通过MFFD、CoMMaNds 2、FastFlexMont 2、Tempo和 UniFix项目，自动化或半自动化制造解决方案的新发展，以实现可持续、高效的复合材料零件生产。

移动式 cobot 进行CFRP 垂直尾翼的钻孔。图1.将复合材料垂直尾翼（VTP）手动进行的钻孔工序转移到移动式cobot钻孔。

在德国斯塔德4500平方米的研究大厂房，弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所（Fraunhofer IFAM）的研发服务专注于大型轻质复合材料结构的加工和组装，并通过开发工业规模的自动化或半自动化制造解决方案来帮助其实现。

Fraunhofer IFAM最近在自动化装配的背景下深入了解了当前以应用为导向的研发成果，包括可持续生产的机械加工和连接工艺。具体而言，本组织分别注意到了新的发展：

一种轻型机器人模块化系统；
未来热塑性清洁天空 2（Clean Sky 2）飞机机身的装配技术；
碳纤维复合材料整体框的自动预装配；
飞机垂直尾翼的自动舵铰链组件；
提高效率的大型复合材料部件流水线制造。

图2.清洁天空 2（Clean Sky 2）多功能机身演示器（MFFD）详细介绍。目前，它正在斯塔德 Fraunhofer IFAM 与项目合作伙伴以 1:1 的比例进行装配。

CoMMaNds 2项目

Fraunhofer IFAM与项目合作伙伴一起开发了移动、轻型机器人系统，用于高效和可持续地组装飞机部件（图1）。联合项目“下萨克森州的Cobots，Humans and Machines”（CoMMaNds 2）的目的是创建一个模块化、轻量级的机器人工具包，使其能够在减少时间和财力的情况下配置和重新配置机器人系统。除了降低成本和交付时间外，这一开发还可以使现有系统更好地适应不断变化的条件。

系统建模以及标准化接口基于开放数据交换标准 OPC UA，标准化序列控制由基于能力的软件模块组成；在生产实践中实现了“即插即用”和快速简单的控制代码生成。

其他重要的项目组成部分包括使用AR技术开发的人机界面（HMI-human-machine interface），以及用于快速、可靠参考、机器人动员和一些航空航天相关流程开发的其他技术。

项目合作伙伴注意到该系统的成功，例如，在飞机机身外壳上压接普通铆钉，或钻孔和拧紧环槽钉，这两项都是使用飞机垂直尾翼（VTP）翼箱在 1:1 的比例上成功完成的。

项目由Niedersächisches Ministerium für Wirtschaft、Verkehr、Bauen 和 Digitalisierung资助。

图3.Fraunhofer IFAM开发的定位和钻孔末端执行器，用于在整体框上自动定位支柱。

清洁天空 2 的 MFFD 项目

清洁天空2（Clean Sky 2）的多功能机身演示器（MFFD）项目正在研究高度集成的热塑性飞机机身结构的焊接组装的技术和经济可行性。这包括在斯塔德（Stade）建造一个具有各种接头设计和焊接工艺的1:1比例演示器，Fraunhofer IFAM正在与国际项目合作伙伴一起开发该演示器。除了焊接工艺外，重点是结构的自动化操作和组装，同时保持最高的公差要求。清洁天空2号，由欧盟共同资助。

Tempo 子项目

Fraunhofer IFAM 与其他项目合作伙伴的合作，“复合材料机身部件的高效组装和生产”（Tempo）已在全尺寸原型上的近系列环境中得到验证。

定位和钻孔端部执行器是为门框系统新开发的，用于自动在复合材料机身整体框上预装配加强元件（支柱）（图 3），用于飞机机身。据报道，自动化解决方案能够以稳定的质量和低成本提高生产率，实现高可靠性和高定位精度。此外，与以前的手工生产相比，这种新工艺只需较少的步骤即可实现所有功能。

定位和钻孔端部执行器接收各种支柱，它们位于不同的整体框上，并同时对两个部件进行双重钻孔。结构紧凑的末端执行器既可以由门式系统拾取，也可以由标准工业机器人拾取。它可以通过系统PLC进行控制，并从导入的零部件CAD数据中接收其全局位置数据。此外，通过使用激光跟踪器的快速上游测量来适应新的组装情况。集成在端部执行器中的测量技术记录了所需的确切接触压力以及许多其他参数，用于监测支柱在整体框架上预装配的最佳条件。Fraunhofer IFAM指出，这保证了在线质量保证。

通过调整安装系统，末端执行器也可用于其他行业的部件组装，如风力涡轮机、铁路和商用车、汽车或造船。由联邦经济事务和气候行动部资助。

图4.自动按需垫片应用旨在补偿部件公差；轻型机器人在分配系统下方引导舵铰链，用于液体垫片应用。

FastFlexMont 2 联合项目

通过使用CFRP箱形结构的敏捷生产技术， Fraunhofer IFAM 的研究人员优化了FastFlexMont 2项目中垂直尾翼（VTP）的生产流程。

该项目的主要目标是避免中断方向舵铰链与垂直尾翼翼箱的组装。Fraunhofer IFAM专家和合作伙伴开发了垫片材料（间隙填充材料）的应用和固化（图 4）作为一个平行过程。据说，自动化和数字网络化的工艺可以实现体积精确的计量和应用，以及垫片的精确成型和边缘平滑。只有在填隙之后，填充物已经固化，完全加垫片的舵铰链被插入垂直尾翼中。

因此，除了敏捷制造之外，工作步骤的并行化还可以重用技术资源，从而提高生产力，同时降低成本。由联邦经济事务和气候行动部资助。

UniFix 项目

关于敏捷生产技术的另一个里程碑是 Fraunhofer IFAM 和 UniFix 项目合作伙伴开发的一种新型移动夹具（“用于纤维复合材料结构加工的通用移动部件夹紧和固定装置”）。该夹具能够灵活地固定各种大型部件，如不同类型的飞机尾翼或襟翼，长度可达 8 米，精确、可持续地对齐并运输（图 5）。

这个联合研究项目也是关于减轻重量的大型复合材料，建造的 1:1 比例的结构。该夹具专注于生产流程中的加工过程，通过提前通过各种加工站，将最佳且精确对准的大型部件，可以并行和同时进行准备工作，从而减轻生产线耗时、无附加值的二次活动。

图5.“UniFix”流水线的第一站：新开发的移动夹具由虚拟耦合AGV 系统操作，用于运输牢固固定的复合材料垂直尾翼进入测量工位，在那里检查产品的外形。

Fraunhofer IFAM表示，以流程为导向的生产可以减少生产时间，从而提高生产力、效率和成本效益，从而提高国际市场的竞争力。这种以流程为导向的制造的优势主要在于减少了手动操作和非生产时间。此外，据说通过单个工厂的专业化、由于协调的循环时间而减少的生产时间，以及缓冲库存的相关减少和对工艺偏差的更快反应，提高了效率。

注：原文见，《 Fraunhofer IFAM advances automation, robotics development for large composite structures 》5/4/2023

近期会议预告

2023第一届复合材料HP-RTM工艺技术交流会暨智能化成形装备演示培训会

主办单位：中国复合材料信息网（复材网） / 天津市天锻压力机有限公司

协办单位：廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 / 湖南精正设备制造有限公司

会议主题：材料变革工艺创新装备强国智造未来

时间：2023年8月3-5日