孟慶華 周娟

摘要：我國(guó)航空工業(yè)復(fù)合材料車間目前在數(shù)字化、信息化方面仍處在較低水平，本文分析了航空工業(yè)復(fù)合材料車間數(shù)字化管控的難點(diǎn)，總結(jié)了航空工業(yè)復(fù)合材料車間數(shù)字化管控的主要技術(shù)要求，并提出了航空工業(yè)復(fù)合材料車間數(shù)字化管控的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：航空工業(yè);復(fù)合材料車間;數(shù)字化管控

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0219-02

0 引言

復(fù)合材料用量已經(jīng)成為航空結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志，復(fù)合材料技術(shù)已成為影響飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-3]。我國(guó)航空工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，已經(jīng)掌握了大量先進(jìn)復(fù)合材料零件制造技術(shù)，但是與國(guó)際先進(jìn)復(fù)合材料制造水平相比，我國(guó)航空工業(yè)復(fù)合材料零件制造技術(shù)在自動(dòng)化、數(shù)字化制造方面與國(guó)際先進(jìn)水平尚存在較大差距。

1 航空工業(yè)復(fù)合材料車間數(shù)字化管控的目的和意義

我國(guó)航空工業(yè)復(fù)合材料車間（以下簡(jiǎn)稱“復(fù)材車間”）現(xiàn)有任務(wù)特點(diǎn)為“多品種、小批量”，車間管控主要采用人工方式，存在管理效率低、設(shè)備利用率低、現(xiàn)場(chǎng)管理混亂、能耗高等問(wèn)題。隨著我國(guó)航空工業(yè)快速發(fā)展，復(fù)材零件產(chǎn)能將大幅增加，復(fù)材車間任務(wù)將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嗥贩N、大批量”。復(fù)材車間傳統(tǒng)管控模式將無(wú)法滿足要求，嚴(yán)重制約航空工業(yè)復(fù)合材料發(fā)展。采用復(fù)材車間的數(shù)字化管控，能夠大幅提高車間生產(chǎn)效率、生產(chǎn)產(chǎn)能及零件制造質(zhì)量，故本文對(duì)復(fù)材車間數(shù)字化管控方案進(jìn)行初步研究分析。

2 復(fù)材車間數(shù)字化管控的難點(diǎn)分析

復(fù)材車間因其獨(dú)特的制造特點(diǎn)，其數(shù)字化管控難點(diǎn)與數(shù)控車間、裝配車間等差異較大，復(fù)材車間數(shù)字化管控的難點(diǎn)主要如下：

（1）復(fù)材車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類工序多且工序差別內(nèi)容大，實(shí)現(xiàn)各類工序的數(shù)字化管控難度大;（2）車間內(nèi)物流涉及種類多，物流量大，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流遠(yuǎn)程監(jiān)控、高效調(diào)度的難度較大;（3）復(fù)材車間管理部門較多，對(duì)各部門進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化管理難度較大;（4）車間動(dòng)力使用種類多、消耗量大，對(duì)各類動(dòng)力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程集中控制難度較大。

3 復(fù)材車間數(shù)字化管控的主要方案分析

復(fù)材車間進(jìn)行數(shù)字化管控模式建設(shè)，需考慮復(fù)材車間特點(diǎn)和數(shù)字化管控難點(diǎn)，并充分利用數(shù)字化技術(shù)、信息化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等，對(duì)復(fù)材車間零件信息、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、物流系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)字化管控，主要方案如下：

3.1 零件信息的數(shù)字化

零件采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以三維數(shù)模形式在車間進(jìn)行信息傳遞，是實(shí)現(xiàn)復(fù)材零件數(shù)字化制造的基礎(chǔ)條件。零件信息的數(shù)字化主要是采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，復(fù)材零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)是復(fù)材車間數(shù)字化運(yùn)行的基礎(chǔ)。復(fù)材車間在零件數(shù)字化模型基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的分解、設(shè)計(jì)、仿真，指導(dǎo)車間制造。

（1）復(fù)材車間需要使用的CAD軟件主要為CATIA、FiberSim等。（2）鋪疊和固化是影響復(fù)材零件質(zhì)量、生產(chǎn)效率的核心工序，復(fù)材車間主要使用的CAE軟件為自動(dòng)鋪帶仿真軟件、固化仿真軟件等。

3.2 車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的數(shù)字化管控

3.2.1 手工工序方面

鑒于復(fù)材車間手工工序自身的特殊性，此類工序無(wú)法完全做到數(shù)字化，需利用外部數(shù)字化輔助手段對(duì)手工工序進(jìn)行數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)制造信息、管理信息等的現(xiàn)場(chǎng)查看，以及工序現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)、緊急情況的實(shí)時(shí)上傳。根據(jù)現(xiàn)有信息技術(shù)，車間手工工序數(shù)字化管控主要措施包括：

