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[摘 要]基于柔性模块化技术对无人机各部件装配工装的通用性进行了研究和探索，为实现无人机装配工装柔性化、通用化、标准化提供了一种切实有效的实施途径。
[关键词]无人机，柔性，装配工装
中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0392-02
1. 引言
无人机装配是指将复材件、机加件、钣金件、成品件、标准件等零部件按设计图样和技术要求在专门工艺装备上进行机体结构连接、装配、对接、设备安装的全过程。由于无人机机体结构的复杂性，不同机型或同一机型不同机体结构所需的装配工艺装备必然有所不同。传统工装设计理念中，一套装配工装只适用于同一结构形式的无人机部件装配，从而导致装配工装应用对象单一，数量多，研制成本高、研制周期长，并且越来越难以满足目前无人机多品种、小批量、快速反应的研制需求。因此，如何缩短无人机装配工装设计制造周期，以较低成本满足无人机因不断改型引起的机体结构变化，快速响应市场需求，已经成为无人机制造企业面临的技术瓶颈和研究热点。
2. 无人机产品结构模块化分析
由于复合材料具有高比强度、高比刚度、成形工艺性好、可设计性强、优良的耐腐蚀性能和电磁波穿透性等优点，目前世界上先进的无人机大都采用了复合材料进行机体设计和制造，甚至有些无人机已经采用了全复合材料结构形式。因此，复合材料机体结构已经成为无人机产品结构的主体。
传统无人机机身、机翼装配工装通常采用铸造结构，通过整体化上下压框在部件的梁、肋和壁板胶接区域加压（其余位置掏空减重）的方式，来满足机身梁、框板与机身壁板的胶接，以及机翼梁、肋和机翼壁板的胶接。这种装配胶接方式较为单一，一套装配工装只能对应一种类型产品，且当产品发生改变或进行升级改进时，装配工装结构更改较为困难。因此，整体化装配工装设计思路已经难以满足竞争日益激烈的无人机产品研制周期日益缩短的需求。而且整体化装配工装制造难度大，成本高，存储及运输不方便，已经不适于现代化的无人机生产模式。
柔性模块化设计原则是力求以尽量少的模块来装配尽可能多的产品，并在满足要求基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块结构应尽量简单、规范，模块间联系尽可能简单。
3. 无人机柔性模块化工装设计与布局方案
在无人机模块化装配工装设計当中，将装配工装结构按功能划分为静态框架结构和动态卡板结构两大部分。静态框架结构是模块化、标准化的框架结构，由支撑底座，转动机构、标准框架和连接件等几大模块组成，静态框架结构是模块化装配工装设计中基本不变的部分，不随产品对象的不同进行大量的改动。动态卡板结构由纵向卡板、横向卡板、定位件和连接件等几部分组成，动态卡板结构是模块化装配工装设计中可以大范围改动的部分，其结构随着产品对象的不同，可以进行较大改动或重新设计。
3.1. 静态框架结构
无人机装配工装静态框架结构由支撑底座、转动机构、标准框架和连接件等几大模块组成。
支撑底座是整个装配工装的支撑结构，用于支撑框架形成高度适合的装配工装结构，满足框架转动所需空间尺寸要求，保证操作人员在舒适高度操作，完成产品装配工作。
转动机构置于支撑底座上，位于框架设计转动中心轴上，用于保证操作人员方便、省力的完成整个装配工装框架的转动和固定工作。转动机构一般采用市场上的成熟产品。
标准框架是整个静态框架结构的核心，是柔性模块化工装的重要组成部分。传统刚性工装框架都是整体焊接式或分散装配式结构，固定在整体地基上，强调的是框架的不可变性。标准框架一般采用矩形框架结构，其中沿长度方向和宽度方向均为长度可调节结构，用以满足同一机型不同部件或不同机型不同部件框架轮廓外形尺寸的要求。长度可调结构可采用矩形型材嵌套式结构形式设计。
连接件主要包括标准定位销和紧固螺栓，用以定位和固紧不同部件的连接卡板，以及标准框架在其长度方向和宽度方向进行尺寸调节后的连接和固定。
