淺談智能噴涂生產(chǎn)線在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

孫榮國(guó) 陳岳 李季 談明

摘 要：航空零件具有多品種、小批量、質(zhì)量高、造型復(fù)雜等特性，噴漆質(zhì)量要求嚴(yán)格，工序操作流程復(fù)雜。目前，飛機(jī)零件的噴涂仍以人工操作為主要手段，這樣就會(huì)產(chǎn)生作業(yè)強(qiáng)度大效率不高、材料利用率低噴涂質(zhì)量波動(dòng)大、污染嚴(yán)重對(duì)對(duì)人員身心健康危害性強(qiáng)等弊端，且對(duì)噴涂工人技術(shù)技能要求高，培養(yǎng)優(yōu)秀的噴漆技術(shù)操作人員成本高，周期長(zhǎng)[1]。基于此，本文提出智能噴涂生產(chǎn)線的方案概念，并開展其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用研究并提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：智能噴涂;生產(chǎn)線;應(yīng)用發(fā)展

1前言

航空零件具有多品種、小批量、質(zhì)量高、造型復(fù)雜等特性，噴漆質(zhì)量要求嚴(yán)格，工序操作流程復(fù)雜。目前，主要采用的是人工噴涂的方法開展作業(yè)工作，其主要的局限性為：①油漆噴涂產(chǎn)生的氣體和物化顆粒對(duì)人體危害性高，且工作強(qiáng)度大;②工人技能水平、責(zé)任心有直接決定零件質(zhì)量，波動(dòng)性大，無(wú)法保證統(tǒng)一性標(biāo)準(zhǔn);③作業(yè)效率低，油漆材料利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。急需對(duì)現(xiàn)有工藝流程、作業(yè)模式進(jìn)行升級(jí)改造，以提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率，降低成本與不合格率。

2飛機(jī)零件噴漆現(xiàn)存的主要問(wèn)題

2.1飛機(jī)結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大曲率、多型腔，對(duì)噴涂技術(shù)要求高

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大曲率、多型腔，噴涂技術(shù)要求高：噴槍噴涂的軌跡、距離、速度、角度以及霧化的程度對(duì)噴漆質(zhì)量影響甚大，如果參數(shù)控制不當(dāng)，極易出現(xiàn)過(guò)噴、欠噴、流痕等缺陷，因此對(duì)人員操作的技能要求非常高。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，返修成本是新制過(guò)程的近五倍，其效率、質(zhì)量成本損失巨大。

2.2飛機(jī)結(jié)構(gòu)件具有多品種、小批量、造型復(fù)雜及生產(chǎn)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多品種，小批量的特點(diǎn)決定了噴漆作業(yè)工藝方法變換頻繁，每次更換不同零件時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別（零件編號(hào)，對(duì)應(yīng)的噴漆工藝要求等），需要選擇不同的噴漆工藝作業(yè)方法，人工操作流程繁瑣，對(duì)生產(chǎn)準(zhǔn)備人員要求較高，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，且極易出現(xiàn)過(guò)程的不穩(wěn)定。

2.3噴漆質(zhì)量由操作人的技能所決定，質(zhì)量波動(dòng)性大

傳統(tǒng)的人工噴漆方式，其特點(diǎn)為勞動(dòng)強(qiáng)度大，噴涂環(huán)境對(duì)人員身心健康危害大，長(zhǎng)時(shí)間操作易產(chǎn)生疲勞，影響作業(yè)質(zhì)量，對(duì)噴涂工人技術(shù)技能要求高。此外，培養(yǎng)優(yōu)秀的噴漆技術(shù)操作人員成本較高，一般需要5至10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，噴漆過(guò)程受操作人員因素影響較大，質(zhì)量波動(dòng)性大[2]。

2.4涂料利用率低，對(duì)環(huán)境影響大

人工噴涂作業(yè)時(shí)，噴射角度、距離工件的距離、工件結(jié)構(gòu)面的噴射時(shí)間難易精確控制把握，行走軌跡、速度不固定（隨意性），扇形疊加量一致性難以控制，過(guò)噴、欠噴及無(wú)效噴涂現(xiàn)象不可避免，涂料定額不精準(zhǔn)、利用率低下，導(dǎo)致噴涂材料浪費(fèi)嚴(yán)重。

