數(shù)字化生產(chǎn)線在傳統(tǒng)制造企業(yè)實(shí)施探索與研究

中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司 李健彰 遲鵬

面對(duì)今天全球范圍內(nèi)的制造業(yè)技術(shù)革新和技術(shù)挑戰(zhàn)，我國(guó)制定了面向未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的智能制造和兩化融合戰(zhàn)略，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)向創(chuàng)新型發(fā)展的目標(biāo)，提出工程信息化與工業(yè)化融合，從而促進(jìn)制造工業(yè)的發(fā)展。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)來(lái)看，針對(duì)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展計(jì)劃，深度融合涉及整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，使工程信息化技術(shù)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的制造技術(shù)相結(jié)合，從而促進(jìn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程和產(chǎn)業(yè)模式的變革，以信息化帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，將數(shù)字化制造技術(shù)滲透到產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和管理等全過(guò)程中，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上的人工干預(yù)，高效、高質(zhì)量、低成本地提供所需的產(chǎn)品和服務(wù)。

一、數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)必要性分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是企業(yè)未來(lái)發(fā)展的支柱產(chǎn)品，其具有技術(shù)新、難度大、變批量、多品種、進(jìn)度急等特征，同時(shí)生產(chǎn)涉及加工材料切削技術(shù)、新工藝、高效數(shù)控加工技術(shù)、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，研制難度大、周期長(zhǎng)，現(xiàn)有生產(chǎn)現(xiàn)和制造技術(shù)水平并不能適應(yīng)先進(jìn)制造需求的挑戰(zhàn)。產(chǎn)能方面，現(xiàn)有生產(chǎn)方式和生產(chǎn)能力與需求存在差距。

1.訂單管理無(wú)法實(shí)施相應(yīng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化

生產(chǎn)線每月產(chǎn)品訂單由工廠計(jì)劃員根據(jù)公司的總體計(jì)劃安排和工藝流水分工分派各條專業(yè)生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線也有專職的生產(chǎn)計(jì)劃員根據(jù)工廠交付需求通過(guò)桌面模型的工具將訂單計(jì)劃細(xì)化到每臺(tái)設(shè)備、每天的執(zhí)行進(jìn)度計(jì)劃。

這種靜態(tài)訂單管理方式以人力活動(dòng)為主，因而需求大量的人工操作，雖然通過(guò)MES系統(tǒng)使訂單信息創(chuàng)建和管理的效率有了一定提高，但是由于MES系統(tǒng)與生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備的脫節(jié)，訂單的派發(fā)和執(zhí)行反饋信息仍然需要人工維護(hù)。也正是因?yàn)镸ES系統(tǒng)與生產(chǎn)線之間缺乏系統(tǒng)鏈接，難以保證兩者之間信息傳遞的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，既定的訂單計(jì)劃不能及時(shí)的下達(dá)至執(zhí)行端，也不能及時(shí)獲知執(zhí)行端的執(zhí)行反饋。當(dāng)面對(duì)臨時(shí)的訂單調(diào)整、計(jì)劃變更時(shí)，或者是發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，靜態(tài)的訂單管理模式無(wú)法及時(shí)響應(yīng)并調(diào)整任務(wù)隊(duì)列，無(wú)法抵御生產(chǎn)變化對(duì)計(jì)劃的影響和沖擊。

而智能生產(chǎn)線的產(chǎn)品訂單（計(jì)劃）管理由智能化的工程管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)，可適應(yīng)多項(xiàng)目管理的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)模式，支撐科研生產(chǎn)模式下的多品種、小批量、工藝數(shù)據(jù)頻繁變更的管理需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，而無(wú)需依靠專職的生產(chǎn)計(jì)劃管理人員。還能夠提供多角度、多類型的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程監(jiān)控手段，以直觀簡(jiǎn)便的方式滿足對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理需要。

2.固定資產(chǎn)投資規(guī)模大，催高生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的離散式生產(chǎn)線以單一功能設(shè)備構(gòu)成，機(jī)床的工藝適應(yīng)能力范圍小，產(chǎn)品工藝路線只能將劃分車、鉆、銑等加工過(guò)程單獨(dú)設(shè)置工序，并編排固定的執(zhí)行順序。這種生產(chǎn)線形式雖然制造流程清晰，但是卻容易形成瓶頸工序、瓶頸設(shè)備，導(dǎo)致普遍的工序等待和設(shè)備利用不充分，平均設(shè)備利用率不足40%。

