事实证明，机器人是飞机制造和装配的灵活工具。然而，它们的全部潜力可能会受到 CAD/CAM 环境中对机器人进行编程所面临的挑战的限制。将离线编程、模拟、代码生成和路径优化集于一身的软件使此过程无缝衔接，准确无误。
机器人即将像 20 世纪 70年代末和 80年代彻底改变汽车装配一样改变航空航天行业。生产效率的提高和成本的节约正在推动向灵活的机器人自动化迈进。
与作为其陆上表亲的汽车不同，飞机具有挑战自动化范式的关键差异。航空航天制造公差要严格得多，而局部装配组件往往更大、更重。与汽车相比，飞机生产量要低得多，而商用飞机的预期寿命是以数十年而不是数年来衡量的。
全球对飞机的需求日益增长，从而对当前的制造资源造成了压力。波音先进制造研究中心 (AMRC) 处于这一行业趋势的最前沿。
“商用飞机的销量正在增长，”AMRC 综合制造集团负责人 Ben Morgan 表示。“大多数制造商已经将产能推到了绝对极限，需要进一步的资本投资才能达到目标速率。对于我们正在研究的一些平台，这可能是每月多达 60 架飞机，这是一个令人难以置信的数字。因此，制造需要做出重大转变。”
这种重大转变正在以灵活的机器人自动化的形式出现。随着飞机组件制造中出现复合材料，机器人开始涉足此领域。
根据市场研究公司 Lucintel 的一项研究，到 2017 年，全球航空航天复合材料的市场规模预计将达到每年 1120 亿美元，复合年增长率为 5.3%（来源：CompositesWorld）。
复合材料的重量通常比铝轻 20%，且使用寿命比传统金属材料长。飞机复合材料具有更高的强度重量比、更高的燃油效率和更长的保养间隔，这些对航空航天业至关重要。
复合材料的革命有助于将水刀方式扩展应用于机器人。机器人机加工和去料越来越多地用于非金属和金属应用，包括大型商用飞机的复合材料蒙皮和组件的铣削、钻孔、表面处理、铆接以及水刀切割和修整。
多年来，机器人一直基于电脑数控设备进行工作。现在，关注点已经发生了变化。
“随着机器人技术在过去 10 年的进步，串行臂设备正在成为更可行的选择，”Morgan 说。“对机器人修整、绕切和机加工的兴趣大幅增长。通过开发概念机器人修剪系统和我们在 AMRC 的设施，我们开始向高端汽车和航空航天制造商证明，灵活的单元是一些传统、昂贵的数控机床的替代品。"
AMRC 成立于 2001 年，是谢菲尔德大学与波音公司的合作项目。该公司位于英国谢菲尔德广阔的高科技工业园区，雇用了 400 多名研究人员和工程师，专注于通过测试和验证不同技术来实现制造现代化，并拥有从全球航空航天巨头到当地小型企业的 100 多家成员公司。
“我们正在谈论的是，用于制造这些航空航天零件的一些大型数控机床可能需要 1,500 万美元，”Morgan 说。“而对于一台机器人单元，我们可能只需要几十万美元。”
部署机器人的成本继续下降，同时其结实耐用度和准确度也在提高。现在，机器人技术能够在以前仅限于定制机械的各种航空航天应用中提供竞争优势，这些应用包括一体式装配、钻孔和灌装、自动铺带 (ATL) 和自动纤维铺放 (AFP) 。
大多数顶级航空航天供应商都认识到在其局部装配操作中部署机器人的优势，甚至已经为机器人化预拨了年度预算。但对于一些企业来说，机器人编程是一大难题。
奇点、校准、碰撞、操作限制和运动粒度对于机器人系统来说是独一无二的复杂因素，可能会使机加工操作的机器人编程变得特别繁琐。在易出错的环境下工作可能很耗时。
习惯于使用数控机床的公司在首次尝试部署机器人时陷入困境。他们经常尝试使用机器人制造商的软件进行编程。但是，该软件通常用于模拟而非编程的目的。在模拟环境中可以看到错误，但难点在于确定其原因以及如何修复。
另一种方法是使用 CAD/CAM 点转换器，该方法可为不同类型的应用创建机器人轨迹。点转换器往往能够快速、低成本地转换至机器人切割系统，但无法验证运动学特性和检查错误事项。
这些方法的主要问题是缺少路径优化工具。一旦该程序应用于机器人，可能会有一个漫长的验证期。
“当我们决定购买一种用机器人加工复合材料零件的新型解决方案时，我们无法想象机器人世界与我们传统的数控机床世界有多么不同，”SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE 的 CAD & CAM 生产工程部经理 Eddy Coubard 说。“新的词汇、新的工作方法和新的问题，这是一个挑战。”
SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE 已成立 30 周年，它是 SOGERMA Group 的全资子公司，总部位于法国，拥有 475 名生产和研发人员，为欧洲乃至全球 100 多家主要供应商提供高性能复合材料产品。
“我们以小批量加工航空复合材料零件，这意味着我们对机器人进行编程必须一次成功，”Coubard 说。“否则，我们的成本会急剧上升。”
“我们尝试的第一款机器人软件根本没有效率。”他说。“该软件需要在 CAD/CAM 软件中创建刀具路径，并使用后处理器编写某种 G 代码，然后在模拟器上读取此 G 代码，结果发现大多数时候都有错误。然后我们必须返回 CAD/CAM 软件，通过另一个后处理器编写机器人代码。”
这是典型的情况。一家公司购买了一台机器人，试图部署其进行加工操作，却发现他们没有合适的软件来完成这项工作。
更好的战略：首先考虑机器人编程软件。这应该在购买机器人系统时完成，甚至在购买之前完成。
专为机器人编程设计的 CAD/CAM 软件可解决奇点、碰撞、关节限制、操作范围问题和转腕问题。合适的软件应自动计算和优化机器人轨迹、无缝集成外部轴，并提供即时的视觉反馈。软件应操作简单，即使对机器人操作工新手而言也应如此。
该软件还应支持离线编程，除最终测试和微调外，不会中断车间的生产。更换于是成为一种并行操作，而非顺序式操作。
最近，加拿大蒙特利尔的 Jabez Technologies 被 CIO Review 杂志评选为 10 家最有前景的工程设计解决方案提供商之一，该公司于 2002 年发布了第一款基于 CAD/CAM 的离线机器人编程软件。最新版本的 Robotmaster® 软件将编程、模拟、代码生成和路径优化简化为一个集成解决方案。支持所有主流机器人型号。
“机器人可能是难以管理的设备，”Jabez Technologies 总裁 Chahe Bakmazjian 说。“它由六个彼此堆叠的旋转关节组成，因此很难预测错误。通常，错误发生时你才发现。没有任何预警。”
“飞机制造商通常会安装大型机器人系统，但他们只在他们知道可以避免错误的有限领域内使用它们，”Bakmazjian 说。“每当他们想超出这些领域时，都会束手束脚。”
COMPOSITES AQUITAINE 的 Coubard 表示，通过更换旧软件，其编程时间缩短了两到三倍。
“Robotmaster 使我们能够以与以前使用数控机床加工零件相同的方式工作，”他说。“由于 Robotmaster 还与 Mastercam® 软件接合，我们能够快速轻松地执行全 7 轴铣削和钻孔。”
Coubard 表示，他们正在使用 Robotmaster 对安装在导轨上的 6 轴机器人进行编程。应用包括为空客 A330 客机加工玻璃纤维制成的热保护部件，以及为空客 Super-Puma MK II 直升机加工蜂窝结构。
“借助 Robotmaster，我们得以拥抱机器人世界。现在，我们可以像过去使用数控机床一样轻松加工复合材料零件。”Coubard 说。“事实上，新的模拟功能非常强大，我们还没能充分利用其全部功能。”
Coubard 表示，如果没有 Robotmaster，他们很可能放弃了机器人技术，并回到旧的数控机加工方法。
在 AMRC，Morgan 的团队使用机器人技术和计量技术为航空航天和其他高价值行业开发组装复杂产品的新方法。
“我们已与 Robotmaster 合作了三年，”Morgan 说。“该软件使我们的操作工和工程师能够快速有效地对单元重新编程，并优化机器路径。它具有很大的灵活性和控制能力。”
“使用这个软件尤其适合研究环境，因为我们的工作范围和零件复杂多变，”Morgan 说。“我们在这里不生产任何东西，所以我们经常会做一个、两个或三个零件，然后再继续去做另一个零件。但航空航天行业本身也要求具有可重新配置性，因此我们通过 Robotmaster 满足了这一要求。”
操作工报告说，该软件在第一次运行时即可全程正常工作，无需手动示教干预或调整。这是准确无误、毫不复杂的机器人编程。如此简单，即使新手也可使用。
将灵活的机器人与先进的软件解决方案相结合。现在，您可以自由地充分利用机器人的全部工作空间。最初看起来是通过多种不同路径到达同一点的超定系统的负担，现在，借助精密的路径优化工具，这一跃而成为一个机会。
机器人已经证明了其满足适航要求。只需合适的软件即可充分发挥其潜力。