发动机智能制造浅析

■ 中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 杨金发 张 军 韩德印 赵天杨

发动机智能制造浅析

■ 中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 杨金发 张 军 韩德印 赵天杨

技术中心工艺所高级工程师 杨金发

智能制造涵盖的范围很广泛，包括智能制造技术、智能制造装备、智能制造系统和智能制造服务等，衍生各种各样的智能制造产品。

1. 智能制造的特点

智能制造是先进传感、仪器、监测、控制和过程优化的技术和实践的组合，它们将信息和通信技术与制造环境融合在一起，实现工厂和企业中能量、生产率和成本的实时管理。

智能制造是在网络化、数字化基础上融入人工智能和机器人技术，形成的人机物深度交互与融合的新一代制造系统。

智能制造要求能准确感知企业、车间和设备的实时运行状态；对获取的实时运行状态数据进行快速、准确的分析；执行决策，对设备状态、车间和生产线的运行做出调整；按照设定的规则，根据数据分析的结果，自主做出判断和选择。产品个性化、定制批量化、流程虚拟化、工厂智能化及物流智慧化将成为新趋势。

2. 夯实技术基础，应用高性能数控设备

作为切削加工的主体之一，刀具在解决航空材料的加工难题中起着至关重要的作用。先进的航空产品要求航空零件具有更优异的性能、更低的成本和更高的环保性，而加工工艺要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重复精度和可再现性。

（1）开展高效切削技术研究。新型航空材料的不断涌现，如弥散强化钛合金、粉末高温合金材料大量应用。现代先进加工技术对高速、高效和高精度加工的要求使得硬质合金刀具、涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金刚石刀具的应用比例大幅提高。刀具质量稳定、精度高，可转位数控刀片各批次产品尺寸精度分散性能控制在一定范围内，成形刀具精度应能完全满足加工部位要求。能针对风扇机匣、涡轮机匣、涡轮盘、风扇盘、长轴、叶片及叶轮等典型关键零部件，提供有效的解决方案。

刀具企业强化刀具技术创新点应着眼于建立刀具学科分析模型和多学科优化模型，开展系列刀具的精准设计研究。开发具备自主知识产权的高压冷却系统、减振刀具等新型刀具产品，满足高温材料、复杂结构零件、薄壁零件加工的需求。

（2）发展并应用先进数控设备。目前，国外增材制造技术与装备快速发展，复合机床功能强劲，成为机床门类中的重要组成部分；在精度稳定性与保持性方面，加工系统温升的抑制与控制技术日益得到重视并取得进展；高效与自动化——双主轴、多主轴和多刀塔机床发展迅速；智能技术深入发展，机器人技术正在走向更为广阔的应用领域，机床正在向无人操作的目标前进。一批与具有视觉、力觉、全角度、高速和大质量抓取的机器人或机械臂集成的机床产品，充分显现了二者融合带来的巨大进步和发展前景。

智能技术是数控技术的前沿技术，智能技术的开发与应用，使机床改变了原有的面孔（见图1、图2），具备感知、会分析思考、能主动应对处理加工过程中出现的变化，能够主动对复杂问题进行处理等特点，使得人机关系更加融洽和友好，并推动机床自动化水平进入到更高的阶段。智能技术的发展主要集中在两个方面：加工过程中对变化因素的实时处理；通过数控系统、专家系统和专用软件，提供编程、机床调整、加工、操作及维护等智能化的帮助与指导，具有智慧与技术的内涵。

图1 复合加工中心

图2 柔性制造单元

发动机行业对数控设备的要求。①具有先进性：即要求设备具有数字化和前沿性的特征，软件功能强大，自动化程度高。②具有集成性：减少附加设备，设备高度集成，简化工序。③具备高度柔性：设备通用程度高，生产适用性强。④具备高精度与加工稳定性：设备需具备精度高、精度保持时间长和技术成熟度高等特点，故障率低。

3. 应用高性能加工技术

数控设备高级功能的开发，提高数控设备的加工效率，最大限度地发挥数控设备的优越性是提高加工技术水平的必由之路。

（1）进行高性能加工工艺研究，依托先进数控设备最大程度地集中完成同一台设备上能够加工的零件尺寸，工艺路线最短，刀具轨迹最优。

（2）开展零件快速装夹技术研究，提高加工系统的刚性，减少零件的加工变形。

（3）进行无人干预加工技术研究，通过对工艺、程序、设备和刀具的综合技术攻关，实现典型零件的无人干预加工，使部分零件具备“一人多机”的技术保障能力。

（4）开展切削轨迹及参数优化技术研究，通过合理规划走刀路径，提高发动机零件的加工效率。

4. 强化信息化技术研究

开展基于PDM系统的工艺实现过程技术研究，探索基于PDM平台的工艺设计、程序编制与仿真和产品研制全过程数据管理的途径， 开展信息系统集成技术探索，实现系统信息集成。

5. 强化数字化制造技术研究

开展快速编程技术研究，设计以工序模型为基础的典型编程模块，建立刀具和切削参数库，通过UG软件将两者结合，实现零件的自动、快速编程，提高编程效率和质量。开展防错技术研究，开发坐标系防错、刀补防错、主轴功率监控及刀具破损检测等设备防错功能，优化仿真软件的防错功能，实现编程、仿真和加工全方位的技术防错，降低出错率。

6. 强化技术创新，注重知识积累

智能制造的兴起是科学发展的综合化趋势，也呈现出现代高新技术相互交叉与集成的特点，是工业化和信息化深度融合的必然结果。航空发动机智能制造的基础是知识创新，如何将企业自身的数据、信息和知识进行归纳、整理，如何吸收、融合与集成外部的技术、经验与智慧，提升企业核心竞争力，成为智能制造发展的关键。智能制造的发展将对航空制造业的发展产生重要作用，成为发动机企业跨越式发展的的巨大引擎。

7. 结语

先进的航空专用装备的工程应用满足了发动机制造的高效和无缝连接的高质量要求。全自动化集成控制技术的研发代替人工工艺流程已走上应用舞台。引进国外先进技术与自主创新紧密结合起来，是提高智能制造水平的有效途径。