飞机结构件数控加工之“未来工厂”(一)

feixiang16 · 发表于 2015-11-13 16:09:15

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在“未来工厂”中，将不存在独立的加工单元（包括加工装备、物料、传输装备、存储系统等），它们将在信息化平台基础上完成数字信息的传递、采集、分析及处理过程，通过信息技术、网络技术联结形成有机在线智能化制造车间。

随着全球装备制造业的迅勐发展，飞机产品的数字化设计与制造已经成为国家综合实力的核心保障力量之一。当代飞机快速、高质量的研制需求对其结构件数控加工过程提出了新的要求，它不仅要求将数字化设计制造系统与设备（如CAD、CAM、CAPP、PDM、MES、数控加工中心）简单地组成数字化车间，消除“信息孤岛”，更强调“产品控制工厂”，即以产品加工目标为驱动，采用由下至上的自适应系统结构将实时的、分散的各类制造信息采集、优化处理，以更好地服务于智能制造过程。因而，自动化早已超越了简单的生产过程控制。建立先进的智能化飞机结构件数控加工厂是我国装备制造业的迫切需求，同时也是未来工厂的发展方向。从第一次工业革命的机械化，到2011年德国汉诺威博览会上首次提出的以工厂智能化为目标的第四次工业革命（Industrie4.0），工业的革命化发展为飞机结构件加工方式的变革带来了机遇和挑战。德国国家科学与工程学院(Aca-tech)认为，这种新的制造模式将导致工业生产率增长30%。如何快速抓住这一机遇，特别是在航空航天等具有战略地位的领域首先建立起智能化车间，并以此为示范基地逐步推广到其他领域将具有重要意义。同时，这也将成为弥补中国未来劳动力优势逐渐减弱的重要途径。迎来机遇的同时也将伴随着挑战。由于我国还未进入工业自动化阶段，在机械制造、自动化及信息化技术能力方面还需进一步提高，因此，如何实现跨越性发展，将给我们带来巨大的挑战。

国内外发展现状

20世纪70年代，美国首次提出计算机集成制造系统（CIMS）概念，随后它被广泛认同为将产品设计、生产制造与经营管理有机集成并优化运行的必要手段。例如美国波音777飞机研制中采用了基于MBD的工艺规划、虚拟设计制造、全球化协作平台等技术，成功地实现了世界首架“无纸设计”飞机的数字化制造，且研制成本降低了25%。

随着人工智能和智能控制技术的进步，计算机辅助数字化制造的含义逐渐深化为具有敏捷、自适应、决策、网络、廉价等特点的智能制造。法斯顿公司在数控加工柔性自动化车间建设方而已经较为成熟。柔性自动化生产线是将数控机床或加工中心集成到自动化系统中，以适应多品种、小批量结构件的快速数控加工。其中，系统能够将物料、托盘储存到柔性加工系统中，有效节省工厂地而空间。通过采用有效的物料管理和物流与先进的生产计划功能，减少了生产准备时间和操作员工数量，同时使人为因素对产品质量的影响也随之降低。宁夏小巨人机床有限公司通过引用其母公司(山崎马扎克公司)的智能网络化工厂(CYBERFACTORY)理念，将母公司最先进的制造设备和自动化软件系统构建成智能网络化的生产车间，从而加强了制造车间的生产过程管控。

国内航空制造企业已对基于数字化、自动化和智能化技术的数控加工过程进行了试探性的应用研究，但这些企业在飞机结构件数控加工生产线应用方而还处于初级阶段。在飞机结构件加工准备阶段中，其工艺方案规划、工艺规程编制、数控加工程序编制、工装设计等过程仍以传统“孤岛式”系统为主来完成，未打通从产品设计到加工制造的信息流流程;切削过程仍以单机设备加工为主，加工布局不合理，未形成规范、高效的物流流程;车间信息化方而，随着相关新技术的应用，飞机结构件数控加工过程中产生大量的多源异构数据，一方而，各环节产生的数据缺乏有效地采集、交互共享，另一方而，90%以上实时采集且反馈到信息化系统的制造信息未被利用，系统间缺乏数据关联分析，造成资源浪费，严重制约数控加工质量和效率的提高。