重型模鍛液壓機、熱模鍛液壓機、等靜壓設備等航空重型裝備，承受巨大的載荷，噸位大，零件尺寸巨大，所需材料性能好，設計制造的難度高，且多在高溫高壓下工作，危險指數(shù)高，因此對疲勞壽命、安全可靠性的要求很高。裝備生產(chǎn)以多品種、小批量為主，需要縮短企業(yè)新產(chǎn)品研制周期，提高生產(chǎn)效率。實現(xiàn)高強度壓制、減小設備體積、減輕重量并且控制制造難度和成本，多采用大噸位超高壓預應力缸體以及高強度、高可靠性、高疲勞壽命的預應力鋼絲纏繞承載機架。該結構技術含量高，需要對關鍵零部件進行可靠性、熱力學、應力應變分析，高溫高壓下蠕變和疲勞壽命分析，對裝備進行虛擬試驗和制造，實現(xiàn)裝備優(yōu)化設計。
為了縮短企業(yè)新產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率，需要引進基于知識的重型裝備數(shù)字化設計與制造技術，實現(xiàn)信息管理和信息集成，消除“信息孤島”，提高知識的繼承、重用和共享性。把這些信息技術裝備到企業(yè)，有效開發(fā)信息資源，都離不開企業(yè)信息化。因此，面向航空重型裝備制造企業(yè)的信息化建設具有極其重要的意義。
近幾年，不少學者在信息化制造、智能化制造、網(wǎng)絡化制造等方面進行了研究和探討，同時清華大學在信息驅(qū)動的數(shù)字化制造、企業(yè)信息化整體解決方案阻-q等方面有了相應的研究。然而目前信息化建設的技術理論體系尚未形成，信息化總體規(guī)劃與實施還存在探索階段。尚未出現(xiàn)面向航空重型裝備制造企業(yè)的信息化規(guī)劃與實施方面的研究。
課題根據(jù)航空特種重型裝備設計和制造特征以及特種企業(yè)的管理、生產(chǎn)、制造模式，對其信息化現(xiàn)狀、需求進行系統(tǒng)的研究分析，制定了適合企業(yè)的信息化總體解決方案和實施策略，旨在探求面向航空裝備企業(yè)的信息化規(guī)劃和實施策略，以解決企業(yè)難題、降低成本、提高重型設備設計制造水平，滿足航空產(chǎn)品制造業(yè)的需求。
1 重型裝備制造的信息化建設需求分析
通過對航空重型裝備類企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)企業(yè)已具有基本的CAD／CAM／CAPP技術，而CAE和PDM技術空白。即使具有CAE和PDM技術的企業(yè)，只是停留在傳統(tǒng)的技術層面上，對先進制造技術和信息技術的應用水平低，各系統(tǒng)相互獨立，功能不完善，不能滿足航空重型裝備制造的需求。信息化水平歸納如下：
(1)產(chǎn)品開發(fā)和上市的總周期長；(2)由于缺乏設計的科學分析工具，設計一次成功的把握性降低；(3)難以實現(xiàn)變型設計，市場應變力差；(4)專家的知識獲取、表示與繼承程度低。(5)缺乏協(xié)同開發(fā)模式，存在“信息孤島”；(6)缺乏資料和知識有效的歸納和整理，知識和經(jīng)驗的重用和共享性差。
因此在生產(chǎn)運營過程中，該類企業(yè)的制造理念、數(shù)字化設計和制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)信息管理等方面都有待于提高和改進，迫切需要規(guī)劃實施信息化建設，縮短產(chǎn)品的全生命周期，實現(xiàn)產(chǎn)品設計開發(fā)向數(shù)字化、并行化、智能化、集成化發(fā)展。需要實現(xiàn)以CE／AM／CIMS為楊D制造理埝、以CAD／CAM／CAPP／CAE／PDM／ES(Expert system)為主體數(shù)字化設計與制造技術，建設企業(yè)信息化。
2 重型裝備制造企業(yè)的信息化建設規(guī)劃
