航空發(fā)動機制造數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺建設(shè)

■ 袁園 程世揚 / 中國航發(fā)南方

數(shù)字化檢測系統(tǒng)的構(gòu)建以質(zhì)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運行狀態(tài)監(jiān)控、預(yù)警、分析和決策支持的展示，以直觀的形式對航空發(fā)動機零部件生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制進行整體監(jiān)控。

在“數(shù)智航發(fā)”建設(shè)的背景下，中國航發(fā)南方以智能制造作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點方向，持續(xù)推進航空發(fā)動機零部件生產(chǎn)過程向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。根據(jù)航空發(fā)動機制造企業(yè)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，中國航發(fā)南方的數(shù)字化檢測系統(tǒng)為航空發(fā)動機零部件生產(chǎn)的質(zhì)量協(xié)同控制提供技術(shù)保障。

數(shù)字化檢測系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

結(jié)合航空發(fā)動機的軸、葉片、機匣等關(guān)鍵重要零部件的工藝特點，圍繞中國航發(fā)運營管理系統(tǒng)（AEOS）生產(chǎn)制造體系的建設(shè)，以質(zhì)量控制的“精準(zhǔn)執(zhí)行、狀態(tài)感知、實時分析、優(yōu)化決策”為方針，中國航發(fā)南方確立了建設(shè)面向生產(chǎn)過程自主決策數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺的目標(biāo)，見圖1：以產(chǎn)品質(zhì)量及保障過程全面提升為基礎(chǔ)，融合自動化、信息化、人工智能，實現(xiàn)檢驗工藝單一來源，檢驗任務(wù)統(tǒng)一調(diào)度執(zhí)行，過程質(zhì)量參數(shù)實時監(jiān)控，質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測；實現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量控制能力提升工作；從檢驗規(guī)范資源庫、智能化編程與仿真、檢驗業(yè)務(wù)執(zhí)行與管理、過程質(zhì)量預(yù)警與監(jiān)控、質(zhì)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析與反饋等方面展開數(shù)字化檢測系統(tǒng)建設(shè)。

圖1 航空發(fā)動機零部件生產(chǎn)過程數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺建設(shè)目標(biāo)

數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺設(shè)計

為實現(xiàn)上述建設(shè)目標(biāo)，數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺建設(shè)緊密結(jié)合“數(shù)智航發(fā)”建設(shè)規(guī)劃，搭建企業(yè)級檢驗、檢測一體化信息平臺，實現(xiàn)端到端的透明化檢測管理。在建設(shè)過程中，中國航發(fā)南方采用了高效自動化檢測、檢測程序編制、檢驗智能執(zhí)行、檢驗/檢測設(shè)備互聯(lián)互通、數(shù)字化檢驗業(yè)務(wù)自動流轉(zhuǎn)、質(zhì)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析和生產(chǎn)過程質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)，進行了全面的規(guī)劃和部署，見圖2。

圖2 系統(tǒng)平臺總體設(shè)計

數(shù)字化檢驗工藝管理

檢驗工藝的管理主要包括產(chǎn)品制造信息（PMI）標(biāo)注規(guī)范資源庫、基于模型定義（MBD）的檢驗規(guī)劃和測量程序智能編制與仿真等關(guān)鍵技術(shù)。

PMI標(biāo)注規(guī)范資源庫

根據(jù)檢測模型信息定義規(guī)定了PMI標(biāo)注規(guī)范，確保接收到的三維模型不會出現(xiàn)信息丟失與偏離。搭建標(biāo)注樣式數(shù)據(jù)庫，能夠根據(jù)零件識別模型及特征數(shù)據(jù)庫對已有標(biāo)注進行學(xué)習(xí)，根據(jù)標(biāo)注樣式數(shù)據(jù)庫對新零件進行自動標(biāo)注。

MBD檢驗規(guī)劃

檢驗規(guī)劃是制造過程質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，是每一檢測環(huán)節(jié)的起點和依據(jù)。可通過解析三維MBD 模型獲取機構(gòu)化檢驗要求信息，自動生成檢驗規(guī)劃。檢驗規(guī)劃的自動生成的流程具體包括PMI 標(biāo)注解析、標(biāo)注信息的表達與提取，以及標(biāo)注信息與幾何信息關(guān)聯(lián)關(guān)系的表達與提取等。

測量程序智能編制與仿真

結(jié)合航空發(fā)動機精密零部件進行檢測工藝規(guī)劃，研究和開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實的MBD智能編程技術(shù)，完成檢驗環(huán)境的虛擬化及編程人員的快速交互，完成模擬現(xiàn)實檢測設(shè)備狀態(tài)、仿真檢測環(huán)境及檢測過程。

統(tǒng)一任務(wù)調(diào)度業(yè)務(wù)

建設(shè)各生產(chǎn)中心數(shù)字化檢測系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度業(yè)務(wù)平臺，主要應(yīng)從計劃、排程、執(zhí)行、監(jiān)控等幾個方面著手實施。

計劃：檢測任務(wù)計劃管理可以按照需要創(chuàng)建，并對測量信息進行必要描述，任務(wù)可自動分解并下發(fā)至相應(yīng)的檢測臺或者工位進行測量。

排程：實現(xiàn)任務(wù)的資源分配及任務(wù)自動下發(fā)，系統(tǒng)提供預(yù)先定義的指派規(guī)則，對待檢任務(wù)按照資源中心（測量人員、測量設(shè)備、測量工位等）進行自動排程；支持測量、檢測等預(yù)置優(yōu)先級，根據(jù)優(yōu)先級自動排列檢測順序；支持相關(guān)人員可以在線調(diào)整測量優(yōu)先級，調(diào)整后全部測量需求會按照新的優(yōu)先級順延。

