航空工業(yè)復合材料車間的數字化管控方案淺析

孟慶華 周娟

摘要：我國航空工業(yè)復合材料車間目前在數字化、信息化方面仍處在較低水平，本文分析了航空工業(yè)復合材料車間數字化管控的難點，總結了航空工業(yè)復合材料車間數字化管控的主要技術要求，并提出了航空工業(yè)復合材料車間數字化管控的技術方案。

關鍵詞：航空工業(yè);復合材料車間;數字化管控

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0219-02

0 引言

復合材料用量已經成為航空結構先進性的重要標志，復合材料技術已成為影響飛機發(fā)展的關鍵技術之一[1-3]。我國航空工業(yè)復合材料技術經過數十年發(fā)展，已經掌握了大量先進復合材料零件制造技術，但是與國際先進復合材料制造水平相比，我國航空工業(yè)復合材料零件制造技術在自動化、數字化制造方面與國際先進水平尚存在較大差距。

1 航空工業(yè)復合材料車間數字化管控的目的和意義

我國航空工業(yè)復合材料車間（以下簡稱“復材車間”）現有任務特點為“多品種、小批量”，車間管控主要采用人工方式，存在管理效率低、設備利用率低、現場管理混亂、能耗高等問題。隨著我國航空工業(yè)快速發(fā)展，復材零件產能將大幅增加，復材車間任務將逐漸轉變?yōu)椤岸嗥贩N、大批量”。復材車間傳統(tǒng)管控模式將無法滿足要求，嚴重制約航空工業(yè)復合材料發(fā)展。采用復材車間的數字化管控，能夠大幅提高車間生產效率、生產產能及零件制造質量，故本文對復材車間數字化管控方案進行初步研究分析。

2 復材車間數字化管控的難點分析

復材車間因其獨特的制造特點，其數字化管控難點與數控車間、裝配車間等差異較大，復材車間數字化管控的難點主要如下：

（1）復材車間生產現場各類工序多且工序差別內容大，實現各類工序的數字化管控難度大;（2）車間內物流涉及種類多，物流量大，實現對物流遠程監(jiān)控、高效調度的難度較大;（3）復材車間管理部門較多，對各部門進行統(tǒng)一的數字化管理難度較大;（4）車間動力使用種類多、消耗量大，對各類動力設備的數據采集、遠程集中控制難度較大。

3 復材車間數字化管控的主要方案分析

復材車間進行數字化管控模式建設，需考慮復材車間特點和數字化管控難點，并充分利用數字化技術、信息化技術、自動化技術等，對復材車間零件信息、生產現場、物流系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)及動力系統(tǒng)等進行數字化管控，主要方案如下：

3.1 零件信息的數字化

零件采用三維數字化設計手段進行設計，并以三維數模形式在車間進行信息傳遞，是實現復材零件數字化制造的基礎條件。零件信息的數字化主要是采用計算機輔助設計軟件實現，復材零件的數字化設計是復材車間數字化運行的基礎。復材車間在零件數字化模型基礎上進行進一步的分解、設計、仿真，指導車間制造。

（1）復材車間需要使用的CAD軟件主要為CATIA、FiberSim等。（2）鋪疊和固化是影響復材零件質量、生產效率的核心工序，復材車間主要使用的CAE軟件為自動鋪帶仿真軟件、固化仿真軟件等。

3.2 車間生產現場運行的數字化管控

3.2.1 手工工序方面

鑒于復材車間手工工序自身的特殊性，此類工序無法完全做到數字化，需利用外部數字化輔助手段對手工工序進行數字化改造，實現制造信息、管理信息等的現場查看，以及工序現場生產狀態(tài)、緊急情況的實時上傳。根據現有信息技術，車間手工工序數字化管控主要措施包括：

（1）根據工位數量、工作狀況設置一定的電子看板，看板上能夠查看生產計劃、派工、生產統(tǒng)計等信息;（2）設置一定數量現場工作計算機，實時查看零件數模信息、制造工藝信息等，并能夠將現場生產狀態(tài)、緊急情況、人員動態(tài)等信息及時輸入至計算機內數字化系統(tǒng)中;（3）設置工序生產監(jiān)控，對手工工序現場進行監(jiān)控。

