图1复合材料桨叶智能制造生产线信息系统框架。
图2直升机机体结构总装机器人自动化装配。
新一代信息技术与制造业的深度融合,正在引发深远的产业变革,世界强国纷纷加大科技创新力度,基于赛博物理系统(CPS)的智能制造引领制造方式变革,全球制造产业竞争格局不断发生重大调整。牢牢抓住新一轮科技革命、产业变革与我国加快转变经济发展方式形成的历史性交汇,近年来,航空工业哈飞依据《中国制造》行动纲领,全面开展智能制造关键技术研究与探索。在数字化技术贯穿直升机整个制造过程的基础上,建立畅通的设计、制造、采购、客户集成协同平台,探索基于新一代信息技术兼顾“灵活、个性化制造”与产品工业化生产的先进模式,推进直升机关键部件智能化制造和智能生产线的实施。
数字化设计推动研发水平显著提升
哈飞作为国内唯一同时具有旋翼机和固定翼飞机研发能力和工程经验的航空企业,在新研型号中全面采用基于模型的定义,实现设计环境、信息传递条件与欧美航空强企相当,达成“异库存放、同步变化”数据共享,大大缩短了产品研制周期。同时,哈飞全面应用气动分析仿真、飞行仿真、载荷分布计算、有限元分析、液压控制仿真、电磁仿真等先进设计手段,掌握全机气动布局、部件气动力设计、全机气动特性分析、风洞试验技术、总体设计、飞行性能计算、飞行品质计算评估、动力学分析及优化、疲劳强度试验、损伤容限设计与验证、复合材料结构设计、适航验证等关键技术和信息化工具应用,在总体优化、先进翼型设计、直升机动力学分析、噪声设计分析、系统集成、航电综合等技术领域取得了历史性突破,使研发效率和水平得到显著提升。
信息化网络贯通制造集成应用平台
针对复合材料关键部件协同研制、敏捷制造需求,哈飞通过引进先进的数字化设计软件和复材制造设备,采用工艺过程模拟仿真、自动剪裁、激光投影、柔性工装、蜂窝材料超声波数控铣削、自动铺带、数控切边钻孔等先进技术,形成了数字化技术应用能力,打通了复合材料生产线从设计、工艺、固化、加工、检测到装配的数据流和业务流。通过行业专网和主干万兆的园区网络建设,构建复合材料构件数字化制造集成应用(产品设计数据管理、工艺设计与管理协同工作)平台,完成了多型号的工艺准备和研制工作,并实现与多家单位基于金航网的异地协同研制。正在逐步形成设计、材料、工艺一体化研发机制,贯通基于模型的全生命周期业务流程,实现机器人和数控设备在复合材料制造过程中的集成应用。
一体化管控打造复材桨叶智能生产线
为建设具有“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”特征的复合材料桨叶智能制造生产线,哈飞正以模型驱动的主、尾桨叶产品的设计、工艺与生产一体化研发为基础,以提高产品一次合格率为切入点,引入复合材料的先进生产模式、组织管理方式、制造系统和制造技术,并融入人工智能技术,着力构建由企业联盟(供应链)、智能企业、智能车间(生产线)和智能装备等4个层次组成的复合材料先进智能制造体系。在桨叶固化工序实现智能化,在预浸布下料、尾桨叶蒙皮铺敷、切钻镗孔、喷漆工序实现自动化,在固化、切钻镗孔、无损检测、静平衡、喷漆等工序间的零件转移实现机械化,在材料库、净化间、半成品库、故障隔离库和成品库以及加工、喷漆等工位实现物流信息的数字化采集和系统内管控。
复合材料桨叶智能制造生产线正在按照横向模型驱动的复合材料桨叶的设计、工艺、生产、检测一体化全生命周期业务流和数据流的贯通(如图1)以及纵向从企业联盟层到企业管理层、生产管理层、控制执行层之间工程与制造、组织与管理的集成管控两个维度展开。涉及设计与制造的协同、基于模型的设计与制造、智能制造过程管理、智能化企业运营管控、智能化专用制造装备等一系列关键技术,并在固化等业务过程开展智能制造技术与智能化设备的初步应用。
脉动式装配实现精益生产均衡高效
在装配流程,哈飞启动建设数字化、柔性化、自动化装配线,基于数字量协调的直升机自动化柔性装配、模块化操作精准设计技术,在线检测和测试技术、精益物料配送技术、大部件数字化对接技术、多自由度调姿定位技术、精准移动技术等关键技术,采用装配仿真、虚拟现实技术和并行工程实现装配过程优化,应用由柔性装配工装、模块化加工和检测单元、数控定位系统(包括机器人)、数字化检测系统、数字化移动系统等组成的柔性装配系统进行机体结构的自动化装配(如图2),并大量采用长寿命、自动化连接技术,构建柔性、数字化和自动化直升机装配生产线,实现长寿命直升机结构的高质量、高效率装配。
为转变传统飞机装配模式,哈飞按照“工程需要、技术成熟、途径畅通、现场可行”和精益思想原则,以流程化、模块化、标准化作业为基础,以信息化建设为载体,逐步提升运营管控能力,实现均衡生产,探索建立精益脉动装配线。通过全面考察价值流,创新流程设计,开展工艺流程优化,减少流动时间,进行装配线平衡;按照固有节拍、固定区域、固定装配作业,进行制造资源合理划分和组织,通过现场可视化、使用点放置等,提升生产效率;按照客户需求,满足适时、准时供货需求。整条生产线分工专业化,工作任务相对单一,实现装配作业标准化,生产效率较高,飞机的质量和性能稳定得到保证;支撑生产线的新工艺和新装备技术,加以自动化设备和先进的供给线,能够提升自动化程度;规范和拉动整个飞机生产供应链的协同,使装配线过程更加流畅,生产节拍均衡。
展望未来,航空工业哈飞将在国家“制造强国”的战略指引下,以打造新型航空装备为己任,进一步完善和优化现有制造体系。推动航空装备设计、工艺、生产和服务的数字化、网络化和智能化,广泛普及基于新一代智能装备的新型生产组织方式,全面开展支持智能制造的研发过程协同和一体化运营管控。实现基于赛博物理系统的人员、系统、资源和业务流程的纵向和横向集成,加速构建航空装备智能制造产业新体系。助力中国航空工业抢占新一轮产业竞争制高点,打造国际竞争新优势,为中国制造向中国创造转变、实现中国制造由大变强的历史跨越贡献力量。