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[摘 要]基于目前飞机柔性装配工装设计在飞机制造领域内被广泛接受和应用的背景下，文章首先就飞机柔性装配工装定义及关键技术进行了简介，然后具体分步进行了柔性装配工装设计的详细分析，旨在在飞机柔性装配工装设计领域内提供一些可供参考的观点和建议。
[关键词]飞机制造；柔性装配工装；设计；流程
中图分类号：TH454 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
前言：随着我国飞机制造行业的不断技术升级发展，目前柔性装配工装已经在部分飞机制厂商中得到一定的应用，但目前尚未在行业领域内建立其完善合理的柔性装配工装技术的评价体系，有待进行进一步的探索，促进我国飞机制造产业的进一步发展。基于此，文章围绕飞机柔性装配工装设计为中心，分两部分展开了细致的分析探讨，希望可给我国相关领域内的企业和人员以理论上的参考，促进我国飞机制造行业的进一步发展。
一、飞机柔性装配工装定义及关键技术
（一）飞机柔性装配工装定义
所谓柔性装配工装指的是基于飞机零部件产品的设计及制造需求，在具体的装配过程中支撑定位产品零部件，可保持不同零件之间的相对位置关系。就传统的飞机制造而言，在装配装置的过程中几乎每一个部件都需要使用一个刚性的装配工装，而在具体的设计环节，每一个部件在装配的调试环节也需要花费大量的时间。此外随着飞机制造领域内科学技术的不断更新，以及全球化的不断推进，在飞机的制造上也急需通过采用新的技术减短装配工装的周期。而在此背景下柔性装配工装得以诞生，基于柔性工装在具体的装配工装过程中可基于环境的不同进行自适应，而进行不同形状但同一结构族的多部件装配，甚至还可满足不同结构族产品在装配上的需求[1]。
（二）飞机柔性装配工装关键技术
随着整体飞机只制造技术的提升，目前在柔性装配工装也不再是一个简单的环节，而需要基于一系列的复杂柔性装配工装关键技术方可完成。具体而言，目前在柔性装配工装关键技术上主要包括柔性工装夹紧定位技术、飞机柔性装配工装模块化技术、柔性装配工装结构优化设计技术、柔性装配工装控制技术、柔性装配工装仿真测试技术、柔性装配工装快速装配技术以及柔性装配工装集成技术等技术。
二、飞机柔性装配工装设计
（一）目标产品特点
在飞机柔性装配工裝设计上的第一步需要进行目标设计产品的特点分析，进而得到设计产品的结构模型，以及典型设计的结构特征和设计的基准。进而基于这些目标设计产品的特点和要求，进行装配精准度和装配协调方法的确定，并就多个装配对象的装配基准和进度协调关系进行确定。
（二）确定柔性定位特征
在对总体目标设计产品的特点进行确定后，接下来则需要进一步就飞机柔性装配工装的柔性定位特征进行确定。对于需要切实采用飞机柔性装配技术的产品在相应工艺上进行剖析。具体而言，首先需要基于产品结构树和工艺分离面的划分，依据实际需求就设计产品的顶层关键特征进行保障，如交点精准度以及外形准确度等；其次需要基于飞机制造树，逐级不断向下进行分解，一直到零件级位置，将可能结构交点以及关键型面等对于飞机柔性装配精准产生影响的特征和部门进行获取；最后基于获取数据设计出目标设计产品所拥有的初步特征集合，并在集合内就飞机柔性装配工装所对应的控制定位特征进行确定。
（三）确定柔性定位器定位功能
确定柔性定位器定位功能是飞机柔性装配工装设计的第三步，实现柔性定位器定位定位功能的提升，可以在很大程度上提升飞机柔性装配工装设计的水平。具体而言，在设计中需要对多个设计产品对象进行柔性定位，一般而言需要保障三个坐标之间自由运动进行六个自由度的定义。包括空间坐标轴中的X/Y/Z三个方向的移动以及环绕三个坐标轴的旋转，而对于一些精度很高的制造机床而言，甚至可以实现八个自由度的运动[2]。就一般的飞机柔性装配工装设计而言，只需要就空间坐标轴中的X/Y/Z三个方向的移动进行控制即可，根据具体的产品定位和柔性工装上的具体要求，进行定位器类型定位功能的确定。
（四）设计定位执行末端
飞机柔性装配工装设计的第四步为定位执行末端的设计，具体而言包括接头定位件和外形定位件两部分的设计。其中接头定位件作用为保障各个部件在进行对接和互换接头的过程中的协调性，而外形定位的作用则是就飞机部件的气动力外形进行确定。在定位执行末端设计中需要就产品的下架方式以及定位可行性进行详细的分析，并基于设计产品的结构外形特征，进行定位执行末端的设计，并且还要考虑到安装测量可达性、制造可行性、更换便捷性、装配操作开敞性以及结构刚度等诸多因素进行综合化的设计。此外，因为在柔性定位中定位功能的高度集成化也是其功能体现的方式之一，因此在设计中对于一些难以实现集成但是位于定位执行末端的定位特征，则需要通过其他辅助工序的方式，或者设计专门定位器的方式解决。