3.2.2 數控工序方面

復材車間數控工序的管控是以數控設備為基礎，實現數控工序的數據采集、遠程監(jiān)測、遠程控制等。復材車間數控工序的種類較多，包括自動鋪放工序、數控加工工序、固化工序、檢測工序等，不同數控工序的數字化管控方案不同，需要專門研究并形成可行的集成方案。

3.3 車間物流系統(tǒng)的數字化管控

采用數字化、自動化物流工具，實現對零件、工裝、運輸工具等車間物流情況進行跟蹤監(jiān)控。

3.3.1 運輸方式的數字化改造

復材車間物流主要包括零件物流、工裝物流和配套物資物流等，各類物流差異較大。針對復材車間各類物流，不同自動化運輸方式的適用性分析如下：

（1）AGV車能夠通過自動導引裝置，沿規(guī)定的導引路徑運動行駛，特別適合于復材車間大型復材零件、工裝的運輸;（2）智能吊掛機構運輸：上部吊掛機構根據復材車間制造工藝路徑，在車間上部設置軌道，貫通車間各個工序，適合于零件種類和工藝相對固定的中小型零件制造車間。

3.3.2 復材車間物流數字化管控方案

為實現對復材車間內物流數據進行監(jiān)控，目前可以采用的技術主要包括RFID 技術和光學條碼掃描技術。車間各類物流監(jiān)控手段采集的數據實時收集并傳輸反饋至物流管理軟件系統(tǒng)。在物流管理軟件系統(tǒng)中能夠實時查看零件、工裝、運輸工具等的位置、流轉信息，并能夠統(tǒng)計分析物流狀況、流轉效率、暢通度等。通過數字化、自動化運輸工具，以及精確物流監(jiān)控手段，共同構建復材車間物流數字化管控方案。

3.4 車間生產管理的數字化

為實現復材車間數字化管控，需要將數字化、信息化軟件系統(tǒng)融入到復材車間，主要包括：ERP、MES、PDM、DNC/MDC等。數字化管理軟件系統(tǒng)是復材車間數字化管控的核心和靈魂，也是決定復材車間數字化管控成功與否的關鍵。

通過數字化管理軟件、硬件系統(tǒng)與車間零件設計、生產現場、物流系統(tǒng)等互聯互通，形成一個覆蓋車間各層面、高度聯通的數字化管控信息系統(tǒng)。

3.5 動力系統(tǒng)的數字化管控

復材車間生產涉及潔凈生產、熱加工工藝、冷加工工等，車行間動力需求種類多、用量大。為實現車間數字化管控，需要對車間動力系統(tǒng)進行數字化管控，主要如下：

（1）暖通系統(tǒng)：包括冷熱媒系統(tǒng)、空調機、通風機的遠程監(jiān)測、控制;（2）氮氣、壓縮空氣系統(tǒng)：對空壓機、制氮機、儲氣罐等設備遠程監(jiān)測、控制，并對使用氮氣、壓縮空氣的工藝設備終端進行壓力、流量的遠程監(jiān)測、控制;（3）循環(huán)冷卻水：對制冷設備、水泵等設備遠程監(jiān)測、控制，并對使用循環(huán)冷卻水的工藝設備終端進行壓力、流量的遠程監(jiān)測、控制;（4）電氣：對車間內工藝設備、動力設備的用電信息進行遠程檢測、統(tǒng)計分析，并能夠實現對設備的遠程控制。

4 結語

本文介紹了復材車間特點、數字化管控要求，研究分析了復合材料車間各個方面實現數字化管控的方案，能夠為復材車間數字化管控建設提供有力支撐。

參考文獻

[1] 劉代軍，陳亞莉.先進樹脂基復合材料在航空工業(yè)中的應用[J].材料工程，2008（l1）：194-198.

[2] 杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報，2007，24（1）：1-12.

[3] 杜善義.復合材料和航空航天[J].復合材料學報，2008，22（1）：1-7.