探討航天復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)線的研發(fā)與實踐

祖清明

摘要：本文介紹了我國航天產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展需求與相應(yīng)的航天復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合這一背景論述了其數(shù)字化生產(chǎn)線的研發(fā)必要性，從資源層、平臺層、應(yīng)用服務(wù)層、協(xié)同工作層四個方面分析了研發(fā)數(shù)字化生產(chǎn)線的要點，并說明了數(shù)字化生產(chǎn)線的實踐應(yīng)用流程，希望有助于這類生產(chǎn)線的研發(fā)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：航天復(fù)雜產(chǎn)品;數(shù)字化生產(chǎn)線;研發(fā);實踐

我國的航天產(chǎn)業(yè)在近些年發(fā)展非?？?，因此對航天產(chǎn)品的需求量也越來越大。但是航天產(chǎn)品往往具有非常高的復(fù)雜性、專業(yè)性、獨有性、高精性，所以有很高的生產(chǎn)要求，傳統(tǒng)生產(chǎn)線往往不能兼顧產(chǎn)量需求和質(zhì)量需求，因此急需進行專門的數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)。

1.針對航天復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)線研發(fā)

1.1數(shù)字化生產(chǎn)線的資源層研發(fā)

數(shù)字化生產(chǎn)線是以底層的制造數(shù)據(jù)庫為支持的統(tǒng)一平臺，該平臺不僅囊括了業(yè)務(wù)流程，也囊括了全部的管理信息和企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此在進行資源層研發(fā)建設(shè)時，應(yīng)優(yōu)先設(shè)立制造資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，以對生產(chǎn)線上的制造資源信息進行統(tǒng)一管理，為后續(xù)的信息積累、信息共享和信息重復(fù)使用提供保障。此外，還需進行接口建設(shè)，具體來說，資源層應(yīng)設(shè)立集成接口以銜接其他系統(tǒng)，進而達到對資源進行合理調(diào)度和優(yōu)化配置的目的。由于囊括的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫相當多，所以在建設(shè)資源層時需要對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行分類整理，其中標準加工程序、典型工藝、優(yōu)化切削參數(shù)等類型的數(shù)據(jù)庫歸類為工藝知識庫;輔料資源、工裝資源、設(shè)備資源等類型的數(shù)據(jù)庫歸類為制造資源數(shù)據(jù)庫;編碼、各類標準規(guī)范的數(shù)據(jù)庫歸類為文檔庫。

1.2數(shù)字化生產(chǎn)線的平臺層研發(fā)

平臺層在數(shù)字化生產(chǎn)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(fā)主要指的是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)，這個系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺的管理對象有二，其一是航天復(fù)雜產(chǎn)品的制造過程，其二是航天復(fù)雜產(chǎn)品的制造數(shù)據(jù)。從建設(shè)目標上來看，平臺層建設(shè)有兩方面的建設(shè)目標：第一方面是實現(xiàn)統(tǒng)一管理功能，令生產(chǎn)、工藝、設(shè)計等多方面、多環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)能實現(xiàn)準確和一致;第二方面是實現(xiàn)集成功能，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)建設(shè)成集成框架，這樣一來該系統(tǒng)和其他的生產(chǎn)線應(yīng)用系統(tǒng)就能實現(xiàn)集成化，數(shù)字化研發(fā)所必須的數(shù)據(jù)源不再是多源混雜，而是集成成為了單一數(shù)據(jù)源，提高了研發(fā)的便捷程度。

1.3數(shù)字化生產(chǎn)線的應(yīng)用服務(wù)層研發(fā)

對數(shù)字化生產(chǎn)線來說，應(yīng)用服務(wù)層是主要的優(yōu)化層，在研發(fā)上以追求生產(chǎn)線總體優(yōu)化為主要目的。因為航天復(fù)雜產(chǎn)品在設(shè)計生產(chǎn)方面的復(fù)雜性不只體現(xiàn)在自身結(jié)構(gòu)上，還體現(xiàn)在繁多的加工工序、復(fù)雜的裝配過程、極高的生產(chǎn)精度、眾多的生產(chǎn)型號、較小的生產(chǎn)批量等多方面。所以在研發(fā)應(yīng)用服務(wù)層時要結(jié)合這些特點，詳細考察具體的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)流程，實現(xiàn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的專業(yè)化和高對應(yīng)化，這樣才能保障整個數(shù)字化生產(chǎn)線的生產(chǎn)能效。這里將介紹應(yīng)用服務(wù)層研發(fā)中最典型的兩個系統(tǒng)。

