飛機的部件成千上萬(wan) ，其中很多的結構件為(wei) 鈑金件或複合材料組成的薄型板狀結構，其特點是外形複雜，連接麵多為(wei) 不規則曲麵，同時其材料和形狀決(jue) 定了其具有的工藝剛性相對比較小，容易變形，給加工和裝配都帶來了比較大的困難。近年來，隨著自動化水平的不斷提高，通過引入了先進的數控技術，使得零件的加工技術得到了大幅度的提升，零件的製造周期大大縮短，品質也得到了很大的改善。但是，飛機的部件裝配與(yu) 整體(ti) 機身的裝配仍沿用傳(chuan) 統的方法，無法適應先進的數控加工技術帶來的效率的提高。飛機裝配技術已經製約著飛機製造業(ye) 的發展。本文主要介紹了通過使用Elmo運動控製係統，借助多點成形技術實現飛機柔性數字化裝配。

係統工藝流程

圖1示出工藝流程。多點成形技術是柔性工裝設計的技術基礎，其基本原理為(wei) 采用多個(ge) 均勻離散的點來擬合飛機裝配部件的三維型麵，通過精確的數字建模，控製各點的點位來達到精準的控製，使工裝表麵完全貼合飛機零件表麵。使用這種柔性裝配技術可以使飛機裝配型架的製造周期大大縮短，並可以取代大部分固定裝配型架。同時由於(yu) 其采用了離散式的點位控製方式，使得該係統具有可重構性，一套該係統可以完成多種表麵形狀的零件工裝。

圖1 工藝流程圖

固定飛機薄壁板采用的是行列可移動式動態工裝，其基本元器件為(wei) 可移動的導軌副以及高度可以調整的支撐夾持單元，以上元器件的控製均通過數控伺服完成，通過伺服的不同位置調整使整個(ge) 工裝係統按照理論的點位分布，使蒙皮達到理論的工裝外形。

係統框架

本係統主要包括以下幾個(ge) 部分:係統計算機主要計算並且給出數學模型;人機界麵可以實時的顯示和設定一些現場的工作參數；三維激光測量可以反饋實際的位置值回當前的係統計算機;以色列Elmo公司的MAESTRO多軸控製器為(wei) 本運動控製係統的核心，配合CAN總線上掛接的多顆Elmo公司的伺服驅動器完成對多個(ge) 點位的位置控製;同時，由於(yu) 工藝方麵需要的夾持等功能，故CAN總線上還掛接有一些現場總線I/O。如圖2所示。

圖2 係統框架

通訊部分

通訊部分，主要包括兩(liang) 大層麵:

第一層麵為(wei) 以太網層

滿足標準的TCP/IP協議，應用該通訊方式主要有以下好處:

通訊距離長，以太網的通訊極限一般可以控製到200m，基本上滿足了大型飛機等設備的裝配空間，同時避免了使用光纖通訊所耗費的大量的成本;

標準的TCP/IP協議，普通的計算機、工控設備可以很好的接入;

一般用戶都比較熟悉使用，應用控製等技術相對比較穩定、成熟;

同時配合人機界麵在設備現場通過RS-232方式操控和設定工作參數，彌補了以太網長通訊距離造成的操作不便。

第二個(ge) 層麵為(wei) 現場總線層麵

采用了目前在歐美普遍使用的CAN總線形式，使用該總線會(hui) 給該係統帶來如下的好處:

CAN總線為(wei) 一種集分布式控製和實時控製於(yu) 一體(ti) 的串行通訊局域網絡，其高可靠性、高性能、高實時性等特點已經得到了廣泛的認可和應用;

本係統使用的CAN總線全麵支持CANOpen 層麵的DS301、DS305、DS401、DS402等協議，DS401、DS402這兩(liang) 個(ge) 協議為(wei) 基於(yu) 運動控製所開發的通訊協議，可以直接應用於(yu) 運動控製場合;

由於(yu) 以色列Elmo公司的產(chan) 品全部采用的是CANOpen協議，其相關(guan) 的通訊底層協議全部為(wei) 開放式，方便客戶與(yu) 自己的其他設備連接通訊;

CAN總線上可以掛接其他的設備， 例如現場總線I/O，但是所掛接設備必須支持CANOpen協議;

每個(ge) CAN總線理論上可以支持最多108個(ge) 節點（Node），以色列Elmo公司目前的MAESTRO多軸控製器最多具有2路CAN總線，理論上最多支持216個(ge) 節點，每個(ge) 節點均可以掛接伺服電機或者CAN總線設備，故對於(yu) 未來設備的擴展帶來了很多的方便之處。

