圖1 基于復(fù)合材料構(gòu)建成形的數(shù)字化車間總體架構(gòu)

圖2 自適應(yīng)系統(tǒng)：a→e的協(xié)同控制加工

    在產(chǎn)品及零件制造活動中，制造工藝是利用加工設(shè)備、加工工具、人的技能等把原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善妨慵�的方法和過程，也是基于人的智力與體力勞動把設(shè)計(jì)圖樣及其技術(shù)要求轉(zhuǎn)變成實(shí)際產(chǎn)品的知識和能力先進(jìn)工藝與裝備是發(fā)展智能制造的根基

    在產(chǎn)品及零件制造活動中，制造工藝是利用加工設(shè)備、加工工具、人的技能等把原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善妨慵�的方法和過程，也是基于人的智力與體力勞動把設(shè)計(jì)圖樣及其技術(shù)要求轉(zhuǎn)變成實(shí)際產(chǎn)品的知識和能力；裝備是基于加工工藝原理實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件加工的設(shè)備，是制造工藝實(shí)現(xiàn)的載體。智能制造是工業(yè)化生產(chǎn)在經(jīng)歷了機(jī)械化、自動化發(fā)展的基礎(chǔ)上，在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的背景下繼續(xù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，形成以“動態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”為特征的先進(jìn)生產(chǎn)模式。

    傳統(tǒng)的機(jī)械化、自動化生產(chǎn)是通過加工設(shè)備延展了人的體力能力，智能化生產(chǎn)則是通過計(jì)算與通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等增強(qiáng)知識自動化能力，延展了人的智能處理能力。無論何種生產(chǎn)模式，產(chǎn)品零件的制造工藝是主線，依托工藝形成制造知識，將制造知識植入加工裝備或生產(chǎn)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)的前提條件，所以先進(jìn)工藝與裝備是實(shí)現(xiàn)智能制造的根基。基于產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字模型環(huán)境，工藝與裝備、通信與計(jì)算技術(shù)、知識工程與人工智能是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心基礎(chǔ)。在未來的產(chǎn)品制造過程中，制造數(shù)據(jù)、互聯(lián)互通、自主決策將成為生產(chǎn)活動的核心：制造數(shù)據(jù)是生產(chǎn)過程處理的基本對象，貫穿生產(chǎn)活動的整個(gè)過程；設(shè)備之間、設(shè)備與產(chǎn)品之間、數(shù)字空間和物理空間之間基于信息通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的傳遞；基于計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量傳遞與處理、物流傳輸與交換、作業(yè)流程的智能處理。

    在中航工業(yè)智能制造總體架構(gòu)的4個(gè)層次中，生產(chǎn)管理層、控制執(zhí)行層是工藝與裝備應(yīng)用的中心場所，它涉及到中航工業(yè)智能制造推進(jìn)計(jì)劃中建立智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)和集成自動化系統(tǒng)、智能工藝裝備研發(fā)平臺、工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用技術(shù)平臺、智能制造規(guī)范及驗(yàn)證平臺等重點(diǎn)任務(wù)，這些內(nèi)容也是中航工業(yè)制造所當(dāng)前和今后服務(wù)航空企業(yè)、推動智能制造在企業(yè)落地所要開展的主要工作。

智能車間和生產(chǎn)線是實(shí)施智能生產(chǎn)活動的主體

    中航工業(yè)智能制造集成模式是以產(chǎn)品生命周期和生產(chǎn)生命周期為主線進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的。基于系統(tǒng)工程思想，在產(chǎn)品策劃階段主要開展產(chǎn)品規(guī)劃、需求工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、快速原型等活動以形成數(shù)字和虛擬產(chǎn)品；通過開展協(xié)同制造工程，同期完成工廠、車間以及生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，形成數(shù)字和虛擬工廠；在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)階段，真實(shí)工廠開始運(yùn)行，通過供應(yīng)鏈、企業(yè)制造資源系統(tǒng)，建立產(chǎn)品生產(chǎn)的基本前提條件，具體的生產(chǎn)活動通過部署在智能車間和生產(chǎn)線上的智能制造執(zhí)行系統(tǒng)來進(jìn)行。智能制造執(zhí)行系統(tǒng)獲取和同步數(shù)字化工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過認(rèn)知技術(shù)系統(tǒng)支持智能化處理，通過多模態(tài)接口（集成、標(biāo)準(zhǔn)、交互）支持制造數(shù)據(jù)和物料的流動，實(shí)現(xiàn)車間和生產(chǎn)線層面的智能化生產(chǎn)。

