航空制造智能化技術(shù)與裝備的研究

高 溦

（中國(guó)航空制造技術(shù)研究院，北京 100024）

現(xiàn)如今，智能制造已經(jīng)是我國(guó)制造行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，要想實(shí)現(xiàn)航空制造業(yè)的智能化，其基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而數(shù)字化則是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。因而，航空制造業(yè)的智能化發(fā)展必須要在數(shù)字化車間、數(shù)字化制造的基礎(chǔ)上，通過(guò)“智能數(shù)控加工”與“智能優(yōu)化”等方法，逐步展開關(guān)于航空智能化制造的關(guān)鍵性技術(shù)的研究，最終突破我國(guó)目前的航空制造業(yè)智能化技術(shù)。

1 智能制造的概念與其必要性

智能化制造是信息化與工業(yè)化深度融合的最終產(chǎn)物，其將最新的數(shù)字化信息技術(shù)作為基礎(chǔ)，并結(jié)合新型材料與新的制造工藝，同時(shí)貫穿產(chǎn)品管理、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。它具有精準(zhǔn)的控制自執(zhí)行、信息的深度自感知與優(yōu)化自決策等各項(xiàng)功能，是先進(jìn)的制造過(guò)程、制造模式與制造系統(tǒng)的統(tǒng)稱。在對(duì)航空制造業(yè)采用智能化制造技術(shù)的過(guò)程中，運(yùn)用智能化控制系統(tǒng)與多功能的傳感器，可以使設(shè)備進(jìn)行自分析、自感知及自決策等智能化活動(dòng)，大大縮減了設(shè)備反映問(wèn)題的時(shí)間，同時(shí)能夠?qū)ιa(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋并優(yōu)化，有效提升了航空行業(yè)甚至其他行業(yè)的生產(chǎn)效率[1]。

伴隨航空產(chǎn)品的快速發(fā)展，航空產(chǎn)品的相關(guān)制造技術(shù)也在逐漸進(jìn)步與變革。為滿足航空企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品逐步發(fā)展的更高層次要求，必須積極高效地開發(fā)或引進(jìn)新興技術(shù)。而智能化制造技術(shù)指的是機(jī)械設(shè)備能夠自主控制與驅(qū)動(dòng)設(shè)備原件，能通過(guò)自動(dòng)化對(duì)機(jī)械生產(chǎn)的系統(tǒng)加以控制，顯然這是機(jī)械制造相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的必然方向。

2 我國(guó)航空制造業(yè)中所用的關(guān)鍵性智能技術(shù)

2.1 通過(guò)APS系統(tǒng)達(dá)成自動(dòng)排產(chǎn)

APS系統(tǒng)，即進(jìn)階式生產(chǎn)規(guī)劃與排程系統(tǒng)，主要采用先進(jìn)的信息科技與規(guī)劃技術(shù)，依據(jù)產(chǎn)品的設(shè)備、工序、物料、人員、加工路線及交貨時(shí)間等方面來(lái)自動(dòng)編排生成高效的生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)，對(duì)全部資源都具有實(shí)時(shí)的、同步的模擬能力與約束能力。值得一提的是，倘若將生產(chǎn)設(shè)備、硬件及現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)與APS系統(tǒng)進(jìn)行集成，便能發(fā)揮出APS系統(tǒng)的最大效能[2]。

2.2 采用工藝組成技術(shù)來(lái)優(yōu)化工藝生產(chǎn)過(guò)程

在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、產(chǎn)品制造工藝及生產(chǎn)資源等基礎(chǔ)上，對(duì)零件的制造工藝加以重點(diǎn)研究，逐漸優(yōu)化制造資源與工藝路線，同時(shí)將成組技術(shù)作為基礎(chǔ)，逐步形成規(guī)范的工裝結(jié)構(gòu)、工藝規(guī)程等，進(jìn)而滿足航空制造業(yè)中生產(chǎn)管理、操作管理與過(guò)程控制的多種不同層次，形成合理優(yōu)化的制造資源與生產(chǎn)工藝的配置，以適應(yīng)企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，主要強(qiáng)調(diào)工藝的可用性。

2.3 通過(guò)自動(dòng)交換式工作臺(tái)技術(shù)快速完成工件裝卸

為有效適應(yīng)智能化生產(chǎn)線高效率的要求，企業(yè)可配置交換式的工作臺(tái)，將原先的數(shù)控設(shè)備等都改造為可交換的工作臺(tái)形式，實(shí)現(xiàn)當(dāng)某一機(jī)床在這個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行加工的同時(shí)，能夠完成另一工作臺(tái)上零件的裝夾工作，讓機(jī)床加工的工作時(shí)間與工件裝夾所用時(shí)間相重合，大大縮短機(jī)床進(jìn)行輔助工作的時(shí)間，更提高了加工的工作效率。

