Стенд отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна

Область техники
Полезная модель относится к технической физике, а более конкретно к вычислительной технике, и может быть использована в промышленности, авиастроении в цифровой конструкторско-технологической подготовке производства, для определения ее оптимальных технико-экономических параметров и определения способов рационализации производственных новых поколений воздушных судов, на одном из наиболее ответственных участков сборочных работ, для непосредственного внедрения на серийных заводах пакетов готовых исполнимых рабочих процессов.
Уровень техники
Известен патент США US 20050172470 A1 от 11.08 2004 г., описывающий систему внутрицехового позиционирования агрегатов планера, предназначенную для организации проведения операции стыковки центроплана и консолей крыла воздушного судна. Достоинством данной системы внутрицехового позиционирования является возможность проводить стыковочные операции в автоматизированном режиме для конкретного воздушного судна по выбранным и отъюстированным системам предварительных координатных меток и свести к минимуму влияние человеческого фактора. Недостатком данной системы является ее закрытость (невозможность включения в автоматизированную цепочку технологических сборочных операций) и строгая ориентированность на конкретную модель воздушного судна (данную систему сложно переналадить на другой тип воздушных судов), не рассмотрены вопросы организации стыковочных работ, использования стыковочных приспособлений. Известен патент США US 2391510 А от 25.12 1945 г., описывающий стыковочное приспособление, предназначенное для организации процесса стыковки центроплана и консолей крыла воздушного судна. Достоинством данного приспособления является простота его конструкции, существенным недостатком является специализация данного приспособления под конкретное исполнение конкретной модели воздушного судна и трудоемкость сборочных работ, отсутствие механизмов юстировки. Известен патент США US 20110282483 А1 от 14.12 2009 г., описывающий автоматическую роботизированную систему юстировки агрегатов планера с использованием роботов-манипуляторов. Достоинством данной схемы юстировки является ее универсализм и возможность перестройки на различные модельные ряды воздушных судов. Недостатками является использование специализированных роботов-манипуляторов тяжелого размерного класса и специализированных приспособлений, подключенных к манипулятору робота.
Известна станция монтажа элементов фюзеляжа компании «Brotje» (Инструкция по эксплуатации, FAL крылья RRJ/Superjet, -Automation GmbH©Sukhoi Civil Aircraft / АР 1633 Rev. 1.2, 2008 г.), установленная и используемая ЗАО ГСС на производственном объединении КнАФ для осуществления стыковочных операций для самолетов SSJ-100.
Станция монтажа элементов фюзеляжа включает: пульт оператора с панелью управления (панель ПК Siemens с внешней клавиатурой и мышкой), систему бесконтактных автоматизированных измерительных устройств (для обработки результатов измерения и позиционирования элементов конструкции применяется стационарный лазерный измеритель в сочетании с опорными точками (целями). Лазерные радары установлены по двум сторонам технологического участка). Для фюзеляжа предусмотрены 4 подвижных опорных элементов, крылья имеют соответственно 3 опоры. В каждой стойке позиционирования находятся 2-3 позиционирующих устройства. Они предназначены для контроля секционных координат и перемещения секции в позицию установки.
Станция монтажа элементов фюзеляжа включает также систему ЧПУ. В ПК загружена программа визуализации технологических операций на экран дисплея.
После получения результатов измерений контроллер передает данные на сервисный ПК, где выполняется их обработка. Далее данные с ПК оператора поступают на пульт управления для дальнейшей обработки, например для выполнения на их базе позиционирования.
Недостатками станции монтажа являются:
Стенд производит монтаж отсеков без предварительного комплексного моделирования, что не позволяет осуществить качественную стыковку за один подход, что приводит к существенному увеличению трудоемкости стыковочных работ.
Отсутствие в стенде механизма жесткого контроля за ходом процесса стыковки.
Сущность полезной модели
Задачей полезной модели является разработка стенда отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна, позволяющего управлять процессами стыковки и моделировать данный процесс для обеспечения его оптимальных технико-экономических параметров (рациональных режимов и схем стыковки в зависимости от качества обработки стыковочных поверхностей центроплана и стыковочных участков консолей крыла, массогабаритных характеристик центроплана и консолей крыла).