（五）定位单元行程及布局优化
定位单元行程及布局优化是飞机柔性装配工装设计中的第一步步骤，在具体的飞机柔性装配过程中装配的对象种类以及在工装坐标系中彼此的摆放位置直接决定了柔性坐标系中定位单元的X/Y/Z的行程，因为为了进一步降低柔性装配工装的制造成本，还需进行定位单元行程及布局优化。具体的优化步骤上，首先需要在已有工装的框架内創建一个用于激光跟踪仪定位的坐标系；其次需要在虚拟环境内将相应的定位执行末端和装配对象装配与一起；再者需要就工作坐标系内就多产品对象的彼此位置进行确定；然后需要就柔性定位器X/Y自由度行程进行测定；最后基于测定参数和设计参数进行对比，进行各自由度行程的优化。
（六）柔性定位仿真实验
基于以上五个步骤进行详细飞机柔性装配工装后，为了切实保障设计柔性装配工装的可行性，还需要最后进行一次柔性定位的仿真实验。具体而言，可将工装总装数模于Delmia环境内放置，进而就工装头型装配过程中的碰撞以及运动方向形成的参数进行收集和分析，并将其和设计参数进行对比，就设计柔性装配工装的重构性和柔性定位可达性进行验证。最后还需要基于柔性定位仿真实验的结构，进行柔性定位器个立柱定位单元布局以及各个定方向行程上的进一步优化修正，保障就控制系统所需数据进行收集，形成数据集完成目标产品和工装之间的关键分析，切实保障设计飞机柔性装配工装的适应性和可靠性。
结束语
综上所述，所谓柔性装配工装指的是基于飞机零部件产品的设计及制造需求，在具体的装配过程中支撑定位产品零部件，可保持不同零件之间的相对位置关系，在柔性装配工装下可完成不同形状但同一结构族的多部件装配，在特定环境下还可完成不同结构族多部件的装配。而基于柔性装配工装的关键技术和具体要求，文章从目标产品特点、确定柔性定位特征、确定柔性定位器定位功能、设计定位执行末端、定位单元行程及布局优化、柔性定位仿真实验几方面进行了柔性装配工装的设计，希望可给我国飞机柔性装配工装设计企业、研究人员，在设计的过程中一些可供参考的观点和建议，提高飞机柔性装配工装设计水平，提升柔性装配工装效率。
参考文献
[1] 沈建新，田威.基于工业机器人的飞机柔性装配技术[J].南京航空航天大学学报，2014，46（2）：181-189.
[关键词]飞机制造；柔性装配工装；设计；流程
中图分类号：TH454 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
前言：随着我国飞机制造行业的不断技术升级发展，目前柔性装配工装已经在部分飞机制厂商中得到一定的应用，但目前尚未在行业领域内建立其完善合理的柔性装配工装技术的评价体系，有待进行进一步的探索，促进我国飞机制造产业的进一步发展。基于此，文章围绕飞机柔性装配工装设计为中心，分两部分展开了细致的分析探讨，希望可给我国相关领域内的企业和人员以理论上的参考，促进我国飞机制造行业的进一步发展。
一、飞机柔性装配工装定义及关键技术
（一）飞机柔性装配工装定义
所谓柔性装配工装指的是基于飞机零部件产品的设计及制造需求，在具体的装配过程中支撑定位产品零部件，可保持不同零件之间的相对位置关系。就传统的飞机制造而言，在装配装置的过程中几乎每一个部件都需要使用一个刚性的装配工装，而在具体的设计环节，每一个部件在装配的调试环节也需要花费大量的时间。此外随着飞机制造领域内科学技术的不断更新，以及全球化的不断推进，在飞机的制造上也急需通过采用新的技术减短装配工装的周期。而在此背景下柔性装配工装得以诞生，基于柔性工装在具体的装配工装过程中可基于环境的不同进行自适应，而进行不同形状但同一结构族的多部件装配，甚至还可满足不同结构族产品在装配上的需求[1]。
（二）飞机柔性装配工装关键技术
随着整体飞机只制造技术的提升，目前在柔性装配工装也不再是一个简单的环节，而需要基于一系列的复杂柔性装配工装关键技术方可完成。具体而言，目前在柔性装配工装关键技术上主要包括柔性工装夹紧定位技术、飞机柔性装配工装模块化技术、柔性装配工装结构优化设计技术、柔性装配工装控制技术、柔性装配工装仿真测试技术、柔性装配工装快速装配技术以及柔性装配工装集成技术等技术。
二、飞机柔性装配工装设计
（一）目标产品特点