MAESTRO的特點

以色列Elmo公司設計生產(chan) 的MAESTRO為(wei) 一種基於(yu) 網絡的多軸運動控製器，可以完成2D、2.5D的差補，多個(ge) 軸的同步以及開始、停止等類似 PLC的運動控製功能，同時其在整個(ge) 係統的通訊層麵可以完成的工作很豐(feng) 富，諸如:網絡的網關(guan) ;各個(ge) 節點的狀態的監控;運動的網絡遠程訪問和控製;CAN現場總線的主站等。

一種基於(yu) MAESTRO的多軸運動控製係統可以簡單的用如圖3所示的框圖來表示:

圖3 多軸運動控製器框圖

其中，需要明確幾個(ge) 定義(yi) :

軸:每一台驅動器與(yu) 每一台電機組成對，完成單個(ge) 運動的控製，稱其為(wei) 軸。

組:由多個(ge) 軸組成，可以由MAESTRO發相同的同步指令到組裏麵的各個(ge) 軸，其中每個(ge) 獨立的軸均可以完成獨立的運動，同時要求構成組的每個(ge) 軸的運動形式必須要一致。組可以定義(yi) 多個(ge) 。

矢量組:一般為(wei) 由兩(liang) 個(ge) 獨立的軸組成的組，通過嚴(yan) 格的控製時鍾同步來獲得精確的單軸運動定位，借此獲得期望的係統性能，同時矢量組可以完成2個(ge) 軸的直線差補、圓弧差補以及螺旋差補等功能。同樣，矢量組也可以定義(yi) 多個(ge) 。#p#分頁標題#e#

圖4 MAESTRO的基本構成

其中，按照功能不同，將其內(nei) 部分為(wei) 了五層，分別用不同的顏色表示，具體(ti) 功能如下:

作為(wei) CAN現場總線主站的MAESTRO可以提供很多的網絡功能，其中包括了完成網絡配置;偵(zhen) 測並描述出CAN網絡中存在的CAN設備;通過使用標準的CANOpen協議完成CAN網絡信息的接收和發送;CAN網絡報警信息處理；根據其內(nei) 部自帶的同步機製完成時鍾同步;通過使用CANOpen 的 DS301、DS305、DS401、DS402協議完成各個(ge) CAN設備之間的通訊等。同時，其作為(wei) 同步運動控製器還可以實現以下一係列的同步功能: 發送同步運動指令到指定的運動單元軸;同步運動單元軸之間的啟動和停止等動作；通過其內(nei) 部的callback功能實現對運動完成以及Elmo驅動器內(nei) 部定義(yi) 的觸發條件等的監控;以及發送通知到上位機等。

在與(yu) 上位機通訊的過程中，MAE-STRO可以使用的通訊方式有TCP/IP以及RS-232。通過該通訊可以完成的功能包括:程序的上傳(chuan) 和下載;係統當前的狀態反饋;用戶程序運行情況的反饋;傳(chuan) 輸和解釋對MAESTRO的指令以及對任意一台終端CAN設備的操作指令。用戶還可以通過使用 Elmo公司提供的Composer軟件通過這條通路完成對終端Elmo驅動器的直接操作和監控。

在運行用戶程序方麵，MAESTRO也有其獨有的一些特點:其作為(wei) 一個(ge) 全麵可編程的運動控製器可以實現並完成多軸運動的編程工作;可以運行一個(ge) 或者多個(ge) 用戶程序;用戶可以通過使用MAESTRO的編程語言來實現對其的編程操作，其編程語言與(yu) Elmo公司的驅動器的編程語言類似，都屬於(yu) 類C的計算機語言，非常容易掌握;同時，其編程環境可以使用Elmo公司提供的Elmo Studio軟件來輕鬆實現。

基於(yu) 以上的諸多特點，通過MAESTRO與(yu) Elmo智能型驅動器的配合使用，筆者便構成了一套分布式控製係統的基本框架，用戶可以根據自己的使用工藝要求和具體(ti) 的工況來選擇合適的搭配和擴展，可靠穩定的完成預期功能。

圖5 內(nei) 部功能示意圖

結語

目前，應用該套分布式控製係統的飛機柔性裝配係統已經通過了國家的驗收，準備投入批量生產(chan) 。由於(yu) 國內(nei) 對於(yu) CAN總線的研究起步比較晚，在具體(ti) 應用方麵相對於(yu) 國外也有很大的差距，對這方麵的了解也並不是很全麵，還處於(yu) 摸索階段。但是通過該項目的成功應用，更加堅定了公司對這種分布式控製係統的推廣信心。我們(men) 將會(hui) 加倍努力，將該套控製係統應用於(yu) 諸如醫療、紡織、印刷等更多的行業(ye) 和領域。