航空发动机被喻为“工业皇冠上的明珠”，其内部密如蛛网的管路系统却是制造中“最难啃的骨头”之一。面对多品种、小批量、定制化的生产需求，中国科学院沈阳自动化研究所科研团队提出一套人机协作焊前定位系统，让机器人与工人“手拉手”完成复杂管路的高精度装配，已在企业产线稳定运行。
一、航空管路制造的“柔性之困”
航空发动机管路是发动机的“血管”系统，由弯管及二通、三通、角通等众多零部件组成，承担着燃油、滑油、空气等介质的输送功能。这些管路数量多、形状多样、结构复杂，且随着发动机型号迭代，呈现出鲜明的多品种、小批量、定制化制造特征。
目前，航空发动机管路制造仍普遍采用人工焊接、再校形的传统方式。工人需要手动扶持弯管，将其与两端零部件精确对位后点焊固定，随后进行尺寸校形。这一过程存在三大痛点：一是柔性工装难以搭建，每种管路都需定制夹具;二是定位精度依赖工人经验，一致性难以保证;三是效率低下，难以满足现代航空发动机制造的高节拍要求。
二、科创亮点：人机协作的“柔性工装”架构
2026年2月，中国科学院沈阳自动化研究所工艺装备与智能机器人研究室周波副研究员、赵吉宾研究员团队在《Journal of Manufacturing Systems》发表论文，首次提出一套基于人机协作的航空发动机管路焊前定位系统，可用于不同尺寸管路的柔性工装搭建。
亮点一：人机协同作业——让机器人“扶”着工人干活
研究团队设计了一套人机协作工作流：
机器人夹持零部件：机器人末端夹持二通、三通等管路零部件，在视觉引导下精确移动到设计装配姿态
工人装配弯管：工人由机器人协助扶持弯管，将弯管装配在零部件之间
焊前扫描评估：焊接前，系统对装配完成的总成进行三维扫描，自动评估装配质量，合格后方可进入焊接工序
这一架构的巧妙之处在于：机器人负责“精度”，工人负责“柔性”。机器人保证重复定位精度，工人则利用人类独有的灵活性和判断力处理复杂装配动作，实现“1+1>2”的协同效应。
亮点二：多机协同路径规划——三大约束一次解决
在多台协作机器人协同运动的情况下，路径规划是核心难题。研究团队提出的方法实现了三大约束条件的统一求解：
避障约束：确保多台机器人在狭小空间内不发生碰撞
运动可行性约束：保证规划轨迹在机器人运动学可达范围内
回转体旋转角度约束：针对二通、三通等回转体零部件，精确控制其旋转角度以满足装配要求
仿真和实验结果表明，所提出的路径规划方法在管路焊前定位精度、稳定性和效率方面具有显著优越性。
亮点三：工程验证——已在企业稳定运行
研究不仅停留在实验室仿真阶段，该弯管自动化产线已在相关企业稳定运行。值得注意的是，早在2023年，沈阳自动化研究所就曾中标中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司的“管路柔性数字化焊前定位及检测系统”项目，说明该技术已有扎实的工程落地基础。
三、技术内涵：从“刚性工装”到“柔性工装”
传统航空管路制造依赖专用工装——每种规格的管路都需要设计制造一套夹具，成本高、周期长、占用空间大。这套系统的核心价值在于用“柔性工装”替代“刚性工装”：
机器人本身成为“可编程夹具”：通过调整机器人的夹持位姿，即可适应不同尺寸、不同角度的管路零部件
视觉引导实现“自适应装配”：无需高精度机械定位，视觉系统实时检测零部件位置，引导机器人动态调整
焊前扫描构建“质量闭环”：装配质量在焊接前即可量化评估，避免焊接后发现问题导致返工
这相当于在航空发动机管路制造车间部署了一套可重构的柔性装配单元，能够快速响应设计变更和小批量订单。
四、应用前景：从航空发动机到更多复杂装备
1. 航空发动机全系列管路制造
航空发动机型号迭代加速，管路系统设计变更频繁。该系统的柔性特征使其天然适配多品种、小批量生产模式，可大幅缩短工装准备周期，提升制造响应速度。
2. 航天运载器管路系统
火箭发动机同样包含大量复杂管路，且多为单件定制生产。该技术可推广至航天领域，支撑运载火箭的快速研制与生产。
3. 船舶、重型机械等复杂管路系统
大型船舶动力系统、重型工程机械的液压管路系统同样面临类似挑战，该技术具备跨行业推广潜力。
4. 人机协作制造模式示范
该研究为人机协作在高端装备制造中的应用提供了成功范例——不是“机器换人”，而是“机器助人”，将工人的经验与机器人的精度深度融合，为复杂产品装配提供了可复制的技术范式。
五、产业价值：让复杂管路制造“柔性起来”
航空发动机管路制造长期依赖人工经验，是自动化改造的“硬骨头”。沈阳自动化所这项研究的深层价值在于证明了柔性自动化在复杂管路装配中的可行性。
正如论文第一作者周波副研究员团队所强调的，该系统通过人机协作+多机协同路径规划，实现了管路焊前定位从“刚性工装依赖”到“柔性可编程”的跨越。当航空发动机制造迈向智能化，每一根管路的精准就位，都将成为整机可靠运行的基础保障。
来源：中国科学院沈阳自动化研究所工艺装备与智能机器人研究室；作者：周波(第一作者)、赵吉宾(通讯作者)等；题目：A flexible tooling system for aero-engine pipelines with complex components based on human-robot collaboration(基于人机协作的航空发动机复杂管路柔性工装系统)；发表于：Journal of Manufacturing Systems（2026年2月）。