Поставленная задача достигается тем, что стенд отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна, содержащий пульт оператора с панелью управления, бесконтактную мобильную измерительную систему, систему позиционирования стыкуемых агрегатов в виде подвижных опорных элементов, дополнительно содержит блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций, блок контроля работ - рабочее место оператора устройства, блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов, блок хранения исходных геометрических моделей, блок сравнения геометрических моделей, блок реализации управления стыковочным процессом, блок коммуникаций, блок контроля работ своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок сравнения геометрических моделей своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок реализации управления стыковочным процессом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций своими входами соединен с выходами блока контроля работ посредством коммутирующих кабелей для передачи видеосигнала, блок хранения исходных геометрических моделей своим входом соединен с выходом блока сравнения геометрических моделей посредством кабеля передачи данных, а блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов своим выходом соединен с входом бесконтактной мобильной измерительной системы посредством управляющего коммутационного кабеля.
Такое выполнение стенда позволяет снизить трудоемкость стыковки.
Перечень фигур на чертежах
На фиг 1 - Блок-схема коммутации и соединения компонентов
На фиг 2 - Общий вид стенда
На фиг 3 - Каркас стенда
На фиг 4 - Вид спереди и горизонтальное сечение стенда
На фиг 5 - Вид сзади и вертикальное сечение стенда
Осуществление полезной модели
Стенд отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна содержит пульт оператора с панелью управления, бесконтактную мобильную измерительную систему, систему позиционирования стыкуемых агрегатов в виде подвижных опорных элементов. Кроме того, стенд дополнительно содержит блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций, блок контроля работ - рабочее место оператора устройства, блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов, блок хранения исходных геометрических моделей, блок сравнения геометрических моделей, блок реализации управления стыковочным процессом, блок коммуникаций, блок контроля работ своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок сравнения геометрических моделей своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов своим входом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок реализации управления стыковочным процессом соединен с выходом блока коммутации посредством коммутирующего кабеля локальной вычислительной сети, блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций своими входами соединен с выходами блока контроля работ посредством коммутирующих кабелей для передачи видеосигнала, блок хранения исходных геометрических моделей своим входом соединен с выходом блока сравнения геометрических моделей посредством кабеля передачи данных, а блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов своим выходом соединен с входом бесконтактной мобильной измерительной системы посредством управляющего коммутационного кабеля.
Блок-схема коммутации и соединения компонентов примера реализации стенда приведена на Фиг. 1:
- блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1) в составе двухпроекционной системы стереоскопического отображения Barco Gemini (2), оборудованной входными разъемами DVI-D (3) и VESA-3 pin stereo (4), пассивного поляризационного экрана (5), предназначен для отображения хода работ по стыковочным операциям, взаимодействия с блоком контроля работ, с которым соединен кабелями DVI-D (6) и VESA-3-pin stereo (7).