航空重型裝備設計制造的高標準要求企業(yè)信息化建設系統(tǒng)的多功能。信息化建設系統(tǒng)應對設計制造過程起到指導作用，需要實現(xiàn)基于知識的專家智能輔助設計、數(shù)字化設計與制造，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、虛擬仿真，優(yōu)化設計，故障分析等功能。同時還需要在已有技術的基礎上，建立與重型裝備研制相適應的4CP集成系統(tǒng)，消除信息孤島，實現(xiàn)協(xié)同開發(fā)模式，提高知識和數(shù)據(jù)共享性，建立面向航空重型裝備制造企業(yè)的信息化體系。
2.1 航空重型裝備設計制造專家系統(tǒng)
在重型裝備設計中，工作壓力、高度、溫度等環(huán)境參數(shù)不同，設備零部件結構、性能參數(shù)也會隨之變化。對裝備的重量、價格、綜合性能等目標進行結構優(yōu)化設計。結合優(yōu)化設計理論、有限元分析驗證，構建重型裝備的設計與制造專家系統(tǒng)。同時，根據(jù)經(jīng)驗與常見故障，建立航空重型裝備故障分析專家系統(tǒng)，基于裝備的特種成形技術工藝專家系統(tǒng)。
2.2 重型裝備數(shù)字化設計與制造開發(fā)系統(tǒng)
數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)包括：裝備零部件三維實體造型，二維工程圖，裝備整機虛擬裝配圖，NC代碼生成；重型裝備關鍵零部件設計的強度、剛度、穩(wěn)定性、安全可靠有限元分析；溫度場、壓力場的仿真，快速冷卻仿真；高溫高壓下典型預應力鋼絲纏繞結構的優(yōu)化設計與動力學仿真、鋼絲蠕變和疲勞壽命分析；裝備的電子樣機設計。
2.3 重型裝備產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)
重型裝備產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理是實施數(shù)字化制造技術的重要環(huán)境，是其工程管理得數(shù)字化，以縮短產(chǎn)品研制時間、降低企業(yè)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量為總體目標。完成對重型裝備企業(yè)的項目管理、文檔管理、產(chǎn)品結構管理、工作流程管理、用戶權限管理等。實現(xiàn)業(yè)務重組，審批流程和工程申請，更改流程優(yōu)化管理，實現(xiàn)圖文檔的電子簽審、工程請求，變更流程的自動化。實現(xiàn)研發(fā)過程管理的可視化，加強知識管理。
2.4 特種裝備技術數(shù)據(jù)庫／知識庫系統(tǒng)
在安全整體保密的情況下，建立加工工藝數(shù)據(jù)庫／知識庫、裝備設計數(shù)據(jù)庫／知識庫。
2.5 與重型裝備研制相適應的4CP集成系統(tǒng)
建立集設計、工藝、生產(chǎn)、試驗及管理為一體的IT系統(tǒng)集成(CAD、CAM、CAPP、CAE與PDM系統(tǒng)集成)，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的工作，并通過PDM系統(tǒng)對4C系統(tǒng)產(chǎn)生的電子數(shù)據(jù)進行安全有效的全面管理。
2.6 企業(yè)信息化管理
建立企業(yè)MRPⅡ／MIS／ERP／OA的制造信息支持系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、科研生產(chǎn)任務和信息化技術的發(fā)展需要對企業(yè)的業(yè)務流程進行調(diào)整，達到信息化建設與業(yè)務流程優(yōu)化的同步與協(xié)調(diào)，引入并行工程(CE)概念，鞏固并深化項目成果。面向航空重型裝備制造業(yè)的信息化體系流程，如圖1所示。
圖1 航空重型裝備信息化體系流程圖
3 重型裝備制造企業(yè)的信息化平臺建設
結合航空某企業(yè)裝備制造的信息化建設應用案例，總結面向航空重型裝備信息化實施策略和關鍵技術如下，面向航空特種重型裝備制造的企業(yè)信息化開發(fā)集成體系，如圖2所示。
圖2 航空重型裝備開發(fā)體系集成框架圖
3.1 航空裝備企業(yè)信息化實施軟件配置