2.5噴漆作業(yè)效率、一次合格率不高

人工噴漆作業(yè)時(shí)，由于存在人員精力、情緒等因素影響，無(wú)法保證長(zhǎng)時(shí)間高質(zhì)量的精準(zhǔn)操作。且人工操作存在的人員轉(zhuǎn)換，及多班次生產(chǎn)對(duì)人員的需求，既增加制造成本，又由于過(guò)程的波動(dòng)（能力指數(shù)過(guò)低）造成生產(chǎn)效率不高。

3智能噴涂生產(chǎn)線的應(yīng)用研究

噴漆自動(dòng)化、使用智能技術(shù)替代人工操作是大勢(shì)所趨，作為一種先進(jìn)智能化涂裝生產(chǎn)線，不僅顯著提高工業(yè)生產(chǎn)率、涂裝質(zhì)量、涂裝材料利用率、降低質(zhì)量成本，改善了工人的勞動(dòng)安全環(huán)境，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化技術(shù)升級(jí)的目標(biāo)。

智能化噴漆生產(chǎn)線由智能化機(jī)器人系統(tǒng)和視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)組成，可以完成視覺(jué)識(shí)別、自適應(yīng)控制技術(shù)的建立，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)視覺(jué)識(shí)別（識(shí)別零件位置、輪廓、噴涂情況，作業(yè)指標(biāo)工藝參數(shù)作業(yè)規(guī)范），并根據(jù)所識(shí)別的零件特性，自動(dòng)調(diào)取程序，用以控制機(jī)器人噴涂單元的運(yùn)動(dòng)軌跡、速率，噴涂的距離、角度、距離等參數(shù)，可有效避免過(guò)噴、欠噴及無(wú)效噴涂現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量、低成本的智能化噴漆，滿足航空零件噴漆加工的穩(wěn)定生產(chǎn)[3]。

智能化噴漆生產(chǎn)線把數(shù)字化的制造手段運(yùn)用到噴漆制造過(guò)程中，建立零件數(shù)字化加工流程，把視覺(jué)識(shí)別功能應(yīng)用到復(fù)雜零件的外形、結(jié)構(gòu)形式的識(shí)別過(guò)程中，以適應(yīng)高質(zhì)量、多品種、小批量、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件以及新機(jī)快速研制和生產(chǎn)的需求。同時(shí)，噴漆自動(dòng)化產(chǎn)線的建立，可在縮短零件的交付制造周期、降低制造成本和對(duì)人員對(duì)技能要求、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高噴漆質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)環(huán)保指標(biāo)等方面取得明顯成效，也可為其他領(lǐng)域該技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒和示范作用。

4預(yù)期產(chǎn)生的效益

4.1經(jīng)濟(jì)效益

4.1.1直接經(jīng)濟(jì)效益：

噴漆作業(yè)是飛機(jī)零件交付的最后一道工序，噴漆作業(yè)的速率和質(zhì)量直接影響整個(gè)零件生產(chǎn)加工生命周期的長(zhǎng)短，也直接影響交付型號(hào)客戶的時(shí)間周期，甚至?xí)婕昂娇掌髽I(yè)客戶整機(jī)的研制生產(chǎn)周期，具有及其重要的地位。主要為企業(yè)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益如下：

①使庫(kù)存由10天降到4天，以庫(kù)存平均管理費(fèi)用500萬(wàn)元計(jì)，年節(jié)省資金300萬(wàn)元;

②交付周期由15天降至5天，以每年1000萬(wàn)營(yíng)業(yè)額計(jì)，年預(yù)增效益1000萬(wàn)以上;

③減少工時(shí)的損失，使勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高，生產(chǎn)效率提高三倍以上，經(jīng)濟(jì)效益增加500萬(wàn)/年;

④節(jié)省了生產(chǎn)和非生產(chǎn)勞動(dòng)力;

噴漆操作工人，由6名減少至3名，生產(chǎn)效率由350件/人*天，提高為1000件/人*天.

