基于面向智能制造的航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造研究

摘 要

智能制造指的是以信息化、網(wǎng)絡化及數(shù)字化技術為基礎，將人工智能引入到制造理論和生產(chǎn)實踐的一種智能化產(chǎn)品制造技術。智能制造已成為制造業(yè)優(yōu)化升級的關鍵所在，本文面向智能制造技術，從數(shù)據(jù)集成、智能加工技術、基于COE的組織協(xié)同及過程協(xié)同等幾個方面研究了航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造的相關問題。

【關鍵詞】智能制造 航空發(fā)動機 設計與制造 協(xié)同

相較于發(fā)達國家來說，國內航空發(fā)動機制造業(yè)的發(fā)展還較為落后，其中設計與制造的分離是重要的問題表現(xiàn)。在工業(yè)4.0時代，智能制造成為了制造業(yè)的重要變革和發(fā)展趨勢，對于航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造來說，在智能制造發(fā)展的背景下，揭示其協(xié)同設計制造內涵及過程對于促進航空發(fā)動機制造業(yè)的發(fā)展有著積極的意義?；谝陨?，本文簡要探討了基于面向智能制造的航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造的相關問題。

1 基于模型的數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)集成是航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造實現(xiàn)的基礎，統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)字化定義（MBD）是實現(xiàn)智能制造的基礎。MBD以基于特征定義的三維模型為核心，實現(xiàn)設計、制造、工藝等各個部門信息的集成，統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，以此來作為航空發(fā)動機設計與制造協(xié)同的信息載體。MBD模型中包括幾何模型和標注信息兩類數(shù)據(jù)，其中通過CAD系統(tǒng)管理幾何模型，通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來存儲和管理非幾何信息，從而解決航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造的數(shù)據(jù)集成問題，具體來說如下：

1.1 設計與設計協(xié)同過程

航空發(fā)動機被譽為“工業(yè)之花”，其產(chǎn)品結構復雜，制造難度大，需要分布在各地的設計所與制造廠高度的協(xié)同，才能滿足當前先進航空發(fā)動機研制需要，這是傳統(tǒng)二維設計模式難以滿足的。以MBD模型為基礎，航空發(fā)動機公司可以建立結構領域、熱力領域、強度領域等多領域的仿真環(huán)境，通過多學科設計技術的優(yōu)化和綜合來實現(xiàn)各個專業(yè)設計的協(xié)同與并行。

1.2 設計與制造協(xié)同過程

設計與制造協(xié)同本質上就是設計與工藝的協(xié)同，即對航空發(fā)動機產(chǎn)品設計進行工藝性審查和制造可行性分析，對于生產(chǎn)準備周期長的零件來說，可以提前進行毛坯設計、工裝設計等工藝準備工作?；贛BD的單一數(shù)據(jù)源能夠保證工藝準備和工藝設計在同一數(shù)據(jù)模型下進行，從而實現(xiàn)設計與制造的協(xié)同。

1.3 制造與制造協(xié)同

航空發(fā)動機制造環(huán)節(jié)復雜，這些制造活動之間需要進行數(shù)據(jù)的交互與集成，MBD能夠為裝配工藝設計、工裝設計及數(shù)控加工等環(huán)節(jié)提供單一數(shù)據(jù)源，從而實現(xiàn)各個制造環(huán)節(jié)及過程之間的協(xié)同。

2 智能加工技術

新一代航空發(fā)動機以輕量化、高性能薄壁整體結構為主，其結構復雜，雖然滿足了高性能要求，但對應力集中及制造偏差也更為敏感，這就對航空發(fā)動機的制造工藝提出了更高的要求。因此，需要采用智能加工技術來實現(xiàn)機床、刀具、工件及工裝的協(xié)同加工。