航空裝備企業(yè)建立相應的信息化系統(tǒng)和應用集成平臺，需實現(xiàn)CAD／CAM／CAE／CAPP／PDM／ES集成。CAD應采用大型結構三維實體建模軟件，如Catia，Ug，Pro／E等，而CAE軟件采用受力分析、應力應變場、熱力場及熱力耦合等工藝方面功能強大，二次開發(fā)性能好的軟件，如Msc．Marc，MSC．Patran，MSC．Nastran等。CAPP可以選用金葉CAPPFRAMEWORK，PDM可采用SmarTeam、Caxa V5、TeamCenter等軟件配置。后臺數(shù)據(jù)庫和知識庫選用中大規(guī)模關系數(shù)據(jù)庫管理軟件，如SQL server，Oracle等。
3.2 4CP集成系統(tǒng)模式及網(wǎng)絡環(huán)境
PDM系統(tǒng)是信息化系統(tǒng)的支撐平臺，支持多人、多種軟件、多種硬件平臺的操作，其運行實施的良好性直接影響到4CP集成系統(tǒng)。這也決定了它的運行環(huán)境較復雜，需要以分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡為支撐，需要配備高性能的數(shù)據(jù)庫服務器、電子倉庫服務器、應用服務器和PC客戶端；數(shù)據(jù)庫服務器(Oracle Server)、PDM(SmarTeam)服務器分別安裝PDM Server，每臺用戶端PC機上安裝和運PDM Client；建立采用客戶／服務器模式(C／S結構數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))等系統(tǒng)模式，實現(xiàn)PDM與應用系統(tǒng)CAX集成的良好運行。
該集成的運行環(huán)境包括：操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡環(huán)境、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、PDM管理系統(tǒng)、應用工具軟件等。構建應用平臺為：
(1)建立網(wǎng)絡環(huán)境。將參與PDM運行的所有計算機通過總線型局域網(wǎng)連成一個整體，需要網(wǎng)卡、集線器和網(wǎng)絡線等網(wǎng)絡配件以及網(wǎng)絡軟件。
(2)建立以操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫軟件為支撐的底層。
(3)建立以Web服務，應用服務為核心的服務層。
(4)建立以PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺，CAPP工藝設計平臺和CAD／CAM／CAE／ES數(shù)字化設計的應用組件層。
4 結 論
(1)面向航空特種重型裝備制造企業(yè)，提出了詳盡的信息化建設總體規(guī)劃體系。各功能模塊包括：航空重型裝備設計制造專家系統(tǒng)、重型裝備數(shù)字化設計與制造開發(fā)系統(tǒng)、重型裝備產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)、特種裝備技術數(shù)據(jù)庫，知識庫系統(tǒng)、與重型裝備研制相適應的4CP集成系統(tǒng)、企業(yè)信息化管理等。
(2)針對特種企業(yè)，探討了信息化實施策略及關鍵技術，提出了信息化實施集成框架、信息化實施軟件解決方案，建立了4CP／ES(CAD／CAM／CAPP／CAD，PDM／ES)集成系統(tǒng)模式及網(wǎng)絡環(huán)境。
(3)結合典型企業(yè)實施，該信息化解決方案和實施策略立足航空重型裝備企業(yè)需求，可有效改善了結構部件的強度和抗疲勞性能，提高設備使用壽命、減小設備體積和重量、降低加工制造的難度和成本，提高企業(yè)競爭力。對航空特種重型裝備制造企業(yè)的信息化實施和相關工作具有一定的指導意義。
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