航空工業復合材料車間的數字化管控方案淺析

孟慶華 周娟

摘要：我國航空工業復合材料車間目前在數字化、信息化方面仍處在較低水平，本文分析了航空工業復合材料車間數字化管控的難點，總結了航空工業復合材料車間數字化管控的主要技術要求，并提出了航空工業復合材料車間數字化管控的技術方案。

關鍵詞：航空工業;復合材料車間;數字化管控

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0219-02

0 引言

復合材料用量已經成為航空結構先進性的重要標志，復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一[1-3]。我國航空工業復合材料技術經過數十年發展，已經掌握了大量先進復合材料零件制造技術，但是與國際先進復合材料制造水平相比，我國航空工業復合材料零件制造技術在自動化、數字化制造方面與國際先進水平尚存在較大差距。

1 航空工業復合材料車間數字化管控的目的和意義

我國航空工業復合材料車間（以下簡稱“復材車間”）現有任務特點為“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、設備利用率低、現場管理混亂、能耗高等問題。隨著我國航空工業快速發展，復材零件產能將大幅增加，復材車間任務將逐漸轉變為“多品種、大批量”。復材車間傳統管控模式將無法滿足要求，嚴重制約航空工業復合材料發展。采用復材車間的數字化管控，能夠大幅提高車間生產效率、生產產能及零件制造質量，故本文對復材車間數字化管控方案進行初步研究分析。

2 復材車間數字化管控的難點分析

復材車間因其獨特的制造特點，其數字化管控難點與數控車間、裝配車間等差異較大，復材車間數字化管控的難點主要如下：

（1）復材車間生產現場各類工序多且工序差別內容大，實現各類工序的數字化管控難度大;（2）車間內物流涉及種類多，物流量大，實現對物流遠程監控、高效調度的難度較大;（3）復材車間管理部門較多，對各部門進行統一的數字化管理難度較大;（4）車間動力使用種類多、消耗量大，對各類動力設備的數據采集、遠程集中控制難度較大。

3 復材車間數字化管控的主要方案分析

復材車間進行數字化管控模式建設，需考慮復材車間特點和數字化管控難點，并充分利用數字化技術、信息化技術、自動化技術等，對復材車間零件信息、生產現場、物流系統、生產管理系統及動力系統等進行數字化管控，主要方案如下：

3.1 零件信息的數字化

零件采用三維數字化設計手段進行設計，并以三維數模形式在車間進行信息傳遞，是實現復材零件數字化制造的基礎條件。零件信息的數字化主要是采用計算機輔助設計軟件實現，復材零件的數字化設計是復材車間數字化運行的基礎。復材車間在零件數字化模型基礎上進行進一步的分解、設計、仿真，指導車間制造。

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

3.2 車間生產現場運行的數字化管控

3.2.1 手工工序方面

鑒于復材車間手工工序自身的特殊性，此類工序無法完全做到數字化，需利用外部數字化輔助手段對手工工序進行數字化改造，實現制造信息、管理信息等的現場查看，以及工序現場生產狀態、緊急情況的實時上傳。根據現有信息技術，車間手工工序數字化管控主要措施包括：

（1）根據工位數量、工作狀況設置一定的電子看板，看板上能夠查看生產計劃、派工、生產統計等信息;（2）設置一定數量現場工作計算機，實時查看零件數模信息、制造工藝信息等，并能夠將現場生產狀態、緊急情況、人員動態等信息及時輸入至計算機內數字化系統中;（3）設置工序生產監控，對手工工序現場進行監控。

3.2.2 數控工序方面

復材車間數控工序的管控是以數控設備為基礎，實現數控工序的數據采集、遠程監測、遠程控制等。復材車間數控工序的種類較多，包括自動鋪放工序、數控加工工序、固化工序、檢測工序等，不同數控工序的數字化管控方案不同，需要專門研究并形成可行的集成方案。

3.3 車間物流系統的數字化管控

采用數字化、自動化物流工具，實現對零件、工裝、運輸工具等車間物流情況進行跟蹤監控。

3.3.1 運輸方式的數字化改造

復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。針對復材車間各類物流，不同自動化運輸方式的適用性分析如下：

（1）AGV車能夠通過自動導引裝置，沿規定的導引路徑運動行駛，特別適合于復材車間大型復材零件、工裝的運輸;（2）智能吊掛機構運輸：上部吊掛機構根據復材車間制造工藝路徑，在車間上部設置軌道，貫通車間各個工序，適合于零件種類和工藝相對固定的中小型零件制造車間。

3.3.2 復材車間物流數字化管控方案

為實現對復材車間內物流數據進行監控，目前可以采用的技術主要包括RFID 技術和光學條碼掃描技術。車間各類物流監控手段采集的數據實時收集并傳輸反饋至物流管理軟件系統。在物流管理軟件系統中能夠實時查看零件、工裝、運輸工具等的位置、流轉信息，并能夠統計分析物流狀況、流轉效率、暢通度等。通過數字化、自動化運輸工具，以及精確物流監控手段，共同構建復材車間物流數字化管控方案。

3.4 車間生產管理的數字化

為實現復材車間數字化管控，需要將數字化、信息化軟件系統融入到復材車間，主要包括：ERP、MES、PDM、DNC/MDC等。數字化管理軟件系統是復材車間數字化管控的核心和靈魂，也是決定復材車間數字化管控成功與否的關鍵。

通過數字化管理軟件、硬件系統與車間零件設計、生產現場、物流系統等互聯互通，形成一個覆蓋車間各層面、高度聯通的數字化管控信息系統。

3.5 動力系統的數字化管控

復材車間生產涉及潔凈生產、熱加工工藝、冷加工工等，車行間動力需求種類多、用量大。為實現車間數字化管控，需要對車間動力系統進行數字化管控，主要如下：

（1）暖通系統：包括冷熱媒系統、空調機、通風機的遠程監測、控制;（2）氮氣、壓縮空氣系統：對空壓機、制氮機、儲氣罐等設備遠程監測、控制，并對使用氮氣、壓縮空氣的工藝設備終端進行壓力、流量的遠程監測、控制;（3）循環冷卻水：對制冷設備、水泵等設備遠程監測、控制，并對使用循環冷卻水的工藝設備終端進行壓力、流量的遠程監測、控制;（4）電氣：對車間內工藝設備、動力設備的用電信息進行遠程檢測、統計分析，并能夠實現對設備的遠程控制。

4 結語

本文介紹了復材車間特點、數字化管控要求，研究分析了復合材料車間各個方面實現數字化管控的方案，能夠為復材車間數字化管控建設提供有力支撐。

參考文獻

[1] 劉代軍，陳亞莉.先進樹脂基復合材料在航空工業中的應用[J].材料工程，2008（l1）：194-198.

[2] 杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報，2007，24（1）：1-12.

[3] 杜善義.復合材料和航空航天[J].復合材料學報，2008，22（1）：1-7.