1.3.1生產(chǎn)準備階段的快速響應(yīng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于優(yōu)化零部件生產(chǎn)前的準備工作，具體包括技術(shù)準備優(yōu)化與資源準備優(yōu)化兩方面，其中較為典型的有數(shù)控加工仿真、工藝設(shè)計、工裝快速設(shè)計這幾個應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠構(gòu)建出三維實體模型，將工差、產(chǎn)品尺寸之類的信息實際反映出來，令工藝與工裝的設(shè)計得到簡化，而且還能為后續(xù)的質(zhì)量檢測系統(tǒng)提供檢測依據(jù)。

1.3.2實際生產(chǎn)階段的過程管理系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，目前最常用的手段是條碼系統(tǒng)，通過條形碼能對生產(chǎn)過程實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)測，進而對任務(wù)的完成情況、物流信息、數(shù)控設(shè)備等一系列數(shù)據(jù)進行追蹤記錄，以達成管理職能。需要注意的是，該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)系非常緊密，因此在實際應(yīng)用時有必要和其它系統(tǒng)集成使用。

1.4數(shù)字化生產(chǎn)線的協(xié)同工作層研發(fā)

航天復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)具有跨學(xué)科、跨領(lǐng)域特征，因此并非單一部門、單一專業(yè)能夠完成的，必須由多個部門與專業(yè)共同協(xié)作才行，舉例來說，部裝調(diào)試、總裝/總調(diào)、試驗組織、售后、外協(xié)/外購等都需要進行協(xié)同工作。這就需要建設(shè)一個協(xié)同工作層，為跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同工作提供平臺。目前，該平臺的建設(shè)是通過專業(yè)化的制造應(yīng)用集成系統(tǒng)實現(xiàn)的，這種系統(tǒng)以PDM為技術(shù)基礎(chǔ)，能為不同部門、不同專業(yè)的用戶提供信息查詢工具等用于協(xié)同工作的工具。具體來說，該系統(tǒng)是一種信息的共享通道，能通過網(wǎng)絡(luò)會議功能、指令發(fā)布功能、信息發(fā)布功能、信息查詢功能（電子文檔信息、資源信息、生產(chǎn)準備信息都包括在內(nèi)）、在線信息交流功能等令數(shù)字化生產(chǎn)線中的兩級系統(tǒng)得以實現(xiàn)，這種信息協(xié)同功能體現(xiàn)在多個方面，對生產(chǎn)效率有極為明顯的提升作用。

2.針對航天復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)線運作

對航天復(fù)雜產(chǎn)品來說，數(shù)字化生產(chǎn)線的運作從接收訂單任務(wù)開始，到成品入庫結(jié)束，在這期間，PDM平臺與各個協(xié)同門戶會對生產(chǎn)過程、生產(chǎn)信息等進行集成，以保證不同應(yīng)用系統(tǒng)能夠正常完成數(shù)字化運作。需要注意的是，數(shù)字化生產(chǎn)線的特點就是生產(chǎn)前置準備極為充分，因此在進行生產(chǎn)準備時，需要以數(shù)控加工仿真技術(shù)、快速響應(yīng)系統(tǒng)等進行工藝設(shè)計和技術(shù)試驗，這樣一來不只提高了準備工作質(zhì)量，保證了生產(chǎn)能效，而且多項設(shè)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(zhí)行也可以通過數(shù)字化生產(chǎn)線得到極大的優(yōu)化。具體來說，生產(chǎn)過程的管理系統(tǒng)不僅能對排產(chǎn)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(tǒng)還能實現(xiàn)過程控制功能，通過對制造執(zhí)行過程的嚴格管控，不僅能提高生產(chǎn)質(zhì)量，而且能動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)進度與運行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

3.結(jié)語

總體來說，隨著航天產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，對航天復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)會有越來越高的快速響應(yīng)需求與柔性需求?？紤]到這種發(fā)展趨勢，研發(fā)數(shù)字化生產(chǎn)線以提高航天產(chǎn)品生產(chǎn)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(nèi)都要持續(xù)進行下去。

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