飛機結構件智能加工生產(chǎn)線設備執(zhí)行層。

智能制造系統(tǒng)層級模型。

(相關資料圖)

飛機復雜結構件智能加工生產(chǎn)線總體架構。 圖3　飛機結構件智能加工生產(chǎn)線管控層。

中國航空報訊：隨著德國工業(yè)4.0、美國第三次工業(yè)革命等與智能制造相關規(guī)劃和戰(zhàn)略的提出，智能制造正在被全球制造業(yè)所廣泛關注。我國出臺了《中國制造2025》，旨在實現(xiàn)從制造大國向制造強國的戰(zhàn)略轉變，在國家層面上，飛機智能制造領域需要將優(yōu)勢資源聚焦在智能制造需求迫切且具有較好基礎的單位，進而發(fā)揮引領與帶動作用，取得效益和示范作用的最大化。因此，面向智能加工建設智能生產(chǎn)線/車間/工廠，有助于我國智能制造相關規(guī)劃及政策的制定，大大促進智能制造的發(fā)展，引導各制造企業(yè)對智能制造的研究與實現(xiàn)。

航空工業(yè)沈飛構建適用于飛機多品種小批量生產(chǎn)模式的飛機復雜結構件智能加工生產(chǎn)線，高質量、高效率地服務于飛機典型功能附件的批量生產(chǎn)，加工產(chǎn)品已裝備我國多個型號飛機項目，大幅提高飛機作戰(zhàn)能力，加快武器裝備技術的更新?lián)Q代與轉型升級步伐，實現(xiàn)多品種、變批量、低成本、短周期及高質量研制生產(chǎn)，大大提高了裝備發(fā)展的軍事和經(jīng)濟效益。

沈飛公司智能制造團隊依托工業(yè)和信息化部智能制造綜合標準化項目《智能制造系統(tǒng)層級模型及水平評價體系》，面向飛機結構件智能制造領域，構建智能制造系統(tǒng)的層級模型，研究飛機結構件智能加工生產(chǎn)線的基本結構，形成飛機結構件智能生產(chǎn)線等智能制造系統(tǒng)的水平評價標準，建立部分層級的智能制造系統(tǒng)水平評價指標和指標權重的計算方法并對其有效性與可靠性進行分析。

從技術基礎、實施規(guī)模、體量等方面進行評定，將智能制造系統(tǒng)主要劃分為生產(chǎn)線級、車間級、工廠級等，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行關聯(lián)，并通過生產(chǎn)線內部的智能調度與管控系統(tǒng)實現(xiàn)各制造單元的協(xié)作。智能車間則是由若干條智能生產(chǎn)線以及車間層級的智能決策系統(tǒng)、倉儲/物流系統(tǒng)等構成。若干智能車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)營決策系統(tǒng)、采購系統(tǒng)、訂購與交付系統(tǒng)等。

針對各型號飛機項目的操縱、液壓系統(tǒng)/動力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件中的關鍵功能結構，有效提升加工質量、充分發(fā)揮設備效率等生產(chǎn)急需，重點圍繞結構功能附件典型制造流程、制約提質增效因素開展研究，基于零點定位系統(tǒng)實現(xiàn)快裝快換，掌握模塊化設計、統(tǒng)一軟硬件接口的生產(chǎn)線搭建方法，構建由1臺五軸聯(lián)動加工中心、2臺三軸立式加工中心、1套物流系統(tǒng)和1套生產(chǎn)管控系統(tǒng)組成的適用于飛機多品種小批量生產(chǎn)模式的復雜結構件智能加工生產(chǎn)線，具體包括生產(chǎn)線管控層及設備執(zhí)行層，對智能生產(chǎn)線的相關技術進行驗證，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)，具有線內作業(yè)計劃管理模塊、線內工藝管理模塊、線內制造資源管理模塊、線內狀態(tài)監(jiān)控管理模塊，接受上游指令及向線內配發(fā)作業(yè)任務，如圖3所示。設備執(zhí)行層主要包括加工設備、工裝夾具、物流設備、輔助設備，執(zhí)行生產(chǎn)任務及反饋執(zhí)行信息，如圖4所示。