智能生產(chǎn)線將以同規(guī)格的銑、車復(fù)合加工設(shè)備構(gòu)成，設(shè)備柔性更強(qiáng)，可消除瓶頸設(shè)備，減少工序等待，設(shè)備的平均利用率將比獨(dú)立加工設(shè)備提升100%，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)化物流系統(tǒng)和先進(jìn)的自動(dòng)裝夾技術(shù)，還可將產(chǎn)品加工效率提升20%～30%。產(chǎn)品制造周期的縮短將使設(shè)備需求數(shù)量下降。

3.質(zhì)量管理與生產(chǎn)線終端缺少銜接

企業(yè)執(zhí)行著行業(yè)內(nèi)部最為全面的、系統(tǒng)的、嚴(yán)格的質(zhì)量體系管理標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)產(chǎn)品的投料、制造、試驗(yàn)、使用、保存、維修和報(bào)廢等環(huán)節(jié)，都有專項(xiàng)的質(zhì)量管理、控制、追溯制度和流程，并不斷推進(jìn)質(zhì)量業(yè)務(wù)流程信息化工程。然而，實(shí)際操作中軟件體系與硬件系統(tǒng)存在脫節(jié)，兩者之間需要由人力來(lái)銜接，其一無(wú)法保證質(zhì)量信息獲取的時(shí)效性，其二無(wú)法保證質(zhì)量數(shù)據(jù)傳遞的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，其三海量的數(shù)據(jù)信息處理和分析工作消耗大量人力，其四人工處理過(guò)程效率低、周期長(zhǎng)，其五過(guò)程數(shù)據(jù)項(xiàng)目少、不具體、難追溯。

另一方面，在質(zhì)量控制活動(dòng)中，人仍然占據(jù)主導(dǎo)地位?，F(xiàn)有設(shè)備的線測(cè)量系統(tǒng)和加工控制系統(tǒng)之間沒(méi)有閉環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)控系統(tǒng)僅能輔助實(shí)現(xiàn)切削動(dòng)作和軌跡的自動(dòng)化，但工件的幾何尺寸精度還是需要通過(guò)操作者手動(dòng)調(diào)整機(jī)床參數(shù)來(lái)保證，產(chǎn)品的尺寸一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性完全取決于操作者的技能水平高低和主觀因素的穩(wěn)定程度。雖然通過(guò)完善管理制度、強(qiáng)化管理力度、加強(qiáng)崗位培訓(xùn)等質(zhì)量舉措，制造質(zhì)量在逐年提升，但其年均不合格率仍有0.67%。

而智能化集成式生產(chǎn)線的質(zhì)量管理是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)測(cè)質(zhì)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集、分析和發(fā)布，利用相關(guān)計(jì)算、報(bào)告、查詢、分析和挖掘工具生成各類質(zhì)量關(guān)鍵性能指標(biāo)，診斷出問(wèn)題的根源并提供相應(yīng)的解決方案。還可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品整個(gè)加工過(guò)程的追溯，包括工藝路線、加工設(shè)備、加工時(shí)間、工裝工具、操作人員的追溯。同時(shí)，生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)采集機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和數(shù)字化測(cè)具的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，自動(dòng)調(diào)整切削策略和參數(shù)設(shè)置，從而保證加工過(guò)程的質(zhì)量安全性和穩(wěn)定性，產(chǎn)品不合格率將有望降30%。

