Сборка 4.0: «Авиастар-СП» внедряет первую отечественную бесстапельную систему сборки

На ульяновском предприятии «Авиастар-СП» продолжаются работы по созданию поточной линии окончательной сборки транспортного самолета Ил‑76МД‑90А и его модификаций. Сейчас на заводе завершаются работы по отладке и испытаниям стендов бесстапельной автоматизированной сборки. В этом «Авиастару» помогает московская компания «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО». Российскими инженерами подобная технология разрабатывается впервые.

Поточная линия окончательной сборки Ил‑76МД‑90А и его модификаций, или, как ее называют на «Авиастаре», ПЛС‑76, состоит из целого ряда станций, обеспечивающих полную сборку самолета из агрегатов планера, поступающих с агрегатно-сборочного производства и до выкатки самолета на своих шасси c навешенными двигателями и начиненного всеми системами. Самыми сложными станциями ПЛС‑76 являются станции стыковки отсеков фюзеляжа и сборки планера, которые включают в себя стенды бесстапельной автоматизированной сборки, разрабатываемые впервые в России российскими специалистами.

Подобные стенды стыковки позволяют снизить трудоемкость стыковочных работ, обеспечить контролируемое качество, уменьшить зависимость от квалификации технического персонала. Базовые принципы, заложенные в работе над ПЛС‑76, основаны на использовании технологий «Индустрии 4.0».

Стенды бесстапельной сборки

Осенью этого года московская компания «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО» завершает работу по отладке и испытаниям стендов бесстапельной сборки ПЛС‑76. Отгрузка испытанных устройств уже началась, и большая часть оборудования стенда стыковки отсеков фюзеляжа уже находится на территории «Авиастар-СП» и ожидает разрешения на монтаж. В первом квартале следующего года компания планирует завершение поставок и монтажа оборудования на площадке «Авиастар-СП», в том числе и для станции сборки планера.

Стенд сборки фюзеляжа состоит из 12 позиционирующих колонн, пульта управления стендом, распределительного шкафа. Стенд стыковки планера состоит из 10 колонн. В состав стендов входит несколько лазерных трекеров, управление которыми тесно интегрировано в систему управления станцией.

Позиционирующие колонны стендов рассчитаны на нагрузку, значительно превышающую зарубежные аналоги, поставленные на территорию России для проектов Sukhoi Superjet 100 и МС-21 (до 16 т в исполнении для высоких нагрузок).Колонны оснащены серво-осями, синхронно управляемыми контроллером системы управления стендом.

Центральным звеном стендов является система управления, позволяющая управлять сложным пространственным объектом с высокой точностью одновременно по 10–12 осям. Система управления обеспечивает работу в нескольких режимах по степени автоматизации, включая полностью автоматический режим с расчетом траектории движения на основании измерений при помощи лазерного трекера.
«Наши стенды бесстапельной стыковки отсеков фюзеляжа и сборки планера не только впервые разработаны и изготовлены полностью в Российской Федерации российскими специалистами, но и впервые в практике российского авиастроения позволят произвести сборку транспортного самолета по автоматизированной технологии», – демонстрирует модель стыковочных станций на ПЛС‑76 генеральный директор компании «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО» Евгений Цодыковский.

При проектировании ПЛС‑76 были задействованы усилия ведущих специалистов компаний «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО», «Авиастар-СП» и НИАТ. Техническая концепция, предложенная компанией «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО», была реализована организациями при создании проектно-сметной и рабочей документации. Работа продолжается три года и в 2018-м будет завершена.

Импортозамещение в действии



На сегодняшний день в России эксплуатируются две системы иностранного производства бесстапельной сборки для гражданских самолетов – в Комсомольске-на-Амуре и Иркутске. «Технология бесстапельной сборки фюзеляжа и планера и степень ее автоматизации – это вершина айсберга, заключительная часть сборки самолета», – пояснил начальник технологического центра компании «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО» Василий Пыжьянов. «Чтобы эффективно выполнять задачи серийного производства, необходимо критически посмотреть на все технологические переделы на более низких уровнях, а именно в агрегатно-сборочном, заготовительно-штамповочном и механическом производствах», – продолжил Василий Пыжьянов.

Окончательная сборка и агрегатная сборка неразрывно связаны между собой. Эти переделы должны быть реализованы на единых принципах построения, в единой информационной среде, согласно общим технологическим решениям. Такие цели ставит перед собой компания на ближайшее будущее.

