航空制造業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

■ 西安飛機(jī)國(guó)際航空制造股份有限公司設(shè)備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

航空制造業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

■ 西安飛機(jī)國(guó)際航空制造股份有限公司設(shè)備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

本文詳述了在《中國(guó)制造2025》的大背景下，航空制造業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀與主要問(wèn)題。

1. 影響企業(yè)EVA（經(jīng)濟(jì)增加值）的技術(shù)問(wèn)題

（1）數(shù)控設(shè)備占有率低。航空制造業(yè)以大型整體結(jié)構(gòu)件為主要對(duì)象，包括蒙皮、翼、支架、梁體及殼體等結(jié)構(gòu)件，涉及的加工材料有鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼以及部分玻璃鋼、石墨等材料。同時(shí)，為了滿足不同的加工工藝需求，如噴丸成型、強(qiáng)化，表面處理、熱處理和無(wú)損檢測(cè)等，還必須配置特種工藝設(shè)備。

這些設(shè)備林林總總，數(shù)量不可謂不多，但令人遺憾的是其中的數(shù)控設(shè)備僅占不到7%，其占有量偏低，而發(fā)達(dá)國(guó)家的這一指標(biāo)是15%甚至更多。數(shù)控設(shè)備占有率低，嚴(yán)重制約零部件的加工、測(cè)量及裝配。因此，航空制造業(yè)要適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境、縮短產(chǎn)品制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，首先必須加大設(shè)備的技改力度，淘汰落后產(chǎn)能，提高數(shù)控設(shè)備占有率。

（2）高端大型的五坐標(biāo)數(shù)控設(shè)備占有率低。航空制造業(yè)零部件的多樣性，決定了加工設(shè)備的多樣化，主要體現(xiàn)在設(shè)備的特性有很大的差異，如機(jī)械剛性、加工范圍、主軸轉(zhuǎn)速、坐標(biāo)進(jìn)給速率、幾何精度及定位精度等。實(shí)際生產(chǎn)中，不同特性的設(shè)備所加工的對(duì)象是不同的。

例如，對(duì)于金屬、石英砂模胎（見(jiàn)圖1）的加工，首選五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速高，一般為電主軸，轉(zhuǎn)速可達(dá)24 000r/min，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線傳輸速率為100m/s，采用光纖傳輸，仿形功能完善，可對(duì)飛機(jī)零部件模胎的任意復(fù)雜輪廓表面進(jìn)行仿形，非常適用于飛機(jī)大型模胎的加工。

圖1 高速五坐標(biāo)機(jī)床加工的具有光滑表面的模胎

這些高端設(shè)備由于具有RTCP（旋轉(zhuǎn)刀具中心）功能，如圖2所示，其加工精度是三坐標(biāo)數(shù)控設(shè)備無(wú)法比擬的。另外，國(guó)外進(jìn)口的全功能型設(shè)備的附加裝置（如快速裝夾定位系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)刀儀、工件測(cè)量?jī)x、自動(dòng)刀庫(kù)和上下料系統(tǒng)等）配置非常齊全。但上述這些功能強(qiáng)大的高端設(shè)備在整個(gè)數(shù)控設(shè)備中的占有量不到10%，也在一定程度上制約了關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。

圖 2

（3）工藝準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)或準(zhǔn)備不足、方法落后是制約生產(chǎn)效率的軟肋。工藝程序調(diào)整、工裝夾具準(zhǔn)備、刀具準(zhǔn)備及零件檢測(cè)，甚至在零件加工中進(jìn)行人工干預(yù)，如程序暫停時(shí)檢測(cè)零件尺寸，以及由于工藝參數(shù)不合理而反復(fù)修正造成的時(shí)間損失，最終導(dǎo)致加工效率偏低，機(jī)床利用率低下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率僅占機(jī)床上電時(shí)間的30%，而機(jī)床有效切削時(shí)間占比僅為23%。

加工工藝方法落后的原因有很多，大多都是因循守舊，沿襲老套路，有的加工工藝路線還是20世紀(jì)60～70年代的，與現(xiàn)代的數(shù)控加工工藝格格不入。主要體現(xiàn)在數(shù)控加工仿真、程序優(yōu)化、工藝參數(shù)庫(kù)及制造資源管理（如刀具管理）等方面與國(guó)際通行的高效加工需求存在一定的差距。因此，影響產(chǎn)品加工效率提高的因素主要是加工的準(zhǔn)備時(shí)間和切削參數(shù)的調(diào)整時(shí)間。這些都極大地限制了數(shù)控設(shè)備加工效率的提高，制約了高效數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。為提高數(shù)控設(shè)備加工效率，從減少加工準(zhǔn)備時(shí)間、合理選擇切削參數(shù)等方面著手，提高重點(diǎn)型號(hào)關(guān)鍵件的數(shù)控機(jī)床加工利用率、材料去除率是很有現(xiàn)實(shí)意義的。