4.低生產(chǎn)效率嚴(yán)重制約生產(chǎn)能力的提升

低設(shè)備利用率和低效率的工藝路線是導(dǎo)致離散式生產(chǎn)線的低生產(chǎn)效率的主要因素。離散式生產(chǎn)線中機(jī)加設(shè)備的非切削活動(dòng)造成設(shè)備停機(jī)頻繁，如開(kāi)工前毛坯的裝夾和找正、加工過(guò)程中的跟蹤測(cè)量和加工參數(shù)調(diào)整、完工后提檢程序和在機(jī)測(cè)量活動(dòng)等都需要設(shè)備停機(jī)，設(shè)備停機(jī)時(shí)間往往超過(guò)了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，總體平均設(shè)備利用率不足40%?，F(xiàn)有單一功能的設(shè)備類型限制工藝路線的設(shè)計(jì)，典型的工藝路線形式多為：粗車→粗銑→半精車→半精銑→精車→精銑→鉆、鏜孔，其中每種工藝過(guò)程還要分成前、后兩端兩個(gè)工序進(jìn)行，半成品始終處于重復(fù)裝夾、重復(fù)找正、重復(fù)單一工藝的往復(fù)操作中，進(jìn)一步增加了設(shè)備停機(jī)的時(shí)間；線性的工藝路線降低了排產(chǎn)難度，卻使精加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)工序停滯和瓶頸設(shè)備，在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生工件因等待精加工機(jī)床而出現(xiàn)工序停滯的比率占到全部生產(chǎn)任務(wù)的60%～70%，工件在工序間的平均等待時(shí)間超過(guò)8小時(shí)；同時(shí)，現(xiàn)有的物流體系又是完全基于人工和輔助車輛，物料配送及時(shí)率不足50%，過(guò)多的工序環(huán)節(jié)使情況更加惡化。低生產(chǎn)效率將拖長(zhǎng)產(chǎn)品的制造周期，拉低生產(chǎn)線產(chǎn)能。

智能生產(chǎn)線設(shè)有專門的上下料站，可在機(jī)床外部完成工件裝夾、找正，通過(guò)工作托盤(pán)傳輸系統(tǒng)與各個(gè)加工單元進(jìn)行快速工件交換，而不需要設(shè)備停機(jī)；智能生產(chǎn)線中機(jī)加設(shè)備還將配備雷尼紹高速掃描頭，使加工前找正和過(guò)程檢測(cè)、工序檢測(cè)都能夠在線自動(dòng)完成，更可以利用檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)修正、補(bǔ)償加工參數(shù)，將非切削活動(dòng)停機(jī)時(shí)間減少90%。智能生產(chǎn)線將以同種規(guī)格銑、車復(fù)合加工中心作為基礎(chǔ)加工設(shè)備，加工柔性強(qiáng)，可以將車、銑、鉆、擴(kuò)、鏜、鉸加工合并進(jìn)行，令產(chǎn)品工藝路線縮短75%，同時(shí)無(wú)差別的設(shè)備規(guī)格也消除了瓶頸設(shè)備。高效的自動(dòng)化物流系統(tǒng)也將完全代替人工完成產(chǎn)品的工序間物流運(yùn)輸，配送及時(shí)率可達(dá)99%，在生產(chǎn)線智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的控制下可應(yīng)對(duì)多品種、小批量的復(fù)雜物流運(yùn)輸任務(wù)。與同規(guī)模的離散型生產(chǎn)線相比，智能生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力能夠提升二倍。

因而，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域大力開(kāi)展智能制造技術(shù)研究，在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，打造支撐現(xiàn)代制造業(yè)的骨架和核心，將成為提高設(shè)計(jì)、制造和管理水平，保障重點(diǎn)型號(hào)的研制，促進(jìn)航空工業(yè)跨越式發(fā)展的必然選擇。以信息化帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，以網(wǎng)絡(luò)化突破空間地域?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范圍和方式的約束，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同和各種社會(huì)資源的共享與集成，將數(shù)字化制造技術(shù)滲透到產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和管理的全過(guò)程中，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)，高效、高質(zhì)量、低成本地為市場(chǎng)提供所需的產(chǎn)品和服務(wù)。

二、建設(shè)目標(biāo)

建成一條航空發(fā)動(dòng)機(jī)示范智能生產(chǎn)線，滿足批產(chǎn)需求。相對(duì)于現(xiàn)有的生產(chǎn)線模式，智能生產(chǎn)線將綜合采用數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化等控制技術(shù)，重點(diǎn)解決加工自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)中的關(guān)鍵工藝技術(shù)和瓶頸問(wèn)題，生產(chǎn)效率將提升2倍，機(jī)床平均利用率將提高1倍，不合格品率同比降低30%，制造成熟度可達(dá)到10級(jí)，人員配備數(shù)量將下降50%。

