飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線設(shè)備執(zhí)行層。

智能制造系統(tǒng)層級(jí)模型。

(相關(guān)資料圖)

飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線總體架構(gòu)。 圖3　飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線管控層。

中國(guó)航空?qǐng)?bào)訊：隨著德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)第三次工業(yè)革命等與智能制造相關(guān)規(guī)劃和戰(zhàn)略的提出，智能制造正在被全球制造業(yè)所廣泛關(guān)注。我國(guó)出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》，旨在實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，在國(guó)家層面上，飛機(jī)智能制造領(lǐng)域需要將優(yōu)勢(shì)資源聚焦在智能制造需求迫切且具有較好基礎(chǔ)的單位，進(jìn)而發(fā)揮引領(lǐng)與帶動(dòng)作用，取得效益和示范作用的最大化。因此，面向智能加工建設(shè)智能生產(chǎn)線/車(chē)間/工廠，有助于我國(guó)智能制造相關(guān)規(guī)劃及政策的制定，大大促進(jìn)智能制造的發(fā)展，引導(dǎo)各制造企業(yè)對(duì)智能制造的研究與實(shí)現(xiàn)。

航空工業(yè)沈飛構(gòu)建適用于飛機(jī)多品種小批量生產(chǎn)模式的飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線，高質(zhì)量、高效率地服務(wù)于飛機(jī)典型功能附件的批量生產(chǎn)，加工產(chǎn)品已裝備我國(guó)多個(gè)型號(hào)飛機(jī)項(xiàng)目，大幅提高飛機(jī)作戰(zhàn)能力，加快武器裝備技術(shù)的更新?lián)Q代與轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐，實(shí)現(xiàn)多品種、變批量、低成本、短周期及高質(zhì)量研制生產(chǎn)，大大提高了裝備發(fā)展的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。

沈飛公司智能制造團(tuán)隊(duì)依托工業(yè)和信息化部智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目《智能制造系統(tǒng)層級(jí)模型及水平評(píng)價(jià)體系》，面向飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造領(lǐng)域，構(gòu)建智能制造系統(tǒng)的層級(jí)模型，研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)，形成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能生產(chǎn)線等智能制造系統(tǒng)的水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立部分層級(jí)的智能制造系統(tǒng)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)和指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法并對(duì)其有效性與可靠性進(jìn)行分析。

從技術(shù)基礎(chǔ)、實(shí)施規(guī)模、體量等方面進(jìn)行評(píng)定，將智能制造系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃樯a(chǎn)線級(jí)、車(chē)間級(jí)、工廠級(jí)等，如圖1所示。智能生產(chǎn)線是將若干智能制造單元從物理或邏輯上進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過(guò)生產(chǎn)線內(nèi)部的智能調(diào)度與管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各制造單元的協(xié)作。智能車(chē)間則是由若干條智能生產(chǎn)線以及車(chē)間層級(jí)的智能決策系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)/物流系統(tǒng)等構(gòu)成。若干智能車(chē)間形成了智能工廠的生產(chǎn)能力，此外智能工廠還包括經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)、采購(gòu)系統(tǒng)、訂購(gòu)與交付系統(tǒng)等。

針對(duì)各型號(hào)飛機(jī)項(xiàng)目的操縱、液壓系統(tǒng)/動(dòng)力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件中的關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)，有效提升加工質(zhì)量、充分發(fā)揮設(shè)備效率等生產(chǎn)急需，重點(diǎn)圍繞結(jié)構(gòu)功能附件典型制造流程、制約提質(zhì)增效因素開(kāi)展研究，基于零點(diǎn)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快裝快換，掌握模塊化設(shè)計(jì)、統(tǒng)一軟硬件接口的生產(chǎn)線搭建方法，構(gòu)建由1臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、2臺(tái)三軸立式加工中心、1套物流系統(tǒng)和1套生產(chǎn)管控系統(tǒng)組成的適用于飛機(jī)多品種小批量生產(chǎn)模式的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線，具體包括生產(chǎn)線管控層及設(shè)備執(zhí)行層，對(duì)智能生產(chǎn)線的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖2所示。其中生產(chǎn)線管控層主要指生產(chǎn)線總控系統(tǒng)，具有線內(nèi)作業(yè)計(jì)劃管理模塊、線內(nèi)工藝管理模塊、線內(nèi)制造資源管理模塊、線內(nèi)狀態(tài)監(jiān)控管理模塊，接受上游指令及向線內(nèi)配發(fā)作業(yè)任務(wù)，如圖3所示。設(shè)備執(zhí)行層主要包括加工設(shè)備、工裝夾具、物流設(shè)備、輔助設(shè)備，執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)及反饋執(zhí)行信息，如圖4所示。

①以應(yīng)用為牽引構(gòu)建智能加工系統(tǒng)新方案，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效

