王北平，韓 冬，李俊峰，王兆楠，張 巖

(西安航天動力機械有限公司，西安 710025)

0 引言

強力旋壓技術加工精度高、制品性能優(yōu)良，現(xiàn)已廣泛用于固體火箭發(fā)動機金屬殼體制造領域。旋壓加工作為一個時變復雜、非線性過程，產(chǎn)品質(zhì)量影響因素多，再加上金屬材料彈塑性變形規(guī)律復雜和旋壓設備系統(tǒng)剛性的不確定性，導致旋壓產(chǎn)品在線加工精度控制難度大。傳統(tǒng)旋壓工藝對經(jīng)驗依賴性強，甚至還需要反復進行“試制→檢驗→再試制→再檢驗”的迭代優(yōu)化試驗，研制周期長、效率低，難以滿足現(xiàn)代國防工業(yè)對軍工裝備的高精度、高可靠、高效率制造發(fā)展要求?，F(xiàn)階段的智能制造技術已將數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術集成應用于產(chǎn)品工藝設計、生產(chǎn)管理和服務的全生命周期，能夠在制造過程中進行感知、分析、推理、決策與控制，實現(xiàn)產(chǎn)品需求的動態(tài)響應。強力旋壓機作為薄壁筒形件制造的關鍵設備，現(xiàn)階段還不具備在線工況感知、分析與決策等智能化特征。

智能化設計與制造是未來固體火箭發(fā)動機的重要發(fā)展方向[1]。旋壓加工技術作為一種固體火箭發(fā)動機重要構件的關鍵加工技術，現(xiàn)就航天產(chǎn)品旋壓如何智能化制造、研發(fā)工作如何開展等提出初步設想。

1 旋壓智能制造技術發(fā)展設想

按照文獻[1]對固體火箭推進技術的智能化發(fā)展建議，金屬材料加工領域也應積極謀劃旋壓智能制造行業(yè)布局，大力推進智能加工技術在固體火箭發(fā)動機制造中的應用。未來旋壓智能化制造的核心思想是工藝專家系統(tǒng)和在線檢測技術在旋壓裝備上的集成應用，基本框架如圖1所示。工藝專家系統(tǒng)利用強力旋壓技術經(jīng)驗的數(shù)字化轉(zhuǎn)化，是智能工藝設計與旋壓智能制造的技術關鍵和基礎。首先，在工藝專家系統(tǒng)中，利用產(chǎn)品信息和“智能工藝設計與管理模塊”應用軟件獲取旋壓工藝方案及參數(shù)，然后，通過網(wǎng)絡信息接口輸入旋壓智能裝備進行產(chǎn)品加工。加工過程中，在線檢測系統(tǒng)實時測量，并反饋工件幾何形狀信息，在線自主決策后實時修正機床控制系統(tǒng)的相關工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)旋壓設備相關運動副的全閉環(huán)動態(tài)控制。

圖1 旋壓智能制造基本框架

1.1 開發(fā)旋壓智能工藝設計與優(yōu)化系統(tǒng)

虛擬制造技術是現(xiàn)代智能化制造領域的研究熱點之一。為實現(xiàn)旋壓智能工藝設計與優(yōu)化目標，需要綜合利用工藝專家系統(tǒng)、數(shù)值模擬與虛擬制造技術，建立旋壓工藝優(yōu)化系統(tǒng)。旋壓數(shù)值模擬仿真可得到金屬材料彈塑性變形過程中的復雜應力、應變規(guī)律，從中預測旋壓工藝參數(shù)對加工質(zhì)量的影響?，F(xiàn)階段，ABAQUAS、ANSYS等軟件對復雜強力旋壓過程的分析效率不高。因此，有必要開發(fā)針對強力旋壓加工的“智能化工藝設計”模塊，以適應用戶個性化需求，提高模擬分析效率和準確度。

1.2 加快開發(fā)強力旋壓工藝專家系統(tǒng)

工藝專家系統(tǒng)使用計算機存儲領域?qū)＜业睦碚撆c經(jīng)驗，并以邏輯推理方式解決領域內(nèi)的專業(yè)問題。鑒于旋壓加工的復雜性與高度經(jīng)驗依賴性，開發(fā)旋壓工藝專家系統(tǒng)是實現(xiàn)智能工藝設計與智能制造的關鍵。目前，美國實現(xiàn)了計算機控制的強力旋壓操作；法國里昂大學提出了整個旋壓工藝及制造的計算機系統(tǒng)；日本完成了強力旋壓的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。但是，我國該領域仍處于概念層面。因此，應加大研發(fā)與投入，加快開發(fā)出強力旋壓工藝專家系統(tǒng)，以實現(xiàn)高效高質(zhì)量旋壓智能加工。

工藝專家系統(tǒng)需包含以下模塊：基于工藝設計向?qū)c工藝指導書的工藝設計與管理模塊，主要完成已有指導書的輸入管理功能；主要用于存放管理旋壓工藝基礎類、事實類和規(guī)則類數(shù)據(jù)的知識庫管理模塊；負責工藝專家數(shù)據(jù)庫的備份、恢復和升級等工作的系統(tǒng)維護模塊。其中，知識庫是工藝專家系統(tǒng)的核心組成部分和系統(tǒng)運行的基本條件，由三部分組成：一是系統(tǒng)預定義的法規(guī)標準知識庫，其中存放有關旋壓方面的國家法規(guī)、行業(yè)標準、企業(yè)標準等；二是專家經(jīng)驗知識庫，存放用戶工藝經(jīng)驗知識，是海量旋壓工藝經(jīng)驗在專家數(shù)據(jù)庫中的顯性表達，主要包括旋壓材料及狀態(tài)、設備、旋壓方式、產(chǎn)品結構形式、工藝裝備、旋壓技術路線及工藝參數(shù)等信息；三是旋壓規(guī)則知識庫，存放推理路徑、推理過程、中間事實、所得結論等，主要用于問題求解。

1.3 開發(fā)旋壓加工三維在線檢測技術

隨著自動化、智能化發(fā)展水平的不斷提高，具備實時監(jiān)控功能的在線視覺檢測技術為裝備制造智能化發(fā)展奠定了技術基礎，并在模具制造、汽車生產(chǎn)等領域取得了良好的工程應用效果。三維在線視覺檢測技術利用機器視覺系統(tǒng)采集關鍵產(chǎn)品質(zhì)量信息，實時反饋給智能工藝專家系統(tǒng)進行分析和決策，從而為產(chǎn)品質(zhì)量控制在線工藝優(yōu)化決策提供支持。強力旋壓加工光線不佳、冷卻液飛濺等的工況特點導致實時在線檢測困難，因此需要針對強力旋壓加工工況特點，開發(fā)專用機器視覺線檢測系統(tǒng)，確保檢測的有效性。

2 結束語

本文針對航天產(chǎn)品旋壓智能制造發(fā)展問題，提出了未來旋壓智能化制造技術框架及相關系統(tǒng)的構成設想，供大家思考與討論。