- блок контроля работ (8) - рабочее место оператора устройства - представляет собой специализированную вычислительную систему (рабочую станцию в конструктиве 4U), оснащенную видеоподстстемой (9), обеспечивающей стереоскопичекий рендеринг (построение) изображения с выходными разъемами DVI-D (10) и VESA-3 pin stereo (11), а также сетевым интерфейсом 1000baseT, соединенное через сетевой разъем стандарта RJ-45 (12) посредством сетевого кабеля (13) с коммутатором (14), входит в состав внутреннего модуля размещения устройств вычислительной техники (15), и соединенное видеокабелями DVI-D (6) и VESA 3-pin stereo (7) с проектором (2), входящим в состав блока отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1). На данной специализированной вычислительной системе (рабочей станции) установлено программное обеспечение Siemens NX (интегрированная CAD\САМ-система), предназначенное для разработки управляющих программ ЧПУ, создания трехмерных моделей, программное обеспечение BestFit, предназначенное для сравнения моделей, программное обеспечение Spatial, предназначенное для анализа моделей. Отдельные действия в ходе отработки стыковки центроплана и консоли крыла воздушного судна исполняются оператором стенда посредством заданий (конкретной операции-задачи из формализованного потока работ по стыковке, исполняемого блоком управления стыковочным процессом (16), соединение данных блоков реализуется блоком коммутации (14), посредством сетевого соединения (17)), хранение трехмерных моделей, как исходной конструкторско-технологической документации, так и оцифрованных физических центроплана и консоли крыла воздушного судна, а также управляющих программ осуществляется блоком хранения исходных геометрических моделей (18), соединение данных блоков реализуется блоком коммутации (14) посредством сетевого соединения (19). Вместе блок контроля работ и блок отображения и визуализации исполнения стыковочных операций образуют рабочее место оператора (20);
- блок оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов (21) - данный блок представляет собой специализированное вычислительное устройство (сервер) в конструктиве 1U, оборудованное специализированным контроллером (22), обеспечивающим связь и получение данных (в виде облака точек) с внешней по отношению к стенду бесконтактной измерительной системы (23), и выполняющее задачи оцифровки исходных поверхностей по заданию (конкретной операции-задачи из формализованного потока работ по стыковке, исполняемого блоком управления стыковочным процессом (16), соединение данных блоков реализуется блоком коммутации (14) посредством сетевого соединения (24), и реализующее функции установленного на данном блоке программного обеспечения GeoMagic. Оцифрованные данные передаются в блок контроля работ (8) посредством конкретной операции-задачи из формализованного потока работ по стыковке, исполняемого блоком реализации управления стыковочным процессом (8), соединение данных блоков реализуется блоком коммутации (14) посредством сетевого соединения посредством сетевого интерфейса 1000baseT, соединенное через сетевой разъем стандарта RJ-45 (25), посредством сетевого кабеля (24);
- блок хранения трехмерных геометрических моделей (18) представляет собой специализированное высокопроизводительное вычислительное устройство (сервер) с выходным разъемом стандарта FC (26) с сетевым интерфейсом 1000baseT, соединенное через сетевой разъем стандарта RJ-45 (27) посредством сетевого кабеля (19) с блоком коммутации (14), обеспечивающим взаимодействие блока хранения исходных геометрических моделей с другими блоками стенда, соединенное с выделенной подсистемой хранения (28) - выходной разъем на системе хранения стандарта FC - (29), коммутационный кабель стандарта FC - (30), входит в состав внутреннего модуля размещения устройств вычислительной техники (15);
- блок реализации управления стыковочным процессом (16) представляет собой отдельное вычислительное устройство (сервер), на котором установлено специализированное программное обеспечение с открытыми исходными кодами RunaWFE, позволяющее управлять исполнением формализованных схем потоков работ в виде исполнимых заданий. Общая формализованная схема последовательности всех действий в виде задач процесса стыковки консолей крыла и центроплана воздушного судна с учетом логических проверок, контроля исполнения операций, описанная в нотации BPMN 2.0 (Стандарт ISO 19510:2013), непосредственно исполняется на данном блоке и управляет ходом отработки. Данная формализованная схема последовательности всех действий в виде задач процесса стыковки консоли крыла и центроплана воздушного судна с учетом логических проверок, контроля исполнения операций является исполнимым рабочим процессом и как выдает указания оператору, работающему на блоке контроля работ, выполнить то или иное действие в соответствие с логикой отработки процесса стыковки, так и в автоматизированном режиме производит вызов необходимых процедур на других блоках стенда, так и контролировать корректность исполнения хода работ (как исполняемых оператором, так и автоматизировано). Взаимодействие с другими блоками стенда и блоком реализации управления стыковочным процессом обеспечивается блоком коммутации (14) посредством сетевого соединения через сетевой разъем стандарта RJ-45 (31) посредством сетевого кабеля (17);
- блок коммуникаций (14) (предназначенный для соединения блоков устройства в единый комплекс) представляет собой стандартное коммутационное оборудование локальной вычислительной сети - сетевой коммутатор (стандарта Ethernet 1000baseT), обладающий коммуникационными портами стандарта RJ-45 (32), (33), (34), (35), (36) для коммутации устройств, входящих в стенд, а также для обеспечения связи стенда с внешними устройствами и оборудованием на предприятии, для использования стенда в рамках общей системы конструкторско-технологической подготовки сборочного производства, конструктивно смонтирован в модуле внутреннего размещения устройств вычислительной техники (15);
- бесконтактная мобильная измерительная система (23) на базе лазерного радара серии MV200, подключенная к блоку оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов (21) по стандартному промышленному соединительному интерфейсу RS-485 (37).