根據(jù)操縱、液壓系統(tǒng)/動(dòng)力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件銑側(cè)平面、外形、內(nèi)形，鉆鏜孔等典型制造工藝流程，提出了一套綜合物流、存儲(chǔ)、裝夾及加工的智能加工系統(tǒng)新方案，形成了飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備布局，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)總控系統(tǒng)與進(jìn)口機(jī)床控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)化統(tǒng)一管理，有效縮短零件加工流程，減少不必要的等待排序，提升生產(chǎn)線工藝適應(yīng)能力。

②基于零點(diǎn)定位系統(tǒng)研發(fā)系列柔

性?shī)A具，實(shí)現(xiàn)快裝快換

為簡(jiǎn)化裝夾的繁瑣工作，保證工作的連續(xù)性，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，研發(fā)出回轉(zhuǎn)體類(lèi)、支架類(lèi)、支座類(lèi)、板材角盒四大類(lèi)零件的零點(diǎn)定位系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了系列柔性?shī)A具，形成典型零件制造方案，將加工調(diào)整為并行模式，即線上加工線下裝夾，實(shí)現(xiàn)機(jī)外快裝快換，定位和鎖緊一步完成，極大地節(jié)省了機(jī)床人工上下料的輔助時(shí)間，有效提高了零件加工批次的一致性。

③構(gòu)建智能加工中心組線新方案，降低生產(chǎn)成本

為便于零件自動(dòng)上下料、裝夾和排屑等工作的有效開(kāi)展，摒棄以往采用臥式加工中心組線經(jīng)驗(yàn)，打破傳統(tǒng)布局，通過(guò)增加轉(zhuǎn)臺(tái)的方式采用立式加工中心組線，有效規(guī)避了其上下料、裝夾過(guò)程中存在的問(wèn)題，大大降低組線成本，有效節(jié)省組線布局空間。

④采用模塊化設(shè)計(jì)、統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn)快速組線，邁進(jìn)智能制造

為便于生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、提取、分析以及應(yīng)用等，采用基于模塊化設(shè)計(jì)、統(tǒng)一軟硬件接口的智能生產(chǎn)線搭建方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速搭建，打通了信息交互、傳輸及控制的通道，實(shí)現(xiàn)了多種機(jī)床、控制系統(tǒng)的無(wú)障礙連接，為面向智能制造的飛機(jī)制造系統(tǒng)構(gòu)建提供了實(shí)踐途徑。

飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能加工生產(chǎn)線一直承擔(dān)公司多個(gè)型號(hào)飛機(jī)項(xiàng)目的操縱、液壓系統(tǒng)/動(dòng)力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件的機(jī)械加工任務(wù)。截至目前已完成飛機(jī)鈦/鋁合金支座類(lèi)、殼體類(lèi)、活塞類(lèi)、蓋類(lèi)等20余個(gè)類(lèi)別超過(guò)9000余件的數(shù)控加工，節(jié)省工時(shí)累計(jì)超過(guò)15萬(wàn)小時(shí)，節(jié)省成本3000余萬(wàn)元，減少工序數(shù)量近3萬(wàn)道。

通過(guò)產(chǎn)品加工過(guò)程與加工質(zhì)量證

明，首先，生產(chǎn)線使用零點(diǎn)定位系統(tǒng)，將加工調(diào)整為并行模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)外裝夾，有效縮短零組件準(zhǔn)備、周轉(zhuǎn)的輔助時(shí)間，使得承制支座類(lèi)等零件由原準(zhǔn)備工時(shí)4.5小時(shí)/件調(diào)整為0.5小時(shí)/件，減少90%的停機(jī)等待時(shí)間，設(shè)備利用率由30%~40%提高至80%~85%，大幅提高了加工效率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。其次，減少了重新拉直、找正、對(duì)原點(diǎn)等多道工序，統(tǒng)一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和檢測(cè)基準(zhǔn)，消除多道工序間的累積誤差，減少加工過(guò)程中人為因素的干預(yù)與重復(fù)裝夾定位次數(shù)，有效提高重復(fù)定位精度，保證零件加工批次的一致性，降低加工成本，大大提高了產(chǎn)品的合格率，實(shí)現(xiàn)精密加工。最后，智能化生產(chǎn)線大大減少人員投入，整線只需一名工人負(fù)責(zé)即可，有效降低了人員成本的投入，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。

在智能加工生產(chǎn)線運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，沈飛公司繼續(xù)履行強(qiáng)軍職責(zé)，進(jìn)一步推進(jìn)智能設(shè)計(jì)、智能管理、智能生產(chǎn)和智能服務(wù)等，相繼構(gòu)建了大型鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)字化工廠和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工數(shù)字化車(chē)間，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能加工車(chē)間/工廠的成功構(gòu)建提供技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)踐途徑，有效助推飛機(jī)構(gòu)件智能車(chē)間和智能工廠建設(shè)步伐，推動(dòng)飛機(jī)制造業(yè)“智能”快速轉(zhuǎn)型，助力航空強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

關(guān)鍵詞： 航空工業(yè)