智能化生產(chǎn)線的單機(jī)操作可使用兩個(gè)交換式工作臺(tái)，多機(jī)共同操作期間可使用多個(gè)交換式工作臺(tái)。不難看出，交換式工作臺(tái)所用配置節(jié)省了大量的復(fù)雜零件在裝卸定位夾緊過(guò)程中的輔助時(shí)間，也讓零件所需加工周期得以縮短[3]。

2.4 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控

除以上幾點(diǎn)外，我們還可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料數(shù)據(jù)、工具數(shù)據(jù)、生產(chǎn)線中的設(shè)備數(shù)據(jù)及質(zhì)量數(shù)據(jù)等方面的采集、計(jì)劃、監(jiān)控與反饋，同時(shí)對(duì)所獲取的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)加以及時(shí)、有效的全面分析。

3 智能化發(fā)展中的問(wèn)題及相關(guān)建議

3.1 未能充分意識(shí)到智能大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值

在航空企業(yè)進(jìn)行智能化制造的過(guò)程中往往會(huì)伴隨大量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，若企業(yè)相關(guān)部門能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，挖掘其中的價(jià)值，便能輕松優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)服務(wù)與商業(yè)管理模式，進(jìn)而給企業(yè)智能化發(fā)展帶來(lái)重要的核心驅(qū)動(dòng)力。然而，這些大量數(shù)據(jù)是由物聯(lián)設(shè)備、外部的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、傳感器及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)組成，時(shí)常因形式多樣、數(shù)量龐大及來(lái)源不集中等問(wèn)題而難以被高效采用[3]。更值得注意的是，我國(guó)在大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面剛剛起步，仍舊存在缺乏專業(yè)化數(shù)據(jù)服務(wù)、缺少數(shù)據(jù)整合的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及核心技術(shù)體系不夠完善等諸多問(wèn)題。

3.2 國(guó)家自主創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)，主要依靠外來(lái)的核心技術(shù)

如今我國(guó)在航空制造業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力還不夠強(qiáng)，所擁有的核心技術(shù)及生產(chǎn)出的產(chǎn)品在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力還不夠強(qiáng)大，因此，在實(shí)現(xiàn)智能化制造的過(guò)程中總依賴于其他國(guó)家的先進(jìn)設(shè)備與關(guān)鍵零件、材料等。另外，在智能化嵌入式軟件、智能控制技術(shù)及在線分析技術(shù)等新興技術(shù)上的自給率不足，對(duì)外依賴性極高。這些高新設(shè)備與核心技術(shù)的缺乏，不僅加大了我國(guó)航空制造業(yè)在進(jìn)行智能化制造時(shí)的難度，更增加了企業(yè)建設(shè)成本。

3.3 創(chuàng)建數(shù)字化服務(wù)中心，強(qiáng)化對(duì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

要強(qiáng)化航空企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，一方面，應(yīng)將實(shí)際應(yīng)用與推廣相結(jié)合，融合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，國(guó)家主導(dǎo)建設(shè)大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，指引更多企業(yè)重視大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，逐步促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)與大數(shù)據(jù)協(xié)同發(fā)展的創(chuàng)新模式，發(fā)揮大數(shù)據(jù)固有的價(jià)值；另一方面，國(guó)家應(yīng)創(chuàng)建數(shù)字化服務(wù)中心，首先提高人才對(duì)大數(shù)據(jù)的運(yùn)算能力，其次進(jìn)一步研究數(shù)據(jù)集成平臺(tái)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，還需對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)、銷售周期進(jìn)行合理規(guī)劃，通過(guò)管理、技術(shù)與安全等多重維度來(lái)梳理總結(jié)大數(shù)據(jù)的使用標(biāo)準(zhǔn)，不斷健全大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系。

3.4 建立創(chuàng)新化科研基地，深化產(chǎn)教研結(jié)合

為適應(yīng)當(dāng)今航空制造業(yè)智能化發(fā)展的良好趨勢(shì)，相關(guān)部門應(yīng)自主調(diào)整好科研體系。企業(yè)與學(xué)校都應(yīng)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)彼此間的合作。企業(yè)提供資金與實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)校設(shè)置科學(xué)合理的課程，并大力培育創(chuàng)新型專業(yè)人才，而后將人才與技術(shù)帶入企業(yè)，結(jié)合實(shí)踐平臺(tái)，發(fā)揮技術(shù)與人才的價(jià)值。此外，高校還應(yīng)結(jié)合社會(huì)發(fā)展的實(shí)際要求，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)教融合，培養(yǎng)出目前急需的高層次專業(yè)人才，提高技術(shù)與產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)智能化制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

在智能化時(shí)代，航空制造業(yè)要想快速發(fā)展，并提升在國(guó)際上的核心競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)家及相關(guān)部門必須大力實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)及新型裝備智能化。在發(fā)展的同時(shí)也應(yīng)注意所產(chǎn)生的問(wèn)題，結(jié)合理論并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)問(wèn)題加以有效解決，不斷推動(dòng)航空業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，最終促進(jìn)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。