«Принципы построения производства на базе “Индустрии 4.0” лежат в основе всех технических решений “Авиационный Консалтинг-ТЕХНО”, – говорит начальник инженерного центра компании Максим Картов. – При проектировании ПЛС-76 была предусмотрена информационная система управления оборудованием линии и контроля за ходом выполнения работ, которая должна быть тесно интегрирована в общезаводскую информационную среду для получения и возврата необходимых данных как по производственным заданиям, так и по результатам выполнения сборки и испытаний. При проектировании стендов стыковки специалистами нашей компании активно применялась технология отладки на основе виртуального макета. Так, отладка программного обеспечения контроллера, управляющего сервоприводами, выполнялась еще на этапе, когда не было ни приводов, ни конструкции, а вся визуализация сложного пространственного движения, выполнялась на основе 3D-модели. Такой подход позволил еще на этапе проектирования не только отладить программу управления стендом, но и подтвердить правильность разработанных алгоритмов движения и внести необходимые уточнения в конструкцию до передачи в производство».

Ранее компания «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО» успешно выполнила работы по созданию комплекта цифровой документации для фюзеляжа ИЛ‑76МД‑90А. Следующим значимым проектом компании стала разработка комплекта документации на участок сборки хвостового оперения МС‑21, его изготовление и сдача заказчику. Это позволило получить неоценимый опыт для дальнейшей работы по созданию ПЛС‑76. Если оглянуться назад и оценивать объем проделанной работы по созданию стендов бесстапельной сборки, то кроме создания уникальной конструкции, крайне сложной и интересной, были разработка и отладка алгоритмов пространственного перемещения и программного обеспечения, реализующего его посредством согласованного движения линейных сервоприводов. На каждой колонне устанавливается множество датчиков и элементов с обратной связью, позволяющих в режиме реального времени обеспечить систему управления необходимой информацией по определению местоположения и состоянию стыкуемого агрегата самолета. В общей сложности при управлении в контроллере используется более 2 500 переменных.

Перед «боевым» соединением агрегатов обязательно проводится «виртуальная стыковка», которая позволяет оптимизировать процесс еще до начала перемещения многотонных агрегатов.

Отличие автоматизированных стендов стыковки в сравнении с обычными стендами стыковки заключается в следующем – технология с применением обычных стендов стыковки предполагает установку отсеков в стыковочное положение вручную с ориентацией на определенное количество баз. При этом количество таких баз ограничено конструкцией стенда и возможностью подхода для их контроля непосредственно в процессе стыковки. Такого недостатка лишены автоматизированные стенды, где контроль выполняется средствами лазерно-оптических измерительных систем. Это принципиальное отличие позволяет использовать сколько угодно большое количество баз. Для исключения их противоречий используется технология обработки графических данных под названием “Best Fit” – по-английски буквально «наилучшее совпадение». Суть ее в том, что, применяя специальное программное обеспечение, мы рассчитываем такое положение отсека, которое соответствует минимально возможной сумме квадратов отклонений базовых точек от их теоретических значений. Де-факто это значит, что мы получаем планер самолета с теоретически минимально возможным отклонением от номинала внешних обводов (с учетом фактических отклонений отсеков). При этом добиваемся этого быстрее и с гораздо меньшей трудоемкостью процесса стыковки. Точность позиционирующих колонн исчисляется сотыми долями миллиметра, поэтому результат получаем всегда с прогнозируемым заранее качеством.

Фундаментальные знания инженерных дисциплин – основа технологии. Неспроста костяк команды специалистов компании – выпускники мехмата МГУ, МФТИ, МАИ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, лучших технических вузов городов России, связанных с авиационной промышленностью: Комсомольска-на-Амуре, Иркутска, Воронежа, Ульяновска.

«Алгоритмическое обеспечение, созданное компанией «Авиационный Консалтинг – ТЕХНО» в данной разработке, учитывает опыт, как положительный, так и отрицательный, полученный от эксплуатации подобных стендов, произведенных иностранными поставщиками, но и главным образом учитывает многолетний опыт отечественной школы самолетостроения», – отмечает заместитель департамента индустриальной модели ОАК Андрей Сафонов.

Точность стыковки массивных агрегатов, величина деформации, степень напряженности металлических конструкций подчинены законам физики и математики. Цель операторов стенда – обеспечить качественную стыковку агрегатов в заданное время. Качество стыковки обеспечивается качеством изготовления агрегатов и системой автоматизации стендов.

Механическим интерфейсом между агрегатом и стендом являются такелажно-базирующие узлы (ТБУ), проектирование которых осуществляет компания «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО», а проверку, испытания, изготовление и установку осуществляют конструкторские бюро компаний «Ил» и «Авиастар-СП». В точках сопряжения ТБУ и конструкции агрегата не должны возникать напряжения, превышающие расчетные. Этот процесс строго контролируется автоматически, поскольку усилие рассогласования даже в относительно небольших пределах может привести к деформации агрегата.

Производство деталей конструкции колонн было заказано на заводе в Нижнем Новгороде. Монтаж, тестирование и отработка программного обеспечения велись на производственной площадке в Москве, что позволило значительно снизить стоимость стендов по сравнению с импортными аналогами. Юрий Тарасов, технический директор ОАК, говорит, что в случае успешного запуска системы опыт отечественных специалистов может быть востребован в новых проектах авиационных программ «Туполева» и «Ильюшина».