    智能車間/生產(chǎn)線建設(shè)與運(yùn)行中涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：生產(chǎn)布局建模仿真與優(yōu)化、生產(chǎn)資源規(guī)劃與動態(tài)調(diào)度、對多源信息的全面和實(shí)時(shí)采集、多源信息在生產(chǎn)系統(tǒng)各要素間的動態(tài)通訊、基于實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)資源聚合和分析決策、數(shù)字量驅(qū)動的車間/生產(chǎn)線精準(zhǔn)運(yùn)行等關(guān)鍵技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)是賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)的重要組成部分，是建立自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和自優(yōu)化的生產(chǎn)系統(tǒng)的核心技術(shù)。制造所近年來在智能車間和生產(chǎn)線整體方案設(shè)計(jì)和實(shí)施方面開展了一些工作，復(fù)合材料構(gòu)件成形數(shù)字化車間是其中的一個(gè)實(shí)例。

    復(fù)合材料構(gòu)件成形數(shù)字化車間是制造所和中航復(fù)材共同承擔(dān)的國家發(fā)改委智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是將目前以人工作業(yè)（手工鋪放、激光定位、人工搬運(yùn)等）為主的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化生產(chǎn)方式，在現(xiàn)有熱壓罐、復(fù)雜型面掃描檢測設(shè)備基礎(chǔ)上，增加自動鋪帶機(jī)、自動鋪絲機(jī)、高速銑床等數(shù)控設(shè)備以及噴涂機(jī)器人，開發(fā)相應(yīng)的三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)和車間運(yùn)行管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化運(yùn)行。針對項(xiàng)目要求，制造所通過生產(chǎn)線建模與仿真，分析了生產(chǎn)瓶頸和物流路徑，建立了優(yōu)化的工藝流程，梳理出了車間數(shù)據(jù)的傳遞關(guān)系和處理方法，建立了數(shù)字化車間總體架構(gòu)（見圖1），搭建了復(fù)材車間數(shù)字化加工、多源數(shù)據(jù)采集、車間運(yùn)行管控、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通訊等基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境，形成了數(shù)字化車間的雛形。目前項(xiàng)目正在進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。

智能裝備是智能生產(chǎn)實(shí)施的保障

    智能裝備是在現(xiàn)有數(shù)控裝備所具備的數(shù)字控制能力基礎(chǔ)上，增強(qiáng)感知決策功能，提升制造裝備的智能處理能力。智能裝備是控制執(zhí)行層完成產(chǎn)品加工的基本場所，保障生產(chǎn)數(shù)據(jù)或指令的執(zhí)行和實(shí)施，完成產(chǎn)品的加工。

    智能裝備的整機(jī)結(jié)構(gòu)、功能部件、控制原理等都與工藝方法有關(guān)，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：工況的動態(tài)感知與信息采集、位置或狀態(tài)判定及誤差分析、基于工藝知識的決策處理技術(shù)等。不同工藝方法有其特有的工藝參數(shù)——加工目標(biāo)關(guān)系曲線和制造知識，這些工藝曲線和制造知識嵌入到智能裝備的控制系統(tǒng)中，支持基于工況的實(shí)時(shí)分析和決策處理。工程實(shí)現(xiàn)中，通過集成位置、力、熱、振動、視覺識別等傳感元件實(shí)現(xiàn)工件位置、幾何形狀、加工工況的實(shí)時(shí)采集，通過信號分析處理、位置誤差分析、運(yùn)動狀態(tài)分析等確定工況狀態(tài)、工作曲線等，在現(xiàn)有控制裝置上通過嵌入工藝參數(shù)——加工目標(biāo)關(guān)系決策規(guī)則、基于工藝知識的決策處理實(shí)現(xiàn)、基于加工工況的處理，控制系統(tǒng)按決策結(jié)果給出的工藝參數(shù)、針對工況的處理措施等驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

