航空智能工厂的基本特征与框架体系.pdf

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1、航空智能工厂的基本特征与框架体系BasicCha髓cte赫趾dF删㈣rk0ftheln纠UgentFactoryiIlA订alionhId咖中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司杜宝瑞王勃赵璐周元莉杜宝瑞中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司副总工程师。研究员级高级工程师，硕士研究生导师。1992年毕业于北京航空航天大学飞行器制造工程专业，长期从事数字化制造技术研究与应用工作。主持、参与多项国家863计划．国家科技支撑计划和国防基础科研项目。发表论文10余篇。航空工业处于制造业的尖端，目前呈现出多学科、边缘性、尖端性等特点。全新的航空工业采用

2、先进生产模式、先进制造系统、先进制造技26航空制造技术·2015年第8期智能制造是以智能加工与装配为核心的，同时覆盖面向智能加工与装配的设计、服务及管理等多个环节。智能工厂中的全部活动大致可以从产品设计、生产制造及供应链3个维度来描述。在这些维度中。如果所有的活动均能在赛博空间中得到充分的数据支持、过程优化与验证。同时在物理系统中能够实时地执行活动并与赛博空间进行深度交互，这样的工厂可称为智能工厂oDoI：10．16080／i．issnl671-833x．2015．08．026术和先进组织管理方式，其主要特征和主要途径是加工过程的精密化、

3、快速化，自动化技术的柔性化，以及整个制造过程的网络化、智能化。为了顺应飞机等武器装备制造业的发展趋势，满足未来国防军事的需求，长寿命、高可靠性和短周期已成为航空产品研发的基本指标。在此形势下，传统的航空制造企业组织模式与制造方法已难以满足航空工业发展的需求。近年来，随着德国工业4．0等与智能制造相关的概念被提出，各发达国家均把智能制造作为促进本国武器装备制造业创新发展的重要途径。智能工厂(图1)是智能制造生态系统的核心，也是未来智能制造基础设施中的关键组成部分。在智能工厂中，赛博物理系统将人、数据、资源进行深入融合，使产品的制造过程得以全

4、面优化，真正实现高能效、高柔性的智能制造。目前，西门子、戴姆勒、博世等著名的德国企业已投入巨资进行研发。美国GE公司也将在近年内投人15亿美金，用于工业互联网的开发，旨在实现数字世界与机器世界在制造过程中的深度融合。在航空领域，波音、洛克希德·马丁等世界先进航空制造企业在实施新的战略规划时，也高度重视智能工厂的建设，认为其代表着未来航空工业制造技术和制造产业发展的新方向。反观我国的航空制造企业，尽管在数字化、信息化等方面已取得了长足的进步，但仍存在大量的问题亟待解决。首先，企业的数字化、自动化水平仍然较低。这是导致产品质量不稳定，生产效率

5、难以提升的重要原因。例如，波音公司早在20世纪90年代就已经提出MBD技术，并实现了全制造过程的数字化，而我国航空企业目前仅在产品设计阶段实现基于三维模型的产品定义，但在工艺设计、产品制造等环节仍主要沿用此前的纸质工艺规程。其次，各航空企业缺乏高效的生产流程管理手段。飞机产品的制造流程非常复杂，目前，对制造流程的管控仍然主要依赖于经验丰富的工人。这种工作方式难以综合考虑制造过程中的各种因素，难以保证生产线的流畅运转，容易导致各生产环节之间的产能失衡等问题。以数控机床的使用为例，我国企业虽拥有当今世界上最先进的设备，也已掌握相当比例的先进操

6、作技术，但设备综合利用率不足世界水平的一半，生产效率更低。最后，对制造过程无法形成闭环的管控。目前，各航空企业对加工过程中的具体数据并不能充分地利用，从车间、生产线中采集的数据大多仅用于显示与统计，而对于加工设备的实时数据则尚未做到实时采集，更未能实现基于这些数据的制造过程分析与优化。上述问题在传统制造工厂中借助传统制造水平的提升难以突破，必须在智能制造思路的引领下，通过智能工厂的研究与建设加以解决。智能工厂的基本特征智能制造是以智能加工与装配为核心的，同时覆盖面向智能加工与装配的设计、服务及管理等多个环节。智能工厂中的全部活动大致可以从

7、产品设计、生产制造及供应链3个维度来描述。在这些维度中，如果所有的活动均能在赛博空间中得到充分的数据支持、过程优化与验证，同时在物理系统中能够实时地执行活动并与赛博空间进行深度交互，这样的工厂可称为智能工厂。与传统的数字化工厂、自动化工厂相比，智能工厂具备以下几个突出特征。1制造系统的集成化作为一个高层级的智能制造系统，智能工厂表现出鲜明的系统工程属性，具有自循环特性的各技术环节与单元按照功能需求组成不同规模、不同层级的系统，系统内的所有元素均是相互关联的。在智能工厂中，制造系统的集成主要体现在以下方面。首先是企业数字化平台的集成。在智能

8、工厂中，产品设计、工艺设计、工装设计与制造、零部件加工与装配、检测等各制造环节均是数字化的，各环节所需的软件系统均集成在同一数字化平台中，使整个制造流程完全基于单一模型驱动，避免了在制图1智能