①以應用為牽引構建智能加工系統(tǒng)新方案，實現(xiàn)提質增效

根據(jù)操縱、液壓系統(tǒng)/動力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件銑側平面、外形、內形，鉆鏜孔等典型制造工藝流程，提出了一套綜合物流、存儲、裝夾及加工的智能加工系統(tǒng)新方案，形成了飛機復雜結構件智能加工生產(chǎn)系統(tǒng)設備布局，實現(xiàn)了國產(chǎn)總控系統(tǒng)與進口機床控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡化統(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)線工藝適應能力。

②基于零點定位系統(tǒng)研發(fā)系列柔

性夾具，實現(xiàn)快裝快換

為簡化裝夾的繁瑣工作，保證工作的連續(xù)性，減輕勞動強度，研發(fā)出回轉體類、支架類、支座類、板材角盒四大類零件的零點定位系統(tǒng)，開發(fā)了系列柔性夾具，形成典型零件制造方案，將加工調整為并行模式，即線上加工線下裝夾，實現(xiàn)機外快裝快換，定位和鎖緊一步完成，極大地節(jié)省了機床人工上下料的輔助時間，有效提高了零件加工批次的一致性。

③構建智能加工中心組線新方案，降低生產(chǎn)成本

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

④采用模塊化設計、統(tǒng)一接口實現(xiàn)快速組線，邁進智能制造

為便于生產(chǎn)線運行過程中相關狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、提取、分析以及應用等，采用基于模塊化設計、統(tǒng)一軟硬件接口的智能生產(chǎn)線搭建方式，實現(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，實現(xiàn)了多種機床、控制系統(tǒng)的無障礙連接，為面向智能制造的飛機制造系統(tǒng)構建提供了實踐途徑。

飛機復雜結構件智能加工生產(chǎn)線一直承擔公司多個型號飛機項目的操縱、液壓系統(tǒng)/動力系統(tǒng)等核心、重要系統(tǒng)的零組件的機械加工任務。截至目前已完成飛機鈦/鋁合金支座類、殼體類、活塞類、蓋類等20余個類別超過9000余件的數(shù)控加工，節(jié)省工時累計超過15萬小時，節(jié)省成本3000余萬元，減少工序數(shù)量近3萬道。

通過產(chǎn)品加工過程與加工質量證

明，首先，生產(chǎn)線使用零點定位系統(tǒng)，將加工調整為并行模式，實現(xiàn)機外裝夾，有效縮短零組件準備、周轉的輔助時間，使得承制支座類等零件由原準備工時4.5小時/件調整為0.5小時/件，減少90%的停機等待時間，設備利用率由30%~40%提高至80%~85%，大幅提高了加工效率，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。其次，減少了重新拉直、找正、對原點等多道工序，統(tǒng)一設計基準、工藝基準和檢測基準，消除多道工序間的累積誤差，減少加工過程中人為因素的干預與重復裝夾定位次數(shù)，有效提高重復定位精度，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責即可，有效降低了人員成本的投入，實現(xiàn)利潤最大化。

在智能加工生產(chǎn)線運營經(jīng)驗的基礎上，沈飛公司繼續(xù)履行強軍職責，進一步推進智能設計、智能管理、智能生產(chǎn)和智能服務等，相繼構建了大型鋁合金結構件數(shù)字化工廠和飛機結構件加工數(shù)字化車間，為飛機結構件智能加工車間/工廠的成功構建提供技術儲備和實踐途徑，有效助推飛機構件智能車間和智能工廠建設步伐，推動飛機制造業(yè)“智能”快速轉型，助力航空強國建設。

關鍵詞： 航空工業(yè)