    制造所在為航空企業(yè)提供各類航空專用工藝裝備的基礎(chǔ)上，正在向智能工藝裝備轉(zhuǎn)型，自適應(yīng)加工系統(tǒng)、雙光束激光焊設(shè)備的研制應(yīng)用是兩個(gè)典型實(shí)例。

    自適應(yīng)加工系統(tǒng)是基于發(fā)動機(jī)大型復(fù)雜葉片加工需求而開發(fā)應(yīng)用的。葉片進(jìn)入數(shù)控加工階段時(shí)，通過葉身型面確定加工基準(zhǔn)，加工區(qū)也只是葉身型面上的一部分，必須對工件實(shí)際的定位誤差、型面誤差進(jìn)行補(bǔ)償后才能進(jìn)行加工。其中的關(guān)鍵技術(shù)是基于實(shí)測數(shù)據(jù)的模型重建與誤差補(bǔ)償處理方法和測量—調(diào)整—控制的集成。這種測量—調(diào)整—控制集成為一體加工系統(tǒng)也可以應(yīng)用到采用成形、焊接、機(jī)加工藝組合制造的大型整體結(jié)構(gòu)件中。

    雙光束激光焊是針對具有多曲面、變截面、夾層結(jié)構(gòu)帶筋整體壁板制造而開發(fā)的。蒙皮成形后，通過雙光束激光焊接工藝方法將加強(qiáng)筋焊接在蒙皮上形成帶筋整體壁板結(jié)構(gòu)，蒙皮、加強(qiáng)筋裝配時(shí)由于各工件的誤差導(dǎo)致工件定位相對位置不能按模型準(zhǔn)確定位，激光焊接頭一方面要跟隨實(shí)際的空間曲線形狀焊縫移動進(jìn)行焊接，另一方面又要同對側(cè)的另一束激光焊接頭保持同步，必須要實(shí)現(xiàn)焊縫軌跡的實(shí)時(shí)檢測和跟蹤移動，才能實(shí)現(xiàn)雙光束激光焊接。針對這種工藝需求，制造所研制開發(fā)了11軸多功能激光焊接設(shè)備，但目前采用人工示教方法實(shí)現(xiàn)實(shí)際焊縫的檢測跟蹤，誤差大、效率低，下一步將繼續(xù)突破機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間焊縫位置精準(zhǔn)識別和自適應(yīng)跟蹤控制，以更好地滿足新型結(jié)構(gòu)件制造的需求。

    制造所作為中航工業(yè)智能制造創(chuàng)新中心的依托單位之一，將從以下三個(gè)方面積極推進(jìn)中航工業(yè)智能制造推進(jìn)計(jì)劃的實(shí)施：第一，立足行業(yè)內(nèi)，通過國內(nèi)外合作，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)和集成自動化系統(tǒng)；第二，建立工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用研發(fā)平臺，針對企業(yè)需求開發(fā)各類機(jī)器人集成應(yīng)用系統(tǒng)；第三，建立智能工藝裝備研發(fā)平臺，為企業(yè)定制智能化的專用工藝裝備和高檔數(shù)控機(jī)床，并定制開發(fā)相應(yīng)的編程與仿真等軟件工具。

    制造所將以智能制造創(chuàng)新中心為平臺，著力突破智能制造關(guān)鍵技術(shù)，針對產(chǎn)品制造工藝凝練和應(yīng)用制造知識，為企業(yè)提供智能裝備、智能車間/生產(chǎn)線和生產(chǎn)單元的整體解決方案，并提供全生命周期的服務(wù)，推動智能制造在中航工業(yè)集團(tuán)落地并取得實(shí)效。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：突破智能裝備及生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)推動航空智能制造落地

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