航空制造中的可重構(gòu)工裝配置方法研究

在航空制造中，為節(jié)約工裝的制造成本和安裝時間，使用可重構(gòu)工裝已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。本文通過分析可重構(gòu)工裝的特點，研究其配置方法，重點對可重構(gòu)工裝的配置原理，配置過程以及工裝檢索重用的算法進行研究，為工裝快速配置的實現(xiàn)提供技術(shù)手段。

1 可重構(gòu)工裝的特點和組成

盒式連接可重構(gòu)工裝是一種典型的工裝可重構(gòu)模式，由瑞典的DELFOi公司與Linkoping大學(xué)首先提出。盒式連接是一系列的標(biāo)準(zhǔn)的梁和連接件組合成的連接裝置和框架，用作工裝結(jié)構(gòu)的支撐型架，如圖1所示。盒式連接裝置采用了螺栓緊固，利用摩擦力將橫梁、立柱等連接在一起，沒有焊接過程，因此能夠拆卸，調(diào)整及重復(fù)利用。由于標(biāo)準(zhǔn)件組成的框架定位不一定精確，需要增加六足定位裝置來保證夾持效果，如圖2所示。六足定位裝置具有多個自由度，可以安裝到盒式連接的梁上，從而實現(xiàn)更精確的夾持。

2  可重構(gòu)工裝配置原理與方法

由于大部分結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)準(zhǔn)零部件，可重構(gòu)工裝的設(shè)計過程與傳統(tǒng)定制工裝的設(shè)計過程不同?？芍貥?gòu)工裝設(shè)計的主要工作是解決如何將現(xiàn)有工裝或現(xiàn)有零件，通過拆裝、重組、改造的方式，形成所需的工裝實體，因此，可重構(gòu)工裝的設(shè)計過程，實際是對資源的配置過程。

工裝配置過程是將工裝需求，即夾持任務(wù)信息，轉(zhuǎn)化為可用的工裝實例的過程。由于可重構(gòu)工裝的特殊性，為保證其夾持精度，通常要對可重構(gòu)工裝分三部分進行配置：支撐裝置、定位裝置及夾持裝置，如圖所示，其中支撐裝置主要指梁、桁條等組成的型架，為產(chǎn)品提供支撐結(jié)構(gòu)；定位裝置用來連接支撐裝置和夾持裝置，實現(xiàn)夾持位置的精確調(diào)整；夾持裝置用于與產(chǎn)品相連接。

按照以上需求，工裝配置的實現(xiàn)通常分為兩種方法：由內(nèi)而外的配置方法，和由外而內(nèi)的配置方法。

由內(nèi)而外的配置方法，即以被夾持產(chǎn)品為先決條件，先進行夾持裝置的選擇與定位，再根據(jù)夾持裝置的類型和位置設(shè)計定位裝置和支撐裝置，由內(nèi)而外的方法適合于夾持產(chǎn)品體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而場地環(huán)境相對開闊的工裝配置需求。由外而內(nèi)的配置方法，與由內(nèi)而外相反，先根據(jù)場地和基本的支撐需求配置工裝型架，在此基礎(chǔ)上依次確定定位裝置和夾持裝置，由外而內(nèi)的設(shè)計方法通常適合場地受限且被夾持產(chǎn)品相對簡單的工裝需求。

要實現(xiàn)可重構(gòu)工裝配置的功能，應(yīng)同時提供兩種配置方法，用戶可根據(jù)具體需求選擇配置過程。

3  可重構(gòu)工裝配置流程

根據(jù)可重構(gòu)工裝配置原理與方法，工裝配置流程分為由內(nèi)而外和由外而內(nèi)兩種^[5]。這里以由外而內(nèi)的配置方法為例，配置流程共分為以下六個步驟。

（1）定義工裝的需求信息，包括工裝所夾持的產(chǎn)品或工件信息，以及工裝工作環(huán)境信息，通過這些信息確定應(yīng)當(dāng)使用的工裝類型及其基本結(jié)構(gòu)。

