復合材料零部件制造工藝結構化探討

摘 要：本文基于國內復合材料零部件制造工藝和產業化技術現狀，在當前中國制造2025的大背景下，闡述了復合材料零部件制造工藝結構化的必要性和緊迫性，指明了復合材料制造工藝結構化應用是提升復合材料制造產業技術水平和實現復合材料未來來智能制造的必由之路，探討復合材料零部件制造工藝結構化的實現途徑，提升國內復合材料制造產業化整體技術水平。

關鍵詞：制造工藝;復合材料;智能制造;產業技術

1 引言

2015年5月，國務院正式頒布了《中國制造2025》的行動綱領，主要包括創新體系建設、智能制造、工業強基、綠色制造、高端裝備制造等五大工程方面，并明確指出五大工程相互關聯，互相促進，其中智能制造是主攻方向，工業強基是智能制造的基礎支撐[1]。工業強基著重在于強化基礎零部件、基礎原材料、先進基礎工藝及關鍵技術基礎四個方面的建設。而最要的是工業強基的過程要結合信息化、數字化、智能化的技術手段，不斷的升級改造基礎工藝，進而提升中國制造業產業化技術水。復合材料是我國工業制造的重要組成部分，復合材料被廣泛的應用于航空、航天、軌道交通、醫療器械等領域，其重量輕、強度模量高等特點，逐漸的成為國家戰略領域的材料替代品。但是，復合材料制造工藝過程錯綜復雜，特別是先進復合材料零部件制造過程，傳統的手工鋪疊勞動密集型的工作方式，已逐漸的被智能化鋪帶和鋪絲設備所代替，大型熱壓固化裝置，逐漸的被改造成可測可控的數字化設備，一些簡單的零部件的裝配過程逐漸的被智能化機械臂所代替。大勢所趨，舊的工藝方式，必然會因為智能化設備的應用和信息化手段的介入而逐漸的被改變。

2 復合材料零部件制造工藝和產業化現狀

復合材料行業傳統的工藝規程、檢驗規程以及制造大綱（FO）、裝配（A0）大綱多為紙質文檔，文檔編制完成后經手工審簽批準后分發到各個生產制造工段，執行過程涉及到文檔的版本控、更改控制、文件的作廢與回收等諸多事宜，所有過程以人的分發和手工記錄作為過程控制的手段，尤其是涉及到大飛機等空中項目，一旦疏忽出錯則后果不堪設想。文檔發放到每個工段，工段從厚重的紙質文檔中找到對應的工段內容，開始按規定操作。每個工段執行完畢后會產生大量的手工記錄，紙質記錄為查詢修改帶來諸多不便，經過升級改造的各種智能化設備沒有一個統一的信息流貫通，因此無法發揮其應用的制造協同能力和水平。

3 復合材料零部件制造工藝結構化的緊迫性和必要性

復合材料制造行業，經過國家十三五和智能制造2025的推進，目前的管理信息化和工程信息化應用系統的建設和制造設備升級改造數字化水平已有了明顯的提高。目前，大部分企業已完成了PDM、MES、ERP、LIMS等工程管理系統的建設，主要的信息化應用系統已布局完成。關鍵是如何打通ERP-PDM-MES-LIMS-CRM整個系統生態的生產鏈，是當前復合材料制造的關鍵。制造工藝的結構化就是貫穿從工藝設計到生產制造再到交付全過程的關鍵一環。結構化的工藝可以通過計算機手段轉換為傳統的工藝展示方式，通過PLM系統完成工藝的審批確認發布。結構化工藝可以將工藝屬性進行單獨的存儲，也可以將某一工段的工藝屬性集中顯示。結構化工藝信息流可以采用標準的xml語言表示，各應用系統和智能設備系統都可以進行識別和解析。結構化工藝，按產品生產過程，按制造的執行過程，形成結構化制造大綱，MES系統可根據結構化制造大綱的執行順序安排，自動布局生產過程，按時間和工段步驟，逐步的將結構化工藝信息流推送到各工段的智能設備執行制造任務，進而實現工藝設計與生產制造的大協同。因此，制造工藝結構化是實現復合材料工藝設計和生產制造執行協同的必要條件。

同時，為了通過計算機手段對工藝數據進行查詢分析，也要求復合材料制造工藝必須結構化，才能夠提高工藝數據查詢的速度。比如，傳統的搜索，或通過翻閱紙質資料，或通過windows自帶文件搜索功能完成歷史文件的搜索和查找，查到文件后，還要根據目錄逐頁翻找對應的有效信息，效率之慢，可想而知。相反，制造工藝被結構化后，每一個關鍵信息都已被定義為標準的電子化工藝字典，可以通過數據庫和數據倉庫技術，快速查找對應的信息。傳統復合材料制造工段，員工需在一個厚重的工藝規程中找到本人需要的部分執行，并做記錄。結構化的工藝，通過MES系統可以根據工段的需要分段顯示直接推送展示給工段的操作人員或輸出給智能化設備直接按工藝安排步驟執行相應的工藝操作，操作人員無需在工作的同時翻動工藝規程，只需關注制造執行過程即可，工作的開始和結束時間都可以結構化記錄存儲，以達到方便查詢和匯總。

4 復合材料零部件制造結構化工藝的實現途徑

復合材料制造工藝結構化是未來實現復合材料零部件智能制造的關鍵，計算機識別的基礎就是結構化數據，計算機處理結構化數據的速度要比處理非結構數據的速度要快的多，結構化數據有利于后期的數據的挖掘和分析，逐漸的實現“動態感知，實時分析，自主決策，精準執行”的智能化賽博物理系統，提升復合材料零部件制造工藝整體產業技術水平。

因此，必須把復合材料制造工藝的結構化作為未來復合材料零部件生產產業化的重要任務、重要前提和進一步深化應用之前的關鍵任務來抓，復合材料制造工藝結構化數據是未來智能制造中關鍵的信息流的存在方式。

第一步，對現有復合材料工藝文件進行結構化分解。

第二步，根據分解的屬性，提取制造過程中的參與對象，可以從人、機、料、法、環、測六個方面進行逐個完善。

第三步，定義復合材料制造工藝結構化標準，編制工藝結構化字典。

第四步，實現結構化工藝PLM（產品全生命周期管理系統）系統的中的批準。

第五步，根據生產任務安排，將審批完成的結構化工藝推送到MES系統（MES系統需將復合材料結構化數據轉化為可預覽展示的內容）

第六步，MES系統按照復合材料工藝過程工段執行順序逐個將推送到對應工段執行。

復合材料結構化工藝可看作流經復合材料制造過程各應用系統的血液，通過結構化工藝的實施，必將打通企業信系統的任督六脈，實現復合材料制造過程的人、機、料、法、環、測六方面的大協同。制造執行數據根據時間的推移，會不斷的積累，積累的數據將是未來數據挖掘、數據分析的基礎，因此在數據結構化時必須結合未來智能化制造的要求，結構化的數據必須有利于分類匯總和查詢分析。

總之，實現復合材料制造工藝結構化，是實現復合材料信息化生產協同的關鍵，是實現未來復合材料智能化生產和提升復合材料產業化技術能力的必由之路。

參考文獻：

[1] 陳玉濤，中國制造大系統之成功砝碼，電子工業出版社，2017.3

作者簡介：

張現波，男，本科，工程師，研究方向：信息化應用與安全技術，單位：中國航空制造技術研究院。

（中國航空制造技術研究院，北京 100013）