（4）設(shè)備潛能有待進(jìn)一步挖掘。隨著數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備功能更加強(qiáng)大，使用更加趨向于簡(jiǎn)單易用、多功能化，界面更加友好。譬如，西門子公司專門為數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件包MDA、TPM等，可以利用系統(tǒng)內(nèi)部變量進(jìn)行編程，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)工藝文件、設(shè)備利用率，并能靈活設(shè)置設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃表，當(dāng)保養(yǎng)期限到達(dá)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)能自動(dòng)彈出文本提示，告知要進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

國(guó)外的軟件集成制造商專門開(kāi)發(fā)出ARTIS CNC、OMAT等優(yōu)化的切削系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸切削功率載荷優(yōu)化、刀具振動(dòng)沖擊狀況監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高效率自適應(yīng)切削，生成最優(yōu)化工藝切削參數(shù)，提高現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床粗加工效率并對(duì)機(jī)床、刀具、工件進(jìn)行保護(hù)。試驗(yàn)證明，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中典型的框架類零件，經(jīng)過(guò)采用優(yōu)化后的切削參數(shù)，相對(duì)優(yōu)化前節(jié)約加工時(shí)間為20%，實(shí)現(xiàn)高速切削鋁合金材料的去除率達(dá)到傳統(tǒng)數(shù)控加工的3～5倍。目前進(jìn)口的高速銑床、強(qiáng)力銑床基本上都配置具有這種功能的數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)不同類別的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行性能分類，針對(duì)典型的鋁合金材料和相適應(yīng)的切削條件，研究鋁合金材料的極限切削工藝參數(shù)。通過(guò)擴(kuò)展數(shù)控機(jī)床功能的研究，充分挖掘數(shù)控機(jī)床的潛能，提高產(chǎn)品加工的效率并且擴(kuò)展機(jī)床加工產(chǎn)品對(duì)象的范圍。

（5）設(shè)備孤立，需要互聯(lián)互通。在數(shù)控車間，設(shè)備基本都是獨(dú)立運(yùn)行，這樣的數(shù)控機(jī)床好比是一個(gè)個(gè)孤島，使得機(jī)床的加工柔性大打折扣，從而影響加工效率，也是對(duì)設(shè)備資源的浪費(fèi)。筆者認(rèn)為數(shù)控機(jī)床設(shè)備群控與DNC、MES系統(tǒng)的建立，是目前進(jìn)行設(shè)備管理的有效手段。DNC、MES主要用于數(shù)控機(jī)床通信集成管理，它以RS232—C串口協(xié)議為基礎(chǔ)，可安全地對(duì)數(shù)控機(jī)群進(jìn)行管理。同時(shí)有效地解決了多品種、多規(guī)格、多層次的數(shù)控機(jī)床集成化管理，并使數(shù)控機(jī)床與CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝和制造的一體化。

譬如，通過(guò)設(shè)計(jì)和工藝系統(tǒng)，將數(shù)模和制造指令下達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)紙化，可以避免程序傳輸出錯(cuò)問(wèn)題并簡(jiǎn)化流程，為生產(chǎn)工藝節(jié)省了大量時(shí)間。同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際狀況，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床停機(jī)狀態(tài)、開(kāi)機(jī)狀態(tài)、加工狀態(tài)、空閑狀態(tài)及故障狀態(tài)等基本狀態(tài)的信息采集。這些數(shù)據(jù)通過(guò)匯總、統(tǒng)計(jì)、查詢等手段，生成供管理者使用的各種報(bào)表，為管理決策提供依據(jù)，從而可以掌握數(shù)控機(jī)床利用率、產(chǎn)品與設(shè)備的狀態(tài)，包括加工過(guò)程狀態(tài)，如主軸轉(zhuǎn)速和倍率、主軸進(jìn)給和倍率、主軸負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化等，從而針對(duì)具體問(wèn)題采取合理的措施，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管理。

2. 航空制造業(yè)設(shè)備管理展望

隨著航空制造業(yè)全價(jià)值鏈競(jìng)爭(zhēng)局面的產(chǎn)生，在新常態(tài)下，不管是國(guó)際市場(chǎng)拓展，還是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)挖掘，改革已經(jīng)成為發(fā)展的核心推動(dòng)力?！吨袊?guó)制造2025》是國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃，航空制造產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代勢(shì)在必行。因此必須想辦法提高設(shè)備管理與使用水平，提高工作效率，在現(xiàn)有資源條件下實(shí)現(xiàn)更大的產(chǎn)出。以工藝流程為主線、以數(shù)據(jù)為平臺(tái)、以可視化為載體、以工具包為手段、以機(jī)制為保障，建設(shè)全套信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)的集成、協(xié)同和共享，做到人流、物流、信息流和價(jià)值流的統(tǒng)一，從根本上改變生產(chǎn)基礎(chǔ)管理薄弱的局面。遵循精益管理的思想，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)和管理流程，精簡(jiǎn)運(yùn)營(yíng)管理中不增值的環(huán)節(jié)，減少和杜絕生產(chǎn)中的無(wú)效消耗。

20150830）