На начальном этапе на блоке управления стыковочным процессом (16) выполняется оператором комплекса инициализация и запуск формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0 (Стандарт ISO 19510:2013). Данная формализованная схема исполняется программным обеспечением с открытыми исходными кодами RunaWFE, установленным на блоке управления стыковочным процессом (16), соединенном с другими блоками стенда коммуникационным кабелем (17) через блок коммутации (14).
Операция «Запрос данных оцифровки», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует запрос данных оцифровки центроплана и консолей крыла блоком оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов, соединенным с другими блоками стенда коммуникационным кабелем (17), через блок коммутации (14). Данная процедура исполняется посредством программного обеспечения GeoMagic, установленного в блоке оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов (21).
Операция «Передача данных оцифровки», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует передачу данных оцифровки центроплана и консолей крыла блоком оцифровки геометрических параметров стыкуемых агрегатов (21), соединенным с другими блоками стенда коммуникационным кабелем (24), через блок коммутации (14) в блок хранения трехмерных геометрических моделей (18), соединенный с другими блоками стенда коммуникационным кабелем (19), через блок коммутации (14).
Блок хранения трехмерных геометрических моделей (18) передает полученные данные в подсистему хранения (28) в автоматизированном режиме.
Операция «Передача данных оцифровки на блок контроля работ», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует передачу данных оцифровки центроплана и консолей крыла из блока хранения трехмерных геометрических моделей (18) в блок контроля работ (8).
Операция «Передача исходной КД», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует передачу данных исходных трехмерных геометрических моделей стыкуемых агрегатов от блока хранения трехмерных геометрических моделей (18) в блок контроля работ (8).
Операция «Сравнение исходной КД и данных оцифровки», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует задание оператору комплекса, исполняемое на блоке контроля работ (8), по сравнению исходной конструкторской документации (в виде трехмерных геометрических моделей) и данных оцифровки (в виде трехмерных геометрических моделей) в программном обеспечении BestFit.
Операция «Контроль сравнения», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует контрольное задание, исполняемое на блоке контроля работ (8), на проверку результатов сравнения исполнения предыдущей операции, оператором комплекса по заранее заданной схеме. В случае невыполнения условий сравнения делается откат на предыдущий шаг формализованной схемы. Визуальное отображение операции «Контроль сравнения» исполняется на блоке отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1), конструктивно связанном с блоком контроля работ (8).
Операция «Передача КД для разработки», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует передачу данных исходных трехмерных геометрических моделей стыкуемых агрегатов от блока хранения трехмерных геометрических моделей (18) в блок контроля работ (8) для разработки управляющих программ.
Операция «Разработка управляющих программ», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует выдачу задания оператору стенда на разработку управляющих программ на основании полученной КД, служащих для обработки поверхности стыкуемых агрегатов. Оператор стенда по выданному заданию разрабатывает управляющие программы посредством программного обеспечения NX, установленного на блоке контроля работ (8). Визуальное отображение данной операции исполняется на блоке отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1), конструктивно связанном с блоком контроля работ (8).
Операция «Контроль разработки УП», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует контрольное задание, исполняемое на блоке контроля работ (8), на автоматизированную проверку результатов исполнения предыдущей операции оператором комплекса по заранее заданной схеме. В случае невыполнения условий сравнения делается откат на предыдущий шаг формализованной схемы. Визуальное отображение данной операции исполняется на блоке отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1), конструктивно связанном с блоком контроля работ (8).