智能生產(chǎn)線建成后，一是將全面應(yīng)用MBD技術(shù)，工藝設(shè)計(jì)、仿真和發(fā)布產(chǎn)品工藝路線將比傳統(tǒng)工藝路線縮短75%，并更加柔性化和高效化；二是現(xiàn)智能化生產(chǎn)管控，能夠?qū)崟r(shí)分析生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)進(jìn)度的匹配情況和動(dòng)態(tài)排產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程信息進(jìn)行全面精準(zhǔn)的追蹤，物料輸送及時(shí)率可達(dá)99%；三是產(chǎn)品加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)工件的自動(dòng)定位、裝夾、找正、切削和檢測(cè)，整體提高機(jī)匣生產(chǎn)工藝技術(shù)水平，保障機(jī)匣生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，大幅提升機(jī)匣生產(chǎn)能力。

項(xiàng)目的實(shí)施為企業(yè)培養(yǎng)一支掌握智能生產(chǎn)線建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的團(tuán)隊(duì)，為未來(lái)產(chǎn)業(yè)化智能制造奠定基礎(chǔ)。智能生產(chǎn)線將徹底改變?nèi)藛T結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃員、生產(chǎn)調(diào)度員、機(jī)床操作工、輔助周轉(zhuǎn)工、工裝管理員、工序檢驗(yàn)員等崗位將消失，同時(shí)將出現(xiàn)上下料操作工、專職刀具裝卸工等全新的崗位設(shè)定，而對(duì)于工程技術(shù)人員和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)人員的需求數(shù)量和專業(yè)技能水平的要求進(jìn)大幅提高。

三、建設(shè)內(nèi)容

1.軟件部分建設(shè)

研發(fā)適合的智能生產(chǎn)線綜合管控系統(tǒng)，并作為生產(chǎn)線運(yùn)行的指揮中樞，將具備生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理、在制品管理、生產(chǎn)資源管理和質(zhì)量管理等功能；同時(shí)集成、部署以下功能性軟件：（1）機(jī)匣自適應(yīng)加工軟件。（2）工件及刀具自動(dòng)識(shí)別軟件。（3）自適應(yīng)隨形表面處理軟件。（4）刀具磨損及切削狀態(tài)監(jiān)控軟件。（5）數(shù)字化測(cè)量與分析評(píng)價(jià)軟件。

2.硬件部分建設(shè)

生產(chǎn)線硬件主要包括加工設(shè)備、輔助設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、中央刀庫(kù)、智能夾具等，是生產(chǎn)線制造產(chǎn)品所必需的加工終端，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不同工藝要求的執(zhí)行端。針對(duì)以上硬件建設(shè)需求，集成建設(shè)以下配套系統(tǒng)：（1）生產(chǎn)線過(guò)程控制單元。（2）自動(dòng)化裝卸單元。（3）機(jī)器人傳送與控制單元。（4）機(jī)匣盤(pán)鼓零件自適應(yīng)加工單元。（5）質(zhì)量檢測(cè)單元。（6）自適應(yīng)隨形拋光單元。（7）生產(chǎn)線物料庫(kù)單元。

3.集成系統(tǒng)

通過(guò)生產(chǎn)線集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備、輔助設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、中央刀庫(kù)等設(shè)備之間的物理連接，構(gòu)建可支撐整條生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)資料物流系統(tǒng)。針對(duì)以上能力需求，集成部署以下配套系統(tǒng)：（1）生產(chǎn)線檢測(cè)與控制系統(tǒng)。（2）機(jī)器人傳送與控制系統(tǒng)。（3）智能物料庫(kù)管理系統(tǒng)。（4）智能感應(yīng)裝卸系統(tǒng)。

四、實(shí)施方案

1.復(fù)合型加工系統(tǒng)組建方案

投產(chǎn)智能生產(chǎn)線加工的零件的車削加工與鉆、銑加工的工時(shí)比例約為1:2，選用相同規(guī)格高性能復(fù)合加工中心作為核心生產(chǎn)設(shè)備不僅可以減少設(shè)備需求數(shù)量，更重要的是采用同等規(guī)格機(jī)床組線，設(shè)備之間只有相對(duì)位置的差異，而沒(méi)有性能差異，這樣可使生產(chǎn)線制造柔性最大化。