⑤降低成本，減少消耗;

自動(dòng)噴漆可有效降低油漆材料損耗量，預(yù)計(jì)每年節(jié)省材料成本100萬(wàn)元。

4.1.2間接經(jīng)濟(jì)效益

①企業(yè)管理水平進(jìn)一步提高，人力資源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，人員素質(zhì)進(jìn)一步提升，安全生產(chǎn)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任意識(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)，誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)水平進(jìn)一步提高;

②提高企業(yè)信譽(yù)與知名度，擴(kuò)大影響力，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2社會(huì)效益

4.2.1社會(huì)責(zé)任

項(xiàng)目成果將進(jìn)一步提升企業(yè)為客戶交付品質(zhì)及速率，提升企業(yè)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品加工能力，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，為我國(guó)航空事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提供內(nèi)生動(dòng)力，并保證縮小我國(guó)與國(guó)外航空企業(yè)的差距。促進(jìn)我國(guó)飛機(jī)制造模式向數(shù)字化制造方式轉(zhuǎn)變，并為其它行業(yè)的制造技術(shù)轉(zhuǎn)型提供借鑒，為鈑金零件制造模式從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)型制造模式轉(zhuǎn)變提供參考，為航空企業(yè)軍、民機(jī)的研制做好技術(shù)積淀。

4.2.2 GDP貢獻(xiàn)

隨著噴漆智能產(chǎn)線的建立，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，增加企業(yè)生產(chǎn)能力，為企業(yè)增加營(yíng)業(yè)收入，進(jìn)而提升企業(yè)的利稅指標(biāo)20%。

4.2.3環(huán)保的貢獻(xiàn)

噴漆作業(yè)的主要環(huán)保危害有三個(gè)方面：大氣污染、油料污染及對(duì)人體的危害等。噴漆智能產(chǎn)線采用全封閉的噴涂模式，廢氣經(jīng)多級(jí)過(guò)濾可以達(dá)到高品質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。油漆材料由專門的回收系統(tǒng)進(jìn)行回收利用或者經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范處置。避免人體與噴漆作業(yè)多直接接觸，減少或避免人體吸入或接觸油漆的可能性，提高加工安全。

4.2.4另外，實(shí)現(xiàn)噴漆自動(dòng)化（機(jī)器換人）可以避免諸如新冠疫情等不可抗因素的影響下的企業(yè)復(fù)工難、招工難、培養(yǎng)合格的技術(shù)工人周期長(zhǎng)成本高等眾多疼點(diǎn)，保障企業(yè)有序生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而為我國(guó)的航空工業(yè)，提供源源不斷的優(yōu)質(zhì)的零部件產(chǎn)品支持，為保證國(guó)家重大型號(hào)任務(wù)的完成提供技術(shù)支持。

5結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)航空復(fù)雜零件噴涂的現(xiàn)狀及主要存在的問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致的分析與研究，梳理了影響零件噴涂質(zhì)量、效率及一次合格率的各種原因，并針對(duì)上述問(wèn)題和原因進(jìn)行了針對(duì)性的科研攻關(guān)，提出了基于智能仿真噴漆模型、視覺(jué)識(shí)別、自適應(yīng)控制技術(shù)為一體的適用性強(qiáng)、質(zhì)優(yōu)、效率高的智能噴涂產(chǎn)線的概念設(shè)計(jì)，以推動(dòng)航空零部件的噴涂作業(yè)智能化改造升級(jí)，為接下來(lái)產(chǎn)線的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)提供理論支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘力，高偉強(qiáng)，劉建群，張淦.基于云計(jì)算的噴涂機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷系統(tǒng)的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2019，12月第12卷：53-57.

[2]侯福來(lái).新型噴漆機(jī)器人的分析、規(guī)劃與仿真研究[D].江蘇：江蘇大學(xué)，2014，2-7.

[3]陳奇峰.噴漆機(jī)器人漆膜厚度控制方法與工藝研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2009，8.

作者簡(jiǎn)介：

孫榮國(guó)（1981—），男，漢族，遼寧東港人，現(xiàn)就職于沈陽(yáng)航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：航空技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究。