3 基于COE的組織協(xié)同

實現(xiàn)協(xié)同研制的組織協(xié)同是實現(xiàn)智能化航空發(fā)動機協(xié)同設計制造的前提條件。COE（即Centerof Excellence，意為“卓越研究基地”。是航空發(fā)動機關鍵技術的專業(yè)化研制中心。基于COE模式能夠實現(xiàn)航空發(fā)動機設計與制造的組織集成，從而實現(xiàn)組織協(xié)同。以COE為基礎形成協(xié)同平臺，通過對產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的組織實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和管理控制，從而形成設計所與制造廠以MBD模型技術的應用為基礎的協(xié)同研制。

利用項目牽引、總裝拉動及總體設計等來實現(xiàn)航空發(fā)動機的協(xié)同研發(fā)，在整個平臺環(huán)境中，依托于協(xié)同研發(fā)平臺中的協(xié)同社區(qū)，異地總體設計人員、工藝人員及制造人員等能夠實現(xiàn)MBD模型單一數(shù)據(jù)源的共享和可視化協(xié)作，通過協(xié)同異地管理保證異構平臺用戶在統(tǒng)一流程中執(zhí)行相關工作。

4 產(chǎn)品BOM驅動下的過程協(xié)同

航空發(fā)動機的協(xié)同設計與制造是一個復雜的過程，涉及到多個學科領域的設計制造活動，以BOM為驅動，將PLM、MES、ERP系統(tǒng)進行縱向集成，打通從工藝到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)鏈路，支持結構化工藝數(shù)據(jù)向生產(chǎn)管理過程的延伸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源的單一管理、車間自動獲取工藝信息數(shù)據(jù)、生產(chǎn)加工任務、智能排產(chǎn)等車間現(xiàn)場數(shù)字化管理功能。通過對各系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整理分析，形成知識，最終實現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化。

通過BOM數(shù)據(jù)的流動，將PLM、ERP、MES、MRO、DNC等系統(tǒng)連接起來，形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡化的企業(yè)經(jīng)營管理信息平臺；通過引進智能裝備，在生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)關鍵控制點實現(xiàn)狀態(tài)感知和自主決策功能，實現(xiàn)航空發(fā)動機領域關鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化、智能化制造技術應用。

4.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享區(qū)的建立

以成熟度模型為基礎，設計部門將產(chǎn)品數(shù)據(jù)定期發(fā)送到共享區(qū)中，主要包括航空發(fā)動機外形、結構等的CAD模型和技術文件，通過這些數(shù)據(jù)來為制造人員的生產(chǎn)準備工作提供依據(jù)，提升準備效率。

4.2 協(xié)同數(shù)據(jù)共享

與工藝、制造相關的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的定義、統(tǒng)一的平臺、統(tǒng)一的編碼實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，從而最大限度的縮短的產(chǎn)品研制周期。

5 結論

綜上所述，航空發(fā)動機的設計與制造存在著眾多協(xié)同優(yōu)化的問題，這種協(xié)同不僅僅指的是設計與制造之間的協(xié)同，同時也包括人、物料、設備及計算機之間的協(xié)同，在整個物理世界與信息時間及二者之間都存在協(xié)同過程，是對智能技術、信息技術及制造技術的整合、深度應用。在智能制造技術不斷推廣和實施的背景下，航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造必將得到進一步的發(fā)展和應用。

參考文獻

[1]陳冰.面向智能制造的航空發(fā)動機協(xié)同設計與制造[J].航空制造技術，2016（05）：16-21.

[2]單繼東，王昭陽，陳賀利，曹增義.航空發(fā)動機智能制造生產(chǎn)線構建技術研究[J]. 航空制造技術，2016（16）：52-56.

[3]汪偉.基于面向對象Petri網(wǎng)的航空發(fā)動機協(xié)同設計過程動態(tài)建模方法研究[A].中國航空學會.2015年第二屆中國航空科學技術大會論文集[C].中國航空學會，2015：8.

作者簡介

陸波（1975-），男，貴州省鎮(zhèn)遠縣人。研究生學歷?，F(xiàn)為貴陽市黎陽公司工程師。研究方向為軟件工程。

作者單位

貴陽市黎陽公司 貴州省貴陽市 550014