加工中心將采用高精度的托盤(pán)交換和定位裝置，確保托盤(pán)在不同加工設(shè)備之間都能精準(zhǔn)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)定的定位動(dòng)作和位置坐標(biāo)。同時(shí)在這些設(shè)備上全部加裝在線測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)內(nèi)對(duì)刀裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)工件和刀具幾何參數(shù)的變化，為質(zhì)量信息采集和加工精度控制提供重要的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

2.輔助加工設(shè)備的集成方案

去毛刺機(jī)器人和自動(dòng)清洗（烘干）機(jī)將集成到生產(chǎn)線中，通過(guò)協(xié)調(diào)設(shè)備供應(yīng)商，使其采用與加工設(shè)備相同的托盤(pán)接口，可實(shí)現(xiàn)零件在去毛刺、洗滌等工位的自動(dòng)上下料，進(jìn)一步提高零件生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度。

按照國(guó)家環(huán)保要求，對(duì)于易產(chǎn)生粉塵的去毛刺機(jī)器人將采用全封閉外罩，并配備除塵過(guò)濾裝置，減少對(duì)其他精密設(shè)備、周邊環(huán)境和人員健康的損害。

3.測(cè)量系統(tǒng)的集成方案

生產(chǎn)線將承擔(dān)部分鑄件和焊接件毛坯的生產(chǎn)，這兩種毛坯存在幾何尺寸偏差大、型面變化不規(guī)律的特點(diǎn)，超出機(jī)加設(shè)備的在線測(cè)量裝置的容差范圍，需要使用激光掃描測(cè)量系統(tǒng)。激光掃描測(cè)量機(jī)采用無(wú)接觸光學(xué)測(cè)量技術(shù)，對(duì)于外形尺寸變異范圍較大的零件測(cè)量，更高效、更安全，同時(shí)采用機(jī)械關(guān)節(jié)臂作為運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使測(cè)量范圍更大，測(cè)量方式更為靈活。該設(shè)備還可通過(guò)增加工作臺(tái)和托盤(pán)接收器與托盤(pán)系統(tǒng)連接，進(jìn)而集成到生產(chǎn)線上。而毛坯的測(cè)量數(shù)據(jù)直接傳送給中央控制系統(tǒng)，后臺(tái)程序?qū)⒏鶕?jù)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整加工程序，優(yōu)化加工方案。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是檢驗(yàn)產(chǎn)品幾何精度的必需設(shè)備，但其工作環(huán)境要求較高，特別是對(duì)溫度梯度（空間、時(shí)間的）變化異常敏感，因而不適宜與生產(chǎn)線進(jìn)行硬件連接，而應(yīng)采用相對(duì)獨(dú)立的、封閉工作區(qū)域，但可通過(guò)采用與生產(chǎn)線相同的托盤(pán)接口和傳感器，以及在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與生產(chǎn)線中央控制系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)連接，使生產(chǎn)線中央控制系統(tǒng)可識(shí)別三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)對(duì)象，并獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。

4.智能工裝應(yīng)用方案

針對(duì)每種產(chǎn)品的幾何特征和工藝流程分別設(shè)計(jì)專用的智能夾具，采用零點(diǎn)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)工件在工作托盤(pán)上的準(zhǔn)確定心，精準(zhǔn)執(zhí)行控制系統(tǒng)制定的定位要求；而自動(dòng)液壓夾具技術(shù)可準(zhǔn)確控制零件的夾緊狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速裝夾，滿足生產(chǎn)線運(yùn)行的高效率需求。

5.中央刀庫(kù)設(shè)置方案

根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)需求設(shè)置能容納各類刀具中央刀庫(kù)，通過(guò)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)部刀具運(yùn)輸和管理，采用獨(dú)立運(yùn)輸結(jié)構(gòu)與每臺(tái)機(jī)加設(shè)備的刀庫(kù)連接，可根據(jù)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)度信息，有序、準(zhǔn)確地進(jìn)行刀具配送、補(bǔ)充和更換，而通過(guò)內(nèi)部的位置傳感器采集刀位數(shù)據(jù)，可以動(dòng)態(tài)同步庫(kù)存信息，結(jié)合刀具壽命管理系統(tǒng)和條件設(shè)定，針對(duì)中央控制系統(tǒng)發(fā)布刀具需求信息判斷庫(kù)存條件，采用可視化媒體裝置發(fā)布實(shí)時(shí)的庫(kù)存預(yù)警。