（1）根據(jù)工位數(shù)量、工作狀況設(shè)置一定的電子看板，看板上能夠查看生產(chǎn)計(jì)劃、派工、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等信息;（2）設(shè)置一定數(shù)量現(xiàn)場(chǎng)工作計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)查看零件數(shù)模信息、制造工藝信息等，并能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)、緊急情況、人員動(dòng)態(tài)等信息及時(shí)輸入至計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)字化系統(tǒng)中;（3）設(shè)置工序生產(chǎn)監(jiān)控，對(duì)手工工序現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

3.2.2 數(shù)控工序方面

復(fù)材車間數(shù)控工序的管控是以數(shù)控設(shè)備為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控工序的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等。復(fù)材車間數(shù)控工序的種類較多，包括自動(dòng)鋪放工序、數(shù)控加工工序、固化工序、檢測(cè)工序等，不同數(shù)控工序的數(shù)字化管控方案不同，需要專門研究并形成可行的集成方案。

3.3 車間物流系統(tǒng)的數(shù)字化管控

采用數(shù)字化、自動(dòng)化物流工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件、工裝、運(yùn)輸工具等車間物流情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。

3.3.1 運(yùn)輸方式的數(shù)字化改造

復(fù)材車間物流主要包括零件物流、工裝物流和配套物資物流等，各類物流差異較大。針對(duì)復(fù)材車間各類物流，不同自動(dòng)化運(yùn)輸方式的適用性分析如下：

（1）AGV車能夠通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引裝置，沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑運(yùn)動(dòng)行駛，特別適合于復(fù)材車間大型復(fù)材零件、工裝的運(yùn)輸;（2）智能吊掛機(jī)構(gòu)運(yùn)輸：上部吊掛機(jī)構(gòu)根據(jù)復(fù)材車間制造工藝路徑，在車間上部設(shè)置軌道，貫通車間各個(gè)工序，適合于零件種類和工藝相對(duì)固定的中小型零件制造車間。

3.3.2 復(fù)材車間物流數(shù)字化管控方案

為實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)材車間內(nèi)物流數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，目前可以采用的技術(shù)主要包括RFID 技術(shù)和光學(xué)條碼掃描技術(shù)。車間各類物流監(jiān)控手段采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集并傳輸反饋至物流管理軟件系統(tǒng)。在物流管理軟件系統(tǒng)中能夠?qū)崟r(shí)查看零件、工裝、運(yùn)輸工具等的位置、流轉(zhuǎn)信息，并能夠統(tǒng)計(jì)分析物流狀況、流轉(zhuǎn)效率、暢通度等。通過(guò)數(shù)字化、自動(dòng)化運(yùn)輸工具，以及精確物流監(jiān)控手段，共同構(gòu)建復(fù)材車間物流數(shù)字化管控方案。

3.4 車間生產(chǎn)管理的數(shù)字化

為實(shí)現(xiàn)復(fù)材車間數(shù)字化管控，需要將數(shù)字化、信息化軟件系統(tǒng)融入到復(fù)材車間，主要包括：ERP、MES、PDM、DNC/MDC等。數(shù)字化管理軟件系統(tǒng)是復(fù)材車間數(shù)字化管控的核心和靈魂，也是決定復(fù)材車間數(shù)字化管控成功與否的關(guān)鍵。

通過(guò)數(shù)字化管理軟件、硬件系統(tǒng)與車間零件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、物流系統(tǒng)等互聯(lián)互通，形成一個(gè)覆蓋車間各層面、高度聯(lián)通的數(shù)字化管控信息系統(tǒng)。

3.5 動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)字化管控

復(fù)材車間生產(chǎn)涉及潔凈生產(chǎn)、熱加工工藝、冷加工工等，車行間動(dòng)力需求種類多、用量大。為實(shí)現(xiàn)車間數(shù)字化管控，需要對(duì)車間動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化管控，主要如下：

（1）暖通系統(tǒng)：包括冷熱媒系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)、通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制;（2）氮?dú)狻嚎s空氣系統(tǒng)：對(duì)空壓機(jī)、制氮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制，并對(duì)使用氮?dú)?、壓縮空氣的工藝設(shè)備終端進(jìn)行壓力、流量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制;（3）循環(huán)冷卻水：對(duì)制冷設(shè)備、水泵等設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制，并對(duì)使用循環(huán)冷卻水的工藝設(shè)備終端進(jìn)行壓力、流量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制;（4）電氣：對(duì)車間內(nèi)工藝設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備的用電信息進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了復(fù)材車間特點(diǎn)、數(shù)字化管控要求，研究分析了復(fù)合材料車間各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控的方案，能夠?yàn)閺?fù)材車間數(shù)字化管控建設(shè)提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉代軍，陳亞莉.先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用[J].材料工程，2008（l1）：194-198.

[2] 杜善義.先進(jìn)復(fù)合材料與航空航天[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2007，24（1）：1-12.

[3] 杜善義.復(fù)合材料和航空航天[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2008，22（1）：1-7.