■ 中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 楊金發(fā) 張 軍 韓德印 趙天楊

發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造淺析

■ 中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 楊金發(fā) 張 軍 韓德印 趙天楊

技術(shù)中心工藝所高級(jí)工程師 楊金發(fā)

智能制造涵蓋的范圍很廣泛，包括智能制造技術(shù)、智能制造裝備、智能制造系統(tǒng)和智能制造服務(wù)等，衍生各種各樣的智能制造產(chǎn)品。

1. 智能制造的特點(diǎn)

智能制造是先進(jìn)傳感、儀器、監(jiān)測(cè)、控制和過程優(yōu)化的技術(shù)和實(shí)踐的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實(shí)時(shí)管理。

智能制造是在網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化基礎(chǔ)上融入人工智能和機(jī)器人技術(shù)，形成的人機(jī)物深度交互與融合的新一代制造系統(tǒng)。

智能制造要求能準(zhǔn)確感知企業(yè)、車間和設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)獲取的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析；執(zhí)行決策，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、車間和生產(chǎn)線的運(yùn)行做出調(diào)整；按照設(shè)定的規(guī)則，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，自主做出判斷和選擇。產(chǎn)品個(gè)性化、定制批量化、流程虛擬化、工廠智能化及物流智慧化將成為新趨勢(shì)。

2. 夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，應(yīng)用高性能數(shù)控設(shè)備

作為切削加工的主體之一，刀具在解決航空材料的加工難題中起著至關(guān)重要的作用。先進(jìn)的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。

（1）開展高效切削技術(shù)研究。新型航空材料的不斷涌現(xiàn)，如彌散強(qiáng)化鈦合金、粉末高溫合金材料大量應(yīng)用。現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)對(duì)高速、高效和高精度加工的要求使得硬質(zhì)合金刀具、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具的應(yīng)用比例大幅提高。刀具質(zhì)量穩(wěn)定、精度高，可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀片各批次產(chǎn)品尺寸精度分散性能控制在一定范圍內(nèi)，成形刀具精度應(yīng)能完全滿足加工部位要求。能針對(duì)風(fēng)扇機(jī)匣、渦輪機(jī)匣、渦輪盤、風(fēng)扇盤、長(zhǎng)軸、葉片及葉輪等典型關(guān)鍵零部件，提供有效的解決方案。

刀具企業(yè)強(qiáng)化刀具技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)應(yīng)著眼于建立刀具學(xué)科分析模型和多學(xué)科優(yōu)化模型，開展系列刀具的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究。開發(fā)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓冷卻系統(tǒng)、減振刀具等新型刀具產(chǎn)品，滿足高溫材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、薄壁零件加工的需求。

（2）發(fā)展并應(yīng)用先進(jìn)數(shù)控設(shè)備。目前，國(guó)外增材制造技術(shù)與裝備快速發(fā)展，復(fù)合機(jī)床功能強(qiáng)勁，成為機(jī)床門類中的重要組成部分；在精度穩(wěn)定性與保持性方面，加工系統(tǒng)溫升的抑制與控制技術(shù)日益得到重視并取得進(jìn)展；高效與自動(dòng)化——雙主軸、多主軸和多刀塔機(jī)床發(fā)展迅速；智能技術(shù)深入發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)正在走向更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)床正在向無人操作的目標(biāo)前進(jìn)。一批與具有視覺、力覺、全角度、高速和大質(zhì)量抓取的機(jī)器人或機(jī)械臂集成的機(jī)床產(chǎn)品，充分顯現(xiàn)了二者融合帶來的巨大進(jìn)步和發(fā)展前景。

智能技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的前沿技術(shù)，智能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，使機(jī)床改變了原有的面孔（見圖1、圖2），具備感知、會(huì)分析思考、能主動(dòng)應(yīng)對(duì)處理加工過程中出現(xiàn)的變化，能夠主動(dòng)對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行處理等特點(diǎn)，使得人機(jī)關(guān)系更加融洽和友好，并推動(dòng)機(jī)床自動(dòng)化水平進(jìn)入到更高的階段。智能技術(shù)的發(fā)展主要集中在兩個(gè)方面：加工過程中對(duì)變化因素的實(shí)時(shí)處理；通過數(shù)控系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和專用軟件，提供編程、機(jī)床調(diào)整、加工、操作及維護(hù)等智能化的幫助與指導(dǎo)，具有智慧與技術(shù)的內(nèi)涵。

