飞机智能化装配技术研究

牛润军

(中航飞机股份有限公司 汉中飞机分公司，陕西 汉中 723213)



飞机智能化装配技术研究

牛润军

(中航飞机股份有限公司 汉中飞机分公司，陕西 汉中 723213)

大型飞机的研制是国家提高自主创新能力的战略重点。为了提高飞机装配质量与生产效率，采用智能装配技术是必然的发展趋势。回顾了智能制造的概念和发展历程，分析了飞机智能化装配所具有的智能感知、实时分析、自主决策和准确执行等四大技术特征，诠释了飞机智能化装配所涉及的产品设计、工艺设计、工装设计和虚拟仿真等4个环节的关键技术，以及构建飞机智能化装配生产单元所涉及的关键技术，对我国飞机制造业智能化发展具有一定指导意义。

飞机；智能；装配

随着“中国制造2025”战略的实施，智能制造成为了中国制造业的发展方向，是中国确立制造业强国的重大举措。2015年9月10日，工业和信息化部公布了2015年智能制造试点示范项目名单，全国范围内遴选出的46个智能制造试点示范项目进入该名单，其涉及了38个行业、21个地区，飞机制造业是其中重要的组成部分。

在飞机制造各环节中，飞机装配是核心和关键技术，在很大程度上决定了飞机的最终质量、制造成本和周期。飞机装配技术的发展也基本遵循了工业革命的发展规律，从第一、二代飞机的手工装配，发展到第二、三代飞机的机械化装配，目前国外发达国家已基本实现了第三、四代飞机的数字化、自动化装配，正向着智能化装配方向迈进[1]。目前，我国飞机装配技术正处在全面推进数字化和自动化应用阶段，因此提前研究新一代智能化装配技术具有重要意义。

1 智能制造

智能制造的概念出现于20世纪90年代，随着数字化、自动化、信息化、网络化和智能技术的发展，特别是德国工业4.0概念的正式提出，智能制造已成为现代先进制造业新的发展方向，其概念及内涵也在不断地发展和丰富。智能制造主要特征有如下几个方面。

1)生产设备之间的互联，设备和产品之间的互联，虚拟和现实之间的互联。

2)将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统和通信设施通过信息物理系统(CPS)形成一个智能网络，从而实现信息的纵向集成、横向集成及端到端的集成。

3)核心是数据，包括产品数据、运营数据、价值链数据和外部数据。

4)驱动技术、产品、模式、业态和组织等方面的不断创新。

5)物联网和(服)务联网将渗透至工业的各个环节，形成高度灵活、个性化和智能化的产品与服务模式，推动生产方式向大规模定制、服务型制造和创新驱动转变。

2 飞机智能化装配技术特征

飞机装配首先是要保证装配准确度，影响飞机装配准确度的因素主要有装配产品对象、工装设备状态、物流配送以及环境信息。飞机智能化装配，就是通过对各影响因素的实时状态进行感知并作出精准响应，保证装配准确度，从而提高装配质量和装配效率。飞机智能化装配是数字化、自动化装配向更高阶段发展的必然产物，是数字化技术、自动化技术、传感器技术及网络技术等多学科交叉融合的高新技术，其技术特征主要有如下几点。

1)智能感知。基于计算机技术、传感器技术、RFID(Radio Frequency Identification)技术和激光跟踪仪与iGPS技术结合的智能感知技术，通过配置各类传感器和无线网络，对现场人员、设备、工装、物料和量具等多类制造要素进行全面感知，实现装配过程中人与资源的深度互联，从而确保装配过程中多源信息的实时、精确和可靠获取[2]。

2)实时分析。对装配过程中的制造数据、智能工装数据和生产环境数据等进行实时检测、传输和处理，然后将这些多源、分散的装配现场数据转化为可用于准确执行和智能决策的可视化数据。

3)自主决策。“智能”是知识和智力的总和，知识是实现智能的基础，智力是获取和运用知识求解的能力。智能装配不仅仅是利用现有的知识库指导装配行为，同时具有自学习功能，能够在装配过程中不断地充实本体知识库。

4)准确执行。通过传感器、RFID等获取的装配过程实时数据，利用大数据和云计算手段进行实时分析，再通过自主决策机制实现装配规划自主化，最终驱动智能化装配工艺装备完成准确执行。装配过程的准确执行是使装配过程处于最优效能状态的保障，是实现智能装配的重要体现。

3 飞机智能化装配关键技术

飞机智能化装配关键技术主要涉及产品设计、工艺设计、工装设计和虚拟仿真等4个关键环节(见图1)。

图1 飞机智能化装配技术关键环节

3.1 面向智能化装配的产品设计技术

该技术包括2个方面：一是在产品设计过程中，采用基于装配知识的模型设计手段，综合考虑产品模块划分和工艺分离面划分，使产品设计过程和飞机装配工艺设计过程有机融合；二是开发设计制造一体化产品设计平台，实现产品设计人员与装配技术人员互联互通，从而减少产品设计过程反复，加速新产品研制进度。

