探討航天復雜產品數字化生產線的研發與實踐

祖清明

摘要：本文介紹了我國航天產業目前的發展需求與相應的航天復雜產品生產現狀，結合這一背景論述了其數字化生產線的研發必要性，從資源層、平臺層、應用服務層、協同工作層四個方面分析了研發數字化生產線的要點，并說明了數字化生產線的實踐應用流程，希望有助于這類生產線的研發與應用。

關鍵詞：航天復雜產品;數字化生產線;研發;實踐

我國的航天產業在近些年發展非常快，因此對航天產品的需求量也越來越大。但是航天產品往往具有非常高的復雜性、專業性、獨有性、高精性，所以有很高的生產要求，傳統生產線往往不能兼顧產量需求和質量需求，因此急需進行專門的數字化生產線建設。

1.針對航天復雜產品的數字化生產線研發

1.1數字化生產線的資源層研發

數字化生產線是以底層的制造數據庫為支持的統一平臺，該平臺不僅囊括了業務流程，也囊括了全部的管理信息和企業產品數據。因此在進行資源層研發建設時，應優先設立制造資源的基礎數據庫，以對生產線上的制造資源信息進行統一管理，為后續的信息積累、信息共享和信息重復使用提供保障。此外，還需進行接口建設，具體來說，資源層應設立集成接口以銜接其他系統，進而達到對資源進行合理調度和優化配置的目的。由于囊括的基礎數據庫相當多，所以在建設資源層時需要對基礎數據庫進行分類整理，其中標準加工程序、典型工藝、優化切削參數等類型的數據庫歸類為工藝知識庫;輔料資源、工裝資源、設備資源等類型的數據庫歸類為制造資源數據庫;編碼、各類標準規范的數據庫歸類為文檔庫。

1.2數字化生產線的平臺層研發

平臺層在數字化生產線中屬于核心部分，也是連接各個層級的紐帶。該平臺層的研發主要指的是產品數據管理系統的建設，這個系統作為基礎平臺的管理對象有二，其一是航天復雜產品的制造過程，其二是航天復雜產品的制造數據。從建設目標上來看，平臺層建設有兩方面的建設目標：第一方面是實現統一管理功能，令生產、工藝、設計等多方面、多環節的數據能實現準確和一致;第二方面是實現集成功能，將產品數據的管理系統建設成集成框架，這樣一來該系統和其他的生產線應用系統就能實現集成化，數字化研發所必須的數據源不再是多源混雜，而是集成成為了單一數據源，提高了研發的便捷程度。

1.3數字化生產線的應用服務層研發

對數字化生產線來說，應用服務層是主要的優化層，在研發上以追求生產線總體優化為主要目的。因為航天復雜產品在設計生產方面的復雜性不只體現在自身結構上，還體現在繁多的加工工序、復雜的裝配過程、極高的生產精度、眾多的生產型號、較小的生產批量等多方面。所以在研發應用服務層時要結合這些特點，詳細考察具體的生產工藝與生產流程，實現各個生產環節的專業化和高對應化，這樣才能保障整個數字化生產線的生產能效。這里將介紹應用服務層研發中最典型的兩個系統。

1.3.1生產準備階段的快速響應系統

該系統用于優化零部件生產前的準備工作，具體包括技術準備優化與資源準備優化兩方面，其中較為典型的有數控加工仿真、工藝設計、工裝快速設計這幾個應用系統。該系統能夠構建出三維實體模型，將工差、產品尺寸之類的信息實際反映出來，令工藝與工裝的設計得到簡化，而且還能為后續的質量檢測系統提供檢測依據。

1.3.2實際生產階段的過程管理系統

在該系統中，目前最常用的手段是條碼系統，通過條形碼能對生產過程實現動態化監測，進而對任務的完成情況、物流信息、數控設備等一系列數據進行追蹤記錄，以達成管理職能。需要注意的是，該系統與其他系統的聯系非常緊密，因此在實際應用時有必要和其它系統集成使用。

1.4數字化生產線的協同工作層研發

航天復雜產品的研發具有跨學科、跨領域特征，因此并非單一部門、單一專業能夠完成的，必須由多個部門與專業共同協作才行，舉例來說，部裝調試、總裝/總調、試驗組織、售后、外協/外購等都需要進行協同工作。這就需要建設一個協同工作層，為跨部門、跨專業的協同工作提供平臺。目前，該平臺的建設是通過專業化的制造應用集成系統實現的，這種系統以PDM為技術基礎，能為不同部門、不同專業的用戶提供信息查詢工具等用于協同工作的工具。具體來說，該系統是一種信息的共享通道，能通過網絡會議功能、指令發布功能、信息發布功能、信息查詢功能（電子文檔信息、資源信息、生產準備信息都包括在內）、在線信息交流功能等令數字化生產線中的兩級系統得以實現，這種信息協同功能體現在多個方面，對生產效率有極為明顯的提升作用。

2.針對航天復雜產品的數字化生產線運作

對航天復雜產品來說，數字化生產線的運作從接收訂單任務開始，到成品入庫結束，在這期間，PDM平臺與各個協同門戶會對生產過程、生產信息等進行集成，以保證不同應用系統能夠正常完成數字化運作。需要注意的是，數字化生產線的特點就是生產前置準備極為充分，因此在進行生產準備時，需要以數控加工仿真技術、快速響應系統等進行工藝設計和技術試驗，這樣一來不只提高了準備工作質量，保證了生產能效，而且多項設計準備工作可以并行完成，極大地縮短了準備時間。另外，零部件的制造執行也可以通過數字化生產線得到極大的優化。具體來說，生產過程的管理系統不僅能對排產進行合理計劃，而且能以極高的精度準備物料工裝，這樣一來各方面的制造資源在配置和利用方面更合理、高效。值得一提的是，該系統還能實現過程控制功能，通過對制造執行過程的嚴格管控，不僅能提高生產質量，而且能動態監控生產進度與運行狀態，提高生產效率。

3.結語

總體來說，隨著航天產業的進一步發展，對航天復雜產品的生產會有越來越高的快速響應需求與柔性需求。考慮到這種發展趨勢，研發數字化生產線以提高航天產品生產能效不僅具有必然性，而且具有長期性，在未來相當長的一段時間內都要持續進行下去。

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