圖1 復(fù)合加工中心

圖2 柔性制造單元

發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)對(duì)數(shù)控設(shè)備的要求。①具有先進(jìn)性：即要求設(shè)備具有數(shù)字化和前沿性的特征，軟件功能強(qiáng)大，自動(dòng)化程度高。②具有集成性：減少附加設(shè)備，設(shè)備高度集成，簡(jiǎn)化工序。③具備高度柔性：設(shè)備通用程度高，生產(chǎn)適用性強(qiáng)。④具備高精度與加工穩(wěn)定性：設(shè)備需具備精度高、精度保持時(shí)間長(zhǎng)和技術(shù)成熟度高等特點(diǎn)，故障率低。

3. 應(yīng)用高性能加工技術(shù)

數(shù)控設(shè)備高級(jí)功能的開發(fā)，提高數(shù)控設(shè)備的加工效率，最大限度地發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的優(yōu)越性是提高加工技術(shù)水平的必由之路。

（1）進(jìn)行高性能加工工藝研究，依托先進(jìn)數(shù)控設(shè)備最大程度地集中完成同一臺(tái)設(shè)備上能夠加工的零件尺寸，工藝路線最短，刀具軌跡最優(yōu)。

（2）開展零件快速裝夾技術(shù)研究，提高加工系統(tǒng)的剛性，減少零件的加工變形。

（3）進(jìn)行無人干預(yù)加工技術(shù)研究，通過對(duì)工藝、程序、設(shè)備和刀具的綜合技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)典型零件的無人干預(yù)加工，使部分零件具備“一人多機(jī)”的技術(shù)保障能力。

（4）開展切削軌跡及參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究，通過合理規(guī)劃走刀路徑，提高發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工效率。

4. 強(qiáng)化信息化技術(shù)研究

開展基于PDM系統(tǒng)的工藝實(shí)現(xiàn)過程技術(shù)研究，探索基于PDM平臺(tái)的工藝設(shè)計(jì)、程序編制與仿真和產(chǎn)品研制全過程數(shù)據(jù)管理的途徑， 開展信息系統(tǒng)集成技術(shù)探索，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息集成。

5. 強(qiáng)化數(shù)字化制造技術(shù)研究

開展快速編程技術(shù)研究，設(shè)計(jì)以工序模型為基礎(chǔ)的典型編程模塊，建立刀具和切削參數(shù)庫(kù)，通過UG軟件將兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)、快速編程，提高編程效率和質(zhì)量。開展防錯(cuò)技術(shù)研究，開發(fā)坐標(biāo)系防錯(cuò)、刀補(bǔ)防錯(cuò)、主軸功率監(jiān)控及刀具破損檢測(cè)等設(shè)備防錯(cuò)功能，優(yōu)化仿真軟件的防錯(cuò)功能，實(shí)現(xiàn)編程、仿真和加工全方位的技術(shù)防錯(cuò)，降低出錯(cuò)率。

6. 強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，注重知識(shí)積累

智能制造的興起是科學(xué)發(fā)展的綜合化趨勢(shì)，也呈現(xiàn)出現(xiàn)代高新技術(shù)相互交叉與集成的特點(diǎn)，是工業(yè)化和信息化深度融合的必然結(jié)果。航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造的基礎(chǔ)是知識(shí)創(chuàng)新，如何將企業(yè)自身的數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)進(jìn)行歸納、整理，如何吸收、融合與集成外部的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)與智慧，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，成為智能制造發(fā)展的關(guān)鍵。智能制造的發(fā)展將對(duì)航空制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要作用，成為發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)跨越式發(fā)展的的巨大引擎。

7. 結(jié)語(yǔ)

先進(jìn)的航空專用裝備的工程應(yīng)用滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)制造的高效和無縫連接的高質(zhì)量要求。全自動(dòng)化集成控制技術(shù)的研發(fā)代替人工工藝流程已走上應(yīng)用舞臺(tái)。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與自主創(chuàng)新緊密結(jié)合起來，是提高智能制造水平的有效途徑。