Операция «Симуляция процесса стыковки», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует контрольное задание, исполняемое на блоке контроля работ (8), на автоматизированную симуляцию стыковочного процесса по выбранной схеме стыковочного процесса, используя трехмерные геометрические модели стыкуемых узлов и агрегатов, хранящиеся в блоке хранения трехмерных геометрических моделей (18) (в подсистеме хранения (28)), посредством подсистемы кинематического анализа программного обеспечения NX, проверка геометрического совмещения стыкуемых поверхностей узлов и агрегатов выполняется посредством программного обеспечения BestFit. Визуальное отображение данной операции исполняется на блоке отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1), конструктивно связанном с блоком контроля работ (8).
Операция «Контроль исполнения стыковочного процесса», исполняемая в рамках формализованной схемы, описывающей ход работ по стыковочному процессу в нотации BPMN 2.0, исполняемой на блоке управления стыковочным процессом (16), инициирует контрольное задание автоматизированной проверки исполнения стыковочного процесса в соответствие с выбранной схемой стыковочного процесса, данная проверка исполняется на блоке контроля работ (8). Визуальное отображение данной операции исполняется на блоке отображения и визуализации исполнения стыковочных операций (1), конструктивно связанном с блоком контроля работ (8). В случае выявления несоответствий в исполнении стыковочного процесса делается откат на начало схемы и формируется отчет о несоответствиях. В случае соответствия исполнения стыковочного процесса автоматизированно на основании шаблона (определенного в программном обеспечении RunaWFE, развернутом на блоке управления стыковочным процессом (16)) формируется комплект рабочей документации для обеспечения стыковочного процесса и передается для исполнения. Также с данным комплектом документации происходит выгрузка управляющих программ для обработки поверхностей стыкуемых узлов и агрегатов.
Стенд отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна может быть выполнен как единое устройство (приведено на фиг. 2-5), конструктивно исполненное на базе рамного шасси (38), на котором размещены компоненты устройства и на котором смонтированы элементы, реализующие его функционал, установленного на ролики для перемещения (39), зашитого боковыми панелями (40), проекционного отделения, включающего в себя двухпроекционную систему (2), на вход которой (41) подведены кабели (42) от отсека размещения кабелей (43), установленную на подставке, пассивный проекционный экран обратной поляризации (5), внутреннего отека размещения модулей вычислительной техники (15), - блоков реализующих функционал стенда. Внутренний модуль размещения устройств вычислительной техники (предназначен для установки вычислительных и иных устройств, имеющих стандартное конструктивное исполнение 19" и высоту 2U, 1U и 4U, включает в себя коммутационный модуль электрических розеток (44), панель вентиляторов (45) со встроенным модулем управления вентиляционной панелью для дополнительного принудительного охлаждения входящих в его состав подсистем) и проекционное отделение состоят из следующих программных и аппаратных компонентов, соединенных коммуникационными интерфейсами (стандартный сетевой интерфейс локальной вычислительной сети). Панель сетевых разъемов стандарта RJ-45 (46).
Технико-экономические преимущества
Стенд отработки стыковки консоли крыла и центроплана гражданского воздушного судна позволяет получать программы ЧПУ для обработки стыка консоли крыла и центроплана, вынести части операций механической обработки с участка сборки на специализированные участки программы управления позиционированием стыкуемых агрегатов при стыковке, что позволяет обеспечить качественную стыковку с минимальной трудоемкостью всех стыковочных операций.
Стенд является универсальным модулем для систем стыковки с использованием измерительных систем и исполнительных механизмов - сборочных приспособлений, может быть настроен на любой тип воздушного судна, что существенно снижает производственные затраты на оборудование и общую организацию сборочного процесса на предприятии, а также не требует дополнительного обучения сборочного персонала и снижает требования к модификации технологических приемов сборки при переходе на сборку нового типа воздушного судна.
Применение автоматизированного стыковочного оборудования, в состав которого входят бесконтактные автоматизированные измерительные устройства, позволяет достигнуть наилучшего качества совместимости в местах стыковки самолета и существенно сокращает время сборки.
Кроме того, стенд выполнен как единое устройство и имеет ролики для перемещения, вследствие чего является мобильным и может быть свободно транспортирован на любой участок с минимальными монтажными работами.