執(zhí)行：系統(tǒng)執(zhí)行端將會根據(jù)任務(wù)排成關(guān)聯(lián)的測量程序或檢驗計劃，自動選擇相應(yīng)的測量執(zhí)行端并調(diào)用程序自動運行，測量軟件執(zhí)行完畢后，測量端將自動報告工作情況，記錄測量員的工時信息，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)自動上傳與存儲。

監(jiān)控：實時地監(jiān)控檢測任務(wù)的執(zhí)行情況，對測量任務(wù)的全過程進行監(jiān)控，合理分配檢測資源，提高設(shè)備的使用效率，提升檢測的整體執(zhí)行效率。

檢驗數(shù)據(jù)采集與標(biāo)準(zhǔn)

針對航空發(fā)動機關(guān)鍵重要零部件生產(chǎn)過程中檢驗檢測需求，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)采集、傳輸和判定，并自動生成檢驗表單。為實現(xiàn)檢測設(shè)備數(shù)據(jù)自動采集、規(guī)范結(jié)構(gòu)化存儲，制定檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集規(guī)范——高級質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式（AQDEF）。AQDEF從多零件層、參數(shù)層、數(shù)值層等多維度定義零件質(zhì)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，確保不同系統(tǒng)之間能夠進行數(shù)據(jù)交換。

檢驗過程質(zhì)量參數(shù)預(yù)警與監(jiān)控

檢驗過程質(zhì)量參數(shù)的預(yù)警與監(jiān)控主要包括對產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)的實時預(yù)警和監(jiān)控。

產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)實時監(jiān)控預(yù)警

根據(jù)對葉片、機匣、轉(zhuǎn)軸等生產(chǎn)中心的測量設(shè)備進行調(diào)研與論證，針對每臺測量設(shè)備特點，研究了質(zhì)量數(shù)據(jù)實時監(jiān)控預(yù)警軟件模塊，實現(xiàn)了以下功能：在數(shù)據(jù)采集過程中，系統(tǒng)可以實時查看尺寸控制圖，并根據(jù)判異準(zhǔn)則進行實時預(yù)警；單臺設(shè)備檢測出異常數(shù)據(jù)時，可關(guān)聯(lián)該數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常的原因、應(yīng)采取的措施等附屬信息；檢測數(shù)據(jù)可按生產(chǎn)單元分布，以警報形式被監(jiān)控。

設(shè)備運行狀態(tài)實時監(jiān)控預(yù)警

充分考慮檢測設(shè)備實際狀態(tài)，實現(xiàn)對檢測設(shè)備運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)進行實時監(jiān)控預(yù)警，為質(zhì)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析和質(zhì)量問題根因分析奠定基礎(chǔ)，具體包括設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備運行環(huán)境實時監(jiān)控。

數(shù)據(jù)智能精準(zhǔn)分析

結(jié)合航空發(fā)動機零部件制造過程中檢驗工藝和零件數(shù)據(jù)的實際特點，根據(jù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備基礎(chǔ)、人員技能水平等，分4個階段逐步推進檢測數(shù)據(jù)的智能、精準(zhǔn)分析，見圖3。

圖3 分階段開展檢測數(shù)據(jù)智能、精準(zhǔn)分析

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段主要進行測量系統(tǒng)分析。為了保證測量結(jié)果的可靠性，實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析，設(shè)計一個用于評估和考核測量系統(tǒng)及其程序和方法的完整工具包。測量系統(tǒng)分析工具需同時支持計量型和計數(shù)型數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng)分析。

成熟分析導(dǎo)入階段

此階段主要進行質(zhì)量數(shù)據(jù)多維度可視化分析?；诓杉降臋z測數(shù)據(jù)及其相關(guān)的附加數(shù)據(jù)（如人、機、料、法、環(huán)、測等），將數(shù)據(jù)從多個維度進行分層后可視化，分析檢測數(shù)據(jù)與過程因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，幫助質(zhì)量分析人員查找過程波動或者質(zhì)量問題的潛在原因。

進階分析階段

此階段主要進行多品種小批量產(chǎn)品統(tǒng)計過程控制（SPC）。多品種小批量SPC相對于常規(guī)產(chǎn)品SPC，需要對相同過程不同規(guī)格的質(zhì)量特性進行成組，并將不同規(guī)格的質(zhì)量特性的數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理整合，以解決SPC應(yīng)用數(shù)據(jù)量不夠的問題。在充分了解航發(fā)南方公司關(guān)鍵零部件加工工藝、檢測過程及抽樣方案后，制訂相應(yīng)的多品種小批量SPC分析方案。

高階分析階段

此階段主要進行質(zhì)量數(shù)據(jù)優(yōu)化提升分析。利用統(tǒng)計建模技術(shù)，建立質(zhì)量數(shù)據(jù)優(yōu)化分析模型，對航空發(fā)動機零部件制造過程潛在的質(zhì)量問題進行診斷，并及時采取必要的糾正措施，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的質(zhì)量優(yōu)化提升分析與反饋控制。

結(jié)束語

中國航發(fā)南方基于信息化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字化檢測系統(tǒng)平臺，為企業(yè)質(zhì)量管理提供了有力的數(shù)據(jù)支持。通過建立滿足企業(yè)制造過程質(zhì)量要求的控制流程及業(yè)務(wù)模板，轉(zhuǎn)變企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量管理模式，改善質(zhì)量系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)環(huán)境。檢驗檢測人員通過此平臺開展日常的質(zhì)量管理、協(xié)同監(jiān)控等工作，提高了質(zhì)量事件處理的規(guī)范性和作業(yè)處理效率。