3.2 面向智能化装配的工艺设计技术

开发基于知识库的飞机智能化装配工艺设计平台，再将飞机装配技术人员的经验和知识利用起来，在形成典型装配工艺知识库的基础上，利用人工智能领域的理论技术，使飞机智能化装配工艺设计平台具有自主知识收集、整理、入库和应用的能力，从而缩短新产品研制周期。

3.3 面向智能化装配的工装设计技术

飞机装配过程必须依靠专用工艺装备实现，因此，应改变传统固定式工艺装备设计技术，充分利用机电一体化技术、机器人技术和传感器技术等相关智能装备设计制造技术，实现系统与设备、设备与设备、设备与人之间的互联互通。

3.4 面向智能化装配的虚拟仿真技术

在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，构建全系统且完整的虚拟环境，对飞机装配过程进行全方位、高感知仿真。在人机工效分析的基础上对装配全过程进行优化，保证装配全过程高效率和高质量。

4 飞机智能化装配生产单元关键技术

与传统装配技术不同的是，飞机智能化装配技术是通过构建的智能化生产单元，基于信息物理系统，进行装配系统的智能感知、实时分析、自主决策和准确执行，完成飞机装配过程的智能化制造[3]。其涉及的关键技术环节如图2所示。

图2 飞机智能化装配生产单元关键环节

4.1 装配生产单元智能管控技术

在装配虚拟仿真的基础上，采用装配现场过程信息化，实现装配过程的多视图可视化管控，构建一套智能装配生产单元管控系统，对生产过程及工艺状态进行科学管理与实时监控，提高生产现场的控制能力，做到早预测、多监控、勤协调，减少装配过程出错和质量不稳定发生，保障飞机研制周期与生产质量。

4.2 智能装配过程实时监控与健康管理技术

通过智能工装及设备的控制系统底层协议、生产资源和管理系统、数字化实时检测系统，对现场装配过程、产品及工装设备监控信息进行采集、整理和分析，运用现场可视化技术，实现装配生产过程中工装设备/质量/生产状态监控管理，完善现场突发问题的预警机制，提供装配现场执行力及管理水平。通过与ERP/MES等系统进行数据交互，自动生成装配履历表单，并对其进行遍历挖掘，采集产品在装配生命周期的相关数据，并进行归纳整理及在线分析，形成飞机装配过程知识库。

4.3 工艺流与物流耦合的物料精准配送技术

以生产单元的仓储及供应系统为对象，建立基于JIT管理理论的多阶段供应链系统库存管理机制，形成产品供应系统的闭环。在此基础上，建立面向智能生产单元的虚拟动态仓库，合理库存及缓冲区的余量[4]，最小化在制品数量。以工艺流为输入，建立多维度的物料精准配送机制，协同考虑配送时间、空间、资源和对象等要素，配合各种智能化运输设备，实现装配现场物料配送的精准化、高效化和灵活化，减小空间及资源的浪费。

4.4 智能生产单元物联网应用技术

构建包括无线局域网络、物理信息存储中心、分析控制中心和智能终端设备等4个主要部分构成的智能生产单元物联网，实现离散单元之间的互联互通，为装配过程的监测及实时追踪和控制提供基础。

5 结语

目前，我国在飞机智能化装配技术领域与西方发达国家尚存在较大的差距，我们要以“中国制造2025”战略实施为契机，积极开展飞机智能化装配关键技术和智能化装配生产单元关键技术研究，不断推进飞机智能化装配生产示范项目试点工作，形成中国飞机智能化装配技术标准，从而实现航空制造强国的梦想。

[1] 郭洪杰，杜宝瑞，赵建国，等. 飞机智能化装配关键技术[J]. 航空制造技术，2014(21):44-46.

[2] 王仲奇，杨元.飞机装配的数字化与智能化[J]. 航空制造技术，2016(5):36-41.

[3] 姚艳彬，邹方，刘华东.飞机智能装配技术[J]. 航空制造技术，2014(23/24):57-59.

[4] 曹振新，鄂世举，焦卫东，等. 基于马尔科夫链的混流装配线缓冲区配置优化研究[J]. 新技术新工艺，2015(6):29-33.

责任编辑 郑练

Research on Intelligent Assembly Technology of Aircraft

NIU Runjun

(Hanzhong Branch, AVIC Aircraft Co., Ltd., Hanzhong 723213, China)

The development of large aircraft is the strategic focus of the country to improve the capability of independent innovation. In order to improve the assembly quality and production efficiency, the intelligent assembly technology is an inevitable development trend. Review the concept and development of intelligent manufacturing, and analyze the aircraft intelligent assembly with IntelliSense, real-time analysis, independent decision-making and accurate implementation of four major technical characteristic. Explain the interpretation of the aircraft intelligent assembly involved in the product design, process design, industry and trade design, and virtual simulation of four aspects of the key technologies. Introduce the key technologies to build intelligent aircraft assembly production unit involved, which has a certain guiding significance in the Chinese aircraft manufacturing industry development.

aircraft, intelligent, assembly

V 262.4

A

牛润军(1980-)，男，高级工程师，主要从事飞机装配技术和制造过程信息化管理等方面的研究。

2016-06-03