3.2. 动态卡板结构
无人机装配工装动态卡板结构有部件外形卡板、横卡板、接头定位器，钻模板等几部分组成。
部件外形卡板通过标准连接件精确定位并固定在标准框架上，在产品装配过程中，外形卡板能支撑框架和蒙皮，同时也是保证部件、组件气动外形的重要装置。外形卡板用于夹紧对应位置骨架中的框、肋和蒙皮，保证两者之间的胶接间隙和胶接质量，同时保证其压紧部位的理论气动外形。同时，外形卡板也一般作为所有接头定位器的定位和连接基准。
横卡板通过标准连接件连接到外形卡板之间，用于定位骨架中的梁和蒙皮，保证两者之间的胶接间隙和胶接质量。
接头定位器用于各部件内部有定位精度要求的零组件的装配定位，接头定位器通常采用连接角座加接头定位器的结构形式，既满足产品零部件定位要求，又方便拆卸，便于部件装配完成后的出架。接头定位器一般以框架为定位基准，部件内部空间的接头定位器则以外形卡板为定位基准。
钻模板主要用于部件上有定位连接关系的零组件上成组孔的定位和钻制，从而保证不同部件间连接时，连接孔位和孔精度的协调一致性。
3.3. 柔性装配工装安装及检测方法
激光跟踪测量技术具有无接触、高速、高精度、通用等优点，能够满足无人机不同尺寸部件装配的要求。无人机柔性模块化装配工装主要采用数字化传递方法和激光跟踪测量技术，通过在标准框架上、卡板上、接头定位器角座上设置激光标靶点孔来完成工装各部件的高精度定位和安装。
4. 结束语
通过柔性模块化工装设计制造技术应用，在无人机研制过程中取得了如下效果：1） 降低了同系列无人机产品的工装设计制造成本；2） 使某型无人机研制周期大大缩短；3） 通过数字量传递产品设计数据，降低了装配工装的设计制造出错率，推动了工装柔性数字化设计制造技术在企业内部的推广应用，提高了企业的制造技术水平和批生产。
参考文献
[1]邹方， 飞机数字化柔性装配关键技术及其发展[J].. 航空制造技术， 2016， 20（5）： 35-38.
[2]郭洪杰. 大型飞机柔性装配技术[J]. 航空制造技术， 2015（18）： 52-54.
[3]王仲奇， 飞机部件级数字化柔性工装设计[J]. 航空制造技术， 2015（22）： 101-104.
[关键词]无人机，柔性，装配工装
中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0392-02
1. 引言
无人机装配是指将复材件、机加件、钣金件、成品件、标准件等零部件按设计图样和技术要求在专门工艺装备上进行机体结构连接、装配、对接、设备安装的全过程。由于无人机机体结构的复杂性，不同机型或同一机型不同机体结构所需的装配工艺装备必然有所不同。传统工装设计理念中，一套装配工装只适用于同一结构形式的无人机部件装配，从而导致装配工装应用对象单一，数量多，研制成本高、研制周期长，并且越来越难以满足目前无人机多品种、小批量、快速反应的研制需求。因此，如何缩短无人机装配工装设计制造周期，以较低成本满足无人机因不断改型引起的机体结构变化，快速响应市场需求，已经成为无人机制造企业面临的技术瓶颈和研究热点。
2. 无人机产品结构模块化分析
由于复合材料具有高比强度、高比刚度、成形工艺性好、可设计性强、优良的耐腐蚀性能和电磁波穿透性等优点，目前世界上先进的无人机大都采用了复合材料进行机体设计和制造，甚至有些无人机已经采用了全复合材料结构形式。因此，复合材料机体结构已经成为无人机产品结构的主体。
传统无人机机身、机翼装配工装通常采用铸造结构，通过整体化上下压框在部件的梁、肋和壁板胶接区域加压（其余位置掏空减重）的方式，来满足机身梁、框板与机身壁板的胶接，以及机翼梁、肋和机翼壁板的胶接。这种装配胶接方式较为单一，一套装配工装只能对应一种类型产品，且当产品发生改变或进行升级改进时，装配工装结构更改较为困难。因此，整体化装配工装设计思路已经难以满足竞争日益激烈的无人机产品研制周期日益缩短的需求。而且整体化装配工装制造难度大，成本高，存储及运输不方便，已经不适于现代化的无人机生产模式。
