《中国人工智能学会通讯》——5.3 未来发展趋势

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《中国人工智能学会通讯》——5.3 未来发展趋势

知与谁同 2017-09-04 14:44:00 浏览1126
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5.3 未来发展趋势

航空高端装备智能制造技术作为航空高端制造的核心技术,其涉及的高端装备制造是解决瓶颈问题的技术基础,是发展实体经济,实现制造强国的物质基础;是国民经济的支柱性产业,对于实施制造强国发展战略,实现由制造大国向制造强国转变具有重大战略意义。

飞机数字化智能制造技术
飞机装配过程是将大量的飞机零件按数模、技术要求等进行组合连接,实现从零件到组件到段件,最终到部件的过程。目前,国外先进国家的航空制造技术中,数字化装配正在取代传统制造技术,是未来飞机装配的发展趋势。在飞机数字化智能制造技术体系中,主要涉及以下关键技术。

1 . 基于虚拟现实的数字化装配工艺仿真技术[11]
基于虚拟现实的数字化仿真模拟方法,技术人员利用特制的头盔和数据手套,可以进入数字化的虚拟装配环境,进行真正装配过程虚拟仿真模拟,不仅考虑到装配过程的可行性,而且十分关注工人在装配过程的方便性,可以优化装配路径,进一步提高工作效率和产品装配质量。

2 . 数字化零部件直接装配
近几年来,飞机制造企业利用激光跟踪定位和数字化设计制造技术相结合进行零部件的直接装配。与这一先进智能制造技术相配合的是应用精确加工技术,即把具有复杂外形的大型构件进行精确铣边和钻孔,这一蒙皮周边铣切和钻空技术,国外普遍应用水切割蒙皮和数控蒙皮铣切技术,使蒙皮周边波动小、精度高、净边无需二次修整,不仅提高了蒙皮加工质量和效率,更重要的是它可利用自定位技术进行直接装配。

3 . 大部段激光定位数字化自动对接
波音、空客等公司在数字化技术的基础上,结合自动化技术、先进定位技术和简易型架技术,形成形式多样的数字化装配集成系统。数字化装配集成系统通过网络与自动控制装置、计算机等终端控制设备相连,可以将设计好的 3D 数字模型直接输入计算机来操纵数字化工装,实现数字模型驱动的自动装配过程。

智能机器人装备技术
国外对飞行器的高精度制造非常重视,各种数控设备、3-D 仿真技术、先进工艺方法的应用就是为了使零部件,以尽量少的余量状态进入装配环节。F-22部件装配采用快速智能制造技术,要求制孔精度更高、质量更精细。而我国在这方面的研究和应用相对落后。特别是在先进工艺方法的研究和应用上,长期以来由于投入较少,国外对我国技术封锁等原因,多年来没有大的突破,这在一定程度上影响了整体加工水平。随着飞机智能制造技术向柔性化发展与机器人技术的发展,智能机器人装备(包括机械臂式制孔机器人、柔性轨道制孔机器人和爬行制孔机器人)成为未来飞机装配设备的重要发展方向。

1 . 机械臂式制孔机器人系统
机械臂式制孔机器人是新型的柔性制孔设备,具有占用空间小、灵活性好、通用性、自动化程度高等特点,在数字化控制下能自动有序地完成钻孔、铰孔、划窝操作,并安装连接件使蒙皮和隔框进行装配。

2 . 柔性轨道制孔机器人
柔性轨道制孔机器人主要用于机身对接部位的自动钻孔,也可用于机翼蒙皮与肋或长桁,以及机翼与前后梁的连接、翼身对接、机身壁板拼接、机身筒段框装配、门框装配等部位的自动制孔。机器人沿轨道移动、定位完成制孔,装备体积小、重量轻,一般能实现 4~5 轴的钻孔功能,成本低于大型专用制孔机。

3 . 爬行制孔机器人
爬行制孔机器人也是一种小型柔性制孔装备,可进行自主爬行定位,能够对 Al、CFRP、Ti 等材料进行制孔,主要适用于飞机机身筒段的制孔,具有便携、灵活、重量轻、速度快,且可靠性高的特点。

智能机器人制孔装备集成了机器人高精度标定技术、法向垂直度检测与补偿技术、机器人多传感器检测集成技术、视觉导航与自动跟踪技术、高精度数字伺服驱动技术、机器人网络集成控制技术、机器人自主移动避障技术,是今后的智能机器人装备技术重要发展方向。

复杂构件整体化成型技术
麻省理工学院 Hardt 教授领导的课题组 于2002 年开展了飞机钣金数字化制造技术研究,并与美国军方及波音、格罗门飞机制造公司联合开发柔性工装数控成型技术,拟从根本上改变传统模线样板 - 标准样件制造模式,大幅度减少模具工装,用于飞机蒙皮壁板等大型复杂曲面薄壁构件的快速、高效精确成型,发展方向和目标是突破传统制造模式,实现数字化精益成型制造;美国田纳西技术大学 Peddieson 教授领导的课题组、英国伯明翰大学 Dean 教授领导的课题组等在与军方和波音、空客的合作中,在铝合金统一时效 / 蠕变本构模型、时效成型微观机理、时效成型有限元模拟等方面取得创新性研究成果,成功用于指导 B-1B 飞机和A380 客机等大型机翼整体壁板时效成型工艺设计和参数优化。

结构与功能一体化连接技术
国外航空发达国家都给予飞机装配连接的理论研究、装备发展和工艺研究等方面极大重视,目前世界航空装配连接制造技术向着抗疲劳制造、柔性化自动化、结构 / 功能一体化方向发展。飞行器结构与功能一体化连接技术的进步,首先要重点发展以下关键技术。

1 . 特种焊接制造技术[12]
焊接过程是一个复杂的物理化学过程,热源的焊接电弧及其焊缝熔池的动态行为是影响焊接过程、焊缝成型及接头性能的重要因素。内部微观粒子在高频脉冲电流作用下分布及运动变化、电弧力的理论模型及其对热源特性影响等是国内外研究的重要方向;在熔池动态行为方面,学者们的研究基本集中在低频脉冲焊接的熔池流动层面,对脉冲频率达 20 kHz 以上超高频脉冲方波 GTAW 焊接热源作用下的熔池流动行为及其熔池液态金属凝固结晶过程等方面研究亟待突破。

2 . 智能器件 / 结构一体化封装技术
智能蒙皮包含多功能耦合分布式传感、高能量密度仿生驱动和智能器件 / 蒙皮融合制造等关键科学问题。利用智能器件 / 结构融合技术,实现分布式传感单元需要有流向、流速、应力、变形等多参数耦合的检测功能,以及智能蒙皮驱动单元的大的能量密度大位移驱动。在深入研究器件 / 结构界面特征的基础上,实现飞机蒙皮机体、传感单元和驱动单元的结构 / 功能一体化制造新方法。

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