6.生產(chǎn)線集成系統(tǒng)方案

智能生產(chǎn)線的集成將以物流路徑為基礎(chǔ)，通過(guò)運(yùn)輸軌道將加工設(shè)備、輔助設(shè)備、立體托盤(pán)庫(kù)、裝卸站等集成為一個(gè)整體，以工件托盤(pán)作為物流對(duì)象，通過(guò)制定統(tǒng)一的托盤(pán)接口，采用軌道運(yùn)輸車的形式執(zhí)行托盤(pán)在不同設(shè)備之間的移動(dòng)。

運(yùn)輸車、托盤(pán)庫(kù)和托盤(pán)都將安裝位置傳感芯片，向中央控制器上報(bào)實(shí)時(shí)位置信息，使中央控制系統(tǒng)可以通過(guò)掌握托盤(pán)的動(dòng)態(tài)位置信息實(shí)時(shí)跟蹤在制品的加工進(jìn)度和托盤(pán)的空閑情況。

7.智能生產(chǎn)線中央控制系統(tǒng)建設(shè)方案

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線管控信息化。該生產(chǎn)線加工設(shè)備借助現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)以太網(wǎng)線路按TCP/IP協(xié)議直接連入網(wǎng)絡(luò)化DNC系統(tǒng)服務(wù)器。上傳下達(dá)各類運(yùn)行指令、運(yùn)控參數(shù)、NC程序、反饋數(shù)據(jù)、故障信息等信息；通過(guò)RFID/條碼的形式獲取物料、設(shè)備、人員、輔助設(shè)施（包括各種專用工具、安裝/拆卸交換站、數(shù)控輔助轉(zhuǎn)臺(tái)、刀具庫(kù)等）的實(shí)時(shí)位置和狀態(tài)信息；儲(chǔ)存每個(gè)工件開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間，加工工時(shí)、程序版本、所用工具；設(shè)備出錯(cuò)時(shí)，提出警報(bào)，形成帶有錯(cuò)誤信息、發(fā)生時(shí)間、報(bào)警代碼的報(bào)告；生產(chǎn)線出錯(cuò)時(shí)，保證設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行。

設(shè)備狀態(tài)可視化。實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的生產(chǎn)信息隨時(shí)跟蹤查看，并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置電子看板等可視化終端，以三維圖形化方式顯示當(dāng)前各類生產(chǎn)信息。

排產(chǎn)調(diào)度智能化。為了將生產(chǎn)計(jì)劃付諸實(shí)施，對(duì)設(shè)備工裝進(jìn)行智能化改造，系統(tǒng)協(xié)調(diào)和同步包括托盤(pán)和夾具的所有資源的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多品種的支持，提高生產(chǎn)線整體利用率和生產(chǎn)率。

8.生產(chǎn)線總體布局

生產(chǎn)線總體布局如圖所示。

圖 生產(chǎn)線總體布局

五、預(yù)期效益及推廣前景

生產(chǎn)線建設(shè)指導(dǎo)可以極大節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本效益。建立數(shù)字化生產(chǎn)線的總體框架結(jié)構(gòu)，確定核心功能和制造能力，明晰關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，為順利實(shí)施數(shù)字化生產(chǎn)線建立方案減少項(xiàng)目的投資和周期，有效規(guī)避項(xiàng)目實(shí)施過(guò)中存在的成本、進(jìn)度、質(zhì)量及適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)仿真驗(yàn)證，可直接避免生產(chǎn)線建設(shè)失敗或者未能達(dá)到理想預(yù)期的投資失敗。

行業(yè)推廣與應(yīng)用效益。智能生產(chǎn)線建設(shè)是一項(xiàng)跨學(xué)科、跨專業(yè)的系統(tǒng)工程，橫跨機(jī)械、電子、控制等所有的機(jī)械加工專業(yè)領(lǐng)域，目的是在國(guó)家智能制造戰(zhàn)略中主動(dòng)作為，促進(jìn)企業(yè)信息技術(shù)和制造技術(shù)的深度融合發(fā)展，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。該示范項(xiàng)目是智能制造首次在國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)探索和應(yīng)用，將為行業(yè)內(nèi)智能制造研究工作積累大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為其他航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品專業(yè)化智能生產(chǎn)線建設(shè)和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。