智能制造在航天企業中的應用

徐璞 /西安航天精密機電研究所

航天企業在中國經濟發展中占據著不可替代的作用，航天技術是占據世界高新技術領域的重要支柱，通過中國航天企業的不懈努力，我國的航天技術已占據世界領先地位，而各國為了國家經濟水平的提高，也作出了相應的努力。2013 年4 月，德國在漢諾工業博覽會上提出了“工業4.0”，通過建立信息物理系統對智能工廠和智能生產進行研究，從而實現機械工程、工業工程、電子電氣工程、自動化工程、信息工程等學科的融合；美國通用電氣公司提出了“工業互聯網”，不僅把人工、數據信息、機器等有效結合，構建了開放、全球化的工業互聯網體系，而且還將大量的工業技術原理、通信控制信息和計算機網絡技術結合起來，構建基于工業互聯網平臺的產業生態體系。2015 年5 月，我國提出了“中國制造2025”計劃，其核心是智能制造，將“以網絡技術為主要依據，以生產線為載體，把智能制造作為‘兩化’深度融合的主攻方向，大力發展智能裝備和產品，使得生產過程智能化，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智能化水平”，其重點是加快航天企業、智能制造、機械加工等企業的改造。

智能制造是通過飛速發展的信息網絡技術，實現人們對信息的深度探索和感知，使決策智能化、控制精準化，制造過程和生產工藝實現全方位的智能制造和智能生產。其中，智能制造是將網絡技術、先進制造技術、智能自動化技術、人工智能技術和信息技術相互融合，并面向產品全生命周期，提高產品生產效率、產品質量，降低成本和消耗。其關鍵技術包括智能化的裝備以及生產模式、智能化的工廠和制造車間，能夠帶動航天軍工企業在生產模式上有所創新；智能決策可以使航天企業實現智慧決策、智能產品、智能服務，給航天企業帶來商業模式上的創新；智能化設計開發和企業管理及智能化的物流和供應，使得航天企業的運營模式有了極大的改善。

一、三維裝配工藝軟件

二維設計工藝文件僅通過文字描述、二維圖紙等靜態的工藝設計手段來體現，文字表述不夠直觀，當面對復雜的裝配工序時，二維圖紙對零件的局部安裝過程表達不夠清晰，導致操作人員難以通過二維圖紙快速掌握產品的整個裝配流程，需要工藝人員的指導。而隨著智能制造理念的推廣，航天企業將三維裝配工藝工具應用于工藝裝配中，如西安航天精密機電研究所使用三維可視化裝配工藝工具軟件ADPTools，利用已有的三維模型數據進行模型輕量化轉換，快速生成三維裝配工藝動畫，以指導車間裝配人員進行裝配生產。軟件部署方式如圖1所示。

通過將敏捷服務器軟件安裝至服務器后，對輕量化軟件、三維工藝編制軟件、可視化文件瀏覽器進行授權，從而使軟件正常使用，同時將相對應的文件依托現有的PDM 系統進行傳遞，使車間現場可以瀏覽三維裝配工藝。

二維設計工藝文件僅通過文字描述、二維圖紙等靜態的工藝設計手段來體現，文字表述不夠直觀，當面對復雜的裝配工序時，二維圖紙對零件的局部安裝過程表達不夠清晰，導致操作人員難以通過二維圖紙快速掌握產品的整個裝配流程，需要工藝人員的指導。而隨著智能制造理念的推廣，航天企業將三維裝配工藝工具應用于工藝裝配中，如西安航天精密機電研究所使用三維可視化裝配工藝工具軟件ADPTools，利用已有的三維模型數據進行模型輕量化轉換，快速生成三維裝配工藝動畫，以指導車間裝配人員進行裝配生產。

二、工業機器人

工業機器人是集機械、電子、控制、計算、傳感、智能化等多種學科技術相融合的智能化產物，具有適應性強、精度高等特點。通過對工業機器人的使用，不僅可以增加產 量、 提 高勞動生產效率，還能夠提高 品 質、 改善勞動工具、縮短產品生產 周 期、 減少資源消耗和環境污染，是制造業生產自動化中的重要環節。

圖1 軟件部署方式

在部分航天企業中，已開始使用平面關節型裝配機器人。工業機器人的使用代替了傳統的人力勞動，使得精度大大提高。在制造業中，工業機器人根據具體應用分為焊接、裝配、噴漆、碼垛、搬運等類型。工業機器人技術是現代化、智能化的產物，它的廣泛應用和發展有力地推動了世界科技產業的進步、促進了工業智能的發展。

三、分布式數字控制（DNC）系統

隨著“兩化”融合的深入人心，航天企業制造車間開始了自身信息化系統建設，DNC 系統作為航天制造車間信息工程的第一步，在制造環節中占據著重要地位，隨著智能制造理念的提出，DNC 技術得到了更加深入的研究和探索。

圖2 DNC系統實施情況

DNC 系統負責數控機床的工作，實現了機床的實時調度，是制造執行系統（MES）與數控設備之間進行信息交互的紐帶；連接數控設備和上層計算機，接收來自MES 系統的計劃指令，同時接收來自車間的作業計劃，實現單元內的資源調度和作業調度，并決定零件的加工路線、監控和統計數控設備的任務執行情況。

DNC 系統的主要功能有以下幾個方面。

設備聯網。使用DNC 系統，使車間的數控設備操作者、調度管理人員、檢驗員以及供貨商、材料輸入方能夠直接與數控機床進行交互，從而實現數控機床網絡化、長距離通訊，使得操作者可以直接在機床控制面板上得到服務器上的程序，實現無人值守。

程序管理。實現NC 數據統一管理，將DNC 總服務器放置在工廠信息中心，所有分廠的數控程序及其相關的文檔集中于DNC 服務器，做到數據流程的規范化管理。

機床監控。實現對機床運行情況的監控，如開關機、加工、維修等狀態。實時了解機床的狀態，獲得機床加工及故障信息，不僅可以為機床的維修提供便利，還能夠為系統提供智能決策，從而為改善生產效率提供數據依據。

統計分析。對現場設備的實際應用情況作出效率統計，顯示各類機床狀態；查看設備的運行情況，進行對比分析，從而獲得機床實際功率變化曲線。通過統計分析得到機床運行狀況及利用效率、開機率、故障率等效率指標。DNC 實施情況如圖2 所示。

四、倉儲管理系統

隨著智能制造的廣泛推廣，航天企業內部的各類流程都必然產生物料的流動，更多的航天企業開始實現生產自動化，而且也更加重視物流自動化。制造業方面，在進行零件加工過程中，零件狀態（毛坯、半成品、成品），刀具的使用、保存，使得物流倉儲自動化技術得以廣泛應用，主要通過建立工裝、刀具以及工件的自立體貨柜，并分析庫位的大小以及貨位的數量規格等要素，以便進行合理的分布和自動倉儲。

筆者分析了目前航天企業的生產制造模式以及在“工業4.0”背景下的智能制造技術。智能制造是全球制造業的轉型，在我國航天企業轉型的過程中，一方面要借鑒別國先進經驗，另一方面要根據我國航天企業的特點，將智能制造和航天企業發展相結合，以推進我國航天企業的蓬勃發展。