柔性模块化设计原则是力求以尽量少的模块来装配尽可能多的产品，并在满足要求基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块结构应尽量简单、规范，模块间联系尽可能简单。
3. 无人机柔性模块化工装设计与布局方案
在无人机模块化装配工装设計当中，将装配工装结构按功能划分为静态框架结构和动态卡板结构两大部分。静态框架结构是模块化、标准化的框架结构，由支撑底座，转动机构、标准框架和连接件等几大模块组成，静态框架结构是模块化装配工装设计中基本不变的部分，不随产品对象的不同进行大量的改动。动态卡板结构由纵向卡板、横向卡板、定位件和连接件等几部分组成，动态卡板结构是模块化装配工装设计中可以大范围改动的部分，其结构随着产品对象的不同，可以进行较大改动或重新设计。
3.1. 静态框架结构
无人机装配工装静态框架结构由支撑底座、转动机构、标准框架和连接件等几大模块组成。
支撑底座是整个装配工装的支撑结构，用于支撑框架形成高度适合的装配工装结构，满足框架转动所需空间尺寸要求，保证操作人员在舒适高度操作，完成产品装配工作。
转动机构置于支撑底座上，位于框架设计转动中心轴上，用于保证操作人员方便、省力的完成整个装配工装框架的转动和固定工作。转动机构一般采用市场上的成熟产品。
标准框架是整个静态框架结构的核心，是柔性模块化工装的重要组成部分。传统刚性工装框架都是整体焊接式或分散装配式结构，固定在整体地基上，强调的是框架的不可变性。标准框架一般采用矩形框架结构，其中沿长度方向和宽度方向均为长度可调节结构，用以满足同一机型不同部件或不同机型不同部件框架轮廓外形尺寸的要求。长度可调结构可采用矩形型材嵌套式结构形式设计。
连接件主要包括标准定位销和紧固螺栓，用以定位和固紧不同部件的连接卡板，以及标准框架在其长度方向和宽度方向进行尺寸调节后的连接和固定。
3.2. 动态卡板结构
无人机装配工装动态卡板结构有部件外形卡板、横卡板、接头定位器，钻模板等几部分组成。
部件外形卡板通过标准连接件精确定位并固定在标准框架上，在产品装配过程中，外形卡板能支撑框架和蒙皮，同时也是保证部件、组件气动外形的重要装置。外形卡板用于夹紧对应位置骨架中的框、肋和蒙皮，保证两者之间的胶接间隙和胶接质量，同时保证其压紧部位的理论气动外形。同时，外形卡板也一般作为所有接头定位器的定位和连接基准。
横卡板通过标准连接件连接到外形卡板之间，用于定位骨架中的梁和蒙皮，保证两者之间的胶接间隙和胶接质量。
接头定位器用于各部件内部有定位精度要求的零组件的装配定位，接头定位器通常采用连接角座加接头定位器的结构形式，既满足产品零部件定位要求，又方便拆卸，便于部件装配完成后的出架。接头定位器一般以框架为定位基准，部件内部空间的接头定位器则以外形卡板为定位基准。
钻模板主要用于部件上有定位连接关系的零组件上成组孔的定位和钻制，从而保证不同部件间连接时，连接孔位和孔精度的协调一致性。
3.3. 柔性装配工装安装及检测方法
激光跟踪测量技术具有无接触、高速、高精度、通用等优点，能够满足无人机不同尺寸部件装配的要求。无人机柔性模块化装配工装主要采用数字化传递方法和激光跟踪测量技术，通过在标准框架上、卡板上、接头定位器角座上设置激光标靶点孔来完成工装各部件的高精度定位和安装。
4. 结束语
通过柔性模块化工装设计制造技术应用，在无人机研制过程中取得了如下效果：1） 降低了同系列无人机产品的工装设计制造成本；2） 使某型无人机研制周期大大缩短；3） 通过数字量传递产品设计数据，降低了装配工装的设计制造出错率，推动了工装柔性数字化设计制造技术在企业内部的推广应用，提高了企业的制造技术水平和批生产。
参考文献
[1]邹方， 飞机数字化柔性装配关键技术及其发展[J].. 航空制造技术， 2016， 20（5）： 35-38.
[2]郭洪杰. 大型飞机柔性装配技术[J]. 航空制造技术， 2015（18）： 52-54.
[3]王仲奇， 飞机部件级数字化柔性工装设计[J]. 航空制造技术， 2015（22）： 101-104.