（2）對工裝實例庫進行搜索，如果找到相匹配的可用工裝實例，則以該工裝實例為模板進行工裝配置；如果沒有找到可用工裝實例，則分析該工裝需求是否適用典型型架結(jié)構(gòu)，如果能夠用某種典型的型架結(jié)構(gòu)，則采用型架自動生成的方式進行生成；如果不滿足以上要求，則新建一個空的工裝實例進行配置。

（3）對基于工裝型架進行配置。包括選擇和配置型架的基本構(gòu)型，對盒式連接所用到的梁，連接盒以及螺栓螺母等進行型號的選擇，以及具體尺寸的確定。在配置過程中，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性，以及保證型架的可重用和易修改，關(guān)鍵要以適當(dāng)?shù)姆椒ǎ砑犹囟ǖ难b配約束。

（4）柔性定位裝置（支撐部分）的配置。根據(jù)被夾持工件的形狀、尺寸和精度要求特點，選擇放置定位裝置的數(shù)目及位置。

（5）對柔性定位裝置上的夾持裝置進行配置。根據(jù)工件上布置的可夾持位置，搜索夾持裝置庫中的現(xiàn)有裝置，如能夠找到直接可用的標(biāo)準(zhǔn)件，或者經(jīng)過修改后可以應(yīng)用的定制夾具，則采用庫中的裝置。如果找不到能夠使用的夾持裝置，則新建夾持裝置應(yīng)用于工裝實例，并保存在庫中。

（6）配置完成，對新工裝實例添加必要的信息，將新實例存入夾具實例庫。

4  工裝檢索及重用方法

工裝檢索與重用是工裝配置的關(guān)鍵步驟，如果能夠?qū)ぱb實例庫中的已有工裝實例進行重用，將大大減少工裝配置工作的復(fù)雜程度。對可重用工裝實例的搜索采用基于產(chǎn)品各個參數(shù)的加權(quán)算法實現(xiàn)。首先對各個屬性值與工裝實例屬性及其對應(yīng)的產(chǎn)品屬性進行比對，得到多項匹配值，再用加權(quán)的方法求出待分析產(chǎn)品與現(xiàn)有工裝實例的匹配度。

在搜索可重用工裝實例時，主要考慮四個方面的因素，分別是產(chǎn)品類型、產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品重量、執(zhí)行工序，設(shè)各項信息的匹配值分別為V₁、V₂、V₃、V₄，相應(yīng)的權(quán)重分別為W₁、W₂、W₃、W₄，則產(chǎn)品與工裝實例的整體匹配度

R=W₁V₁+W₂V₂+W₃V₃+W₄V₄             （1）

其中，各個匹配值分別表示當(dāng)前產(chǎn)品與原工裝的四種基本因素的匹配情況，計算方法如表1所示。

各權(quán)重在不同的優(yōu)先條件設(shè)定下對應(yīng)不同的數(shù)值。如對于中小尺寸，重量較輕，工序不復(fù)雜的情況，則采用零件類型優(yōu)先，相應(yīng)的w1的權(quán)重較高。而如果尺寸較大，則采用尺寸值優(yōu)先，則w2的權(quán)重較大。當(dāng)用戶未定義時，則認為是自動選擇。

遍歷工裝實例庫中的所有工裝實例，根據(jù)公式（1）計算出各個工裝實例與當(dāng)前待分析產(chǎn)品的匹配度R。按照R值從大到小排列工裝實例，并在程序界面中給出R值最大的前五個工裝實例，供用戶選擇。如不指定時，則按第一個工裝實例（即匹配度最高的工裝實例）進行重用。用戶也可以點擊從庫中選擇，交互指定庫中的工裝實例。

5  結(jié)論

可重構(gòu)工裝配置技術(shù)是工裝應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，本文分析了工裝配置的工作原理與方法，建立工裝配置流程，針對工裝配置中的關(guān)鍵的工裝檢索與重用的方法，做了詳細的闡述。

在工裝配置的應(yīng)用中，通過采用有效的配置方法，能夠優(yōu)化工裝過程，提高配置效率。但對于不同類型的可重構(gòu)工裝，仍需要不同的算法，開發(fā)相應(yīng)的程序。今后，進一步提升工裝配置技術(shù)的通用性和智能化，整合更多的資源，使可重構(gòu)工裝得到更廣的適用性。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://00559.cn/w/qk/21223.html