造技术研究与应用[J] .航空制造技术, 2016(16):41-47.

[5] 谢楠, 李爱平, 徐立云.可重组制造系统及其关键技术[J] .同济大学学报,2005(11):1513 -1517.