在飞机柔性装配工裝设计上的第一步需要进行目标设计产品的特点分析，进而得到设计产品的结构模型，以及典型设计的结构特征和设计的基准。进而基于这些目标设计产品的特点和要求，进行装配精准度和装配协调方法的确定，并就多个装配对象的装配基准和进度协调关系进行确定。
（二）确定柔性定位特征
在对总体目标设计产品的特点进行确定后，接下来则需要进一步就飞机柔性装配工装的柔性定位特征进行确定。对于需要切实采用飞机柔性装配技术的产品在相应工艺上进行剖析。具体而言，首先需要基于产品结构树和工艺分离面的划分，依据实际需求就设计产品的顶层关键特征进行保障，如交点精准度以及外形准确度等；其次需要基于飞机制造树，逐级不断向下进行分解，一直到零件级位置，将可能结构交点以及关键型面等对于飞机柔性装配精准产生影响的特征和部门进行获取；最后基于获取数据设计出目标设计产品所拥有的初步特征集合，并在集合内就飞机柔性装配工装所对应的控制定位特征进行确定。
（三）确定柔性定位器定位功能
确定柔性定位器定位功能是飞机柔性装配工装设计的第三步，实现柔性定位器定位定位功能的提升，可以在很大程度上提升飞机柔性装配工装设计的水平。具体而言，在设计中需要对多个设计产品对象进行柔性定位，一般而言需要保障三个坐标之间自由运动进行六个自由度的定义。包括空间坐标轴中的X/Y/Z三个方向的移动以及环绕三个坐标轴的旋转，而对于一些精度很高的制造机床而言，甚至可以实现八个自由度的运动[2]。就一般的飞机柔性装配工装设计而言，只需要就空间坐标轴中的X/Y/Z三个方向的移动进行控制即可，根据具体的产品定位和柔性工装上的具体要求，进行定位器类型定位功能的确定。
（四）设计定位执行末端
飞机柔性装配工装设计的第四步为定位执行末端的设计，具体而言包括接头定位件和外形定位件两部分的设计。其中接头定位件作用为保障各个部件在进行对接和互换接头的过程中的协调性，而外形定位的作用则是就飞机部件的气动力外形进行确定。在定位执行末端设计中需要就产品的下架方式以及定位可行性进行详细的分析，并基于设计产品的结构外形特征，进行定位执行末端的设计，并且还要考虑到安装测量可达性、制造可行性、更换便捷性、装配操作开敞性以及结构刚度等诸多因素进行综合化的设计。此外，因为在柔性定位中定位功能的高度集成化也是其功能体现的方式之一，因此在设计中对于一些难以实现集成但是位于定位执行末端的定位特征，则需要通过其他辅助工序的方式，或者设计专门定位器的方式解决。
（五）定位单元行程及布局优化
定位单元行程及布局优化是飞机柔性装配工装设计中的第一步步骤，在具体的飞机柔性装配过程中装配的对象种类以及在工装坐标系中彼此的摆放位置直接决定了柔性坐标系中定位单元的X/Y/Z的行程，因为为了进一步降低柔性装配工装的制造成本，还需进行定位单元行程及布局优化。具体的优化步骤上，首先需要在已有工装的框架内創建一个用于激光跟踪仪定位的坐标系；其次需要在虚拟环境内将相应的定位执行末端和装配对象装配与一起；再者需要就工作坐标系内就多产品对象的彼此位置进行确定；然后需要就柔性定位器X/Y自由度行程进行测定；最后基于测定参数和设计参数进行对比，进行各自由度行程的优化。
（六）柔性定位仿真实验
基于以上五个步骤进行详细飞机柔性装配工装后，为了切实保障设计柔性装配工装的可行性，还需要最后进行一次柔性定位的仿真实验。具体而言，可将工装总装数模于Delmia环境内放置，进而就工装头型装配过程中的碰撞以及运动方向形成的参数进行收集和分析，并将其和设计参数进行对比，就设计柔性装配工装的重构性和柔性定位可达性进行验证。最后还需要基于柔性定位仿真实验的结构，进行柔性定位器个立柱定位单元布局以及各个定方向行程上的进一步优化修正，保障就控制系统所需数据进行收集，形成数据集完成目标产品和工装之间的关键分析，切实保障设计飞机柔性装配工装的适应性和可靠性。
结束语
综上所述，所谓柔性装配工装指的是基于飞机零部件产品的设计及制造需求，在具体的装配过程中支撑定位产品零部件，可保持不同零件之间的相对位置关系，在柔性装配工装下可完成不同形状但同一结构族的多部件装配，在特定环境下还可完成不同结构族多部件的装配。而基于柔性装配工装的关键技术和具体要求，文章从目标产品特点、确定柔性定位特征、确定柔性定位器定位功能、设计定位执行末端、定位单元行程及布局优化、柔性定位仿真实验几方面进行了柔性装配工装的设计，希望可给我国飞机柔性装配工装设计企业、研究人员，在设计的过程中一些可供参考的观点和建议，提高飞机柔性装配工装设计水平，提升柔性装配工装效率。
参考文献
[1] 沈建新，田威.基于工业机器人的飞机柔性装配技术[J].南京航空航天大学学报，2014，46（2）：181-189.