航空工业复合材料车间的数字化管控方案浅析

孟庆华 周娟

摘要：我国航空工业复合材料车间目前在数字化、信息化方面仍处在较低水平，本文分析了航空工业复合材料车间数字化管控的难点，总结了航空工业复合材料车间数字化管控的主要技术要求，并提出了航空工业复合材料车间数字化管控的技术方案。

关键词：航空工业;复合材料车间;数字化管控

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0219-02

0 引言

复合材料用量已经成为航空结构先进性的重要标志，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一[1-3]。我国航空工业复合材料技术经过数十年发展，已经掌握了大量先进复合材料零件制造技術，但是与国际先进复合材料制造水平相比，我国航空工业复合材料零件制造技术在自动化、数字化制造方面与国际先进水平尚存在较大差距。

1 航空工业复合材料车间数字化管控的目的和意义

我国航空工业复合材料车间（以下简称“复材车间”）现有任务特点为“多品种、小批量”，车间管控主要采用人工方式，存在管理效率低、设备利用率低、现场管理混乱、能耗高等问题。随着我国航空工业快速发展，复材零件产能将大幅增加，复材车间任务将逐渐转变为“多品种、大批量”。复材车间传统管控模式将无法满足要求，严重制约航空工业复合材料发展。采用复材车间的数字化管控，能够大幅提高车间生产效率、生产产能及零件制造质量，故本文对复材车间数字化管控方案进行初步研究分析。

2 复材车间数字化管控的难点分析

复材车间因其独特的制造特点，其数字化管控难点与数控车间、装配车间等差异较大，复材车间数字化管控的难点主要如下：

（1）复材车间生产现场各类工序多且工序差别内容大，实现各类工序的数字化管控难度大;（2）车间内物流涉及种类多，物流量大，实现对物流远程监控、高效调度的难度较大;（3）复材车间管理部门较多，对各部门进行统一的数字化管理难度较大;（4）车间动力使用种类多、消耗量大，对各类动力设备的数据采集、远程集中控制难度较大。

3 复材车间数字化管控的主要方案分析

复材车间进行数字化管控模式建设，需考虑复材车间特点和数字化管控难点，并充分利用数字化技术、信息化技术、自动化技术等，对复材车间零件信息、生产现场、物流系统、生产管理系统及动力系统等进行数字化管控，主要方案如下：

3.1 零件信息的数字化

零件采用三维数字化设计手段进行设计，并以三维数模形式在车间进行信息传递，是实现复材零件数字化制造的基础条件。零件信息的数字化主要是采用计算机辅助设计软件实现，复材零件的数字化设计是复材车间数字化运行的基础。复材车间在零件数字化模型基础上进行进一步的分解、设计、仿真，指导车间制造。

（1）复材车间需要使用的CAD软件主要为CATIA、FiberSim等。（2）铺叠和固化是影响复材零件质量、生产效率的核心工序，复材车间主要使用的CAE软件为自动铺带仿真软件、固化仿真软件等。

3.2 车间生产现场运行的数字化管控

3.2.1 手工工序方面

鉴于复材车间手工工序自身的特殊性，此类工序无法完全做到数字化，需利用外部数字化辅助手段对手工工序进行数字化改造，实现制造信息、管理信息等的现场查看，以及工序现场生产状态、紧急情况的实时上传。根据现有信息技术，车间手工工序数字化管控主要措施包括：

（1）根据工位数量、工作状况设置一定的电子看板，看板上能够查看生产计划、派工、生产统计等信息;（2）设置一定数量现场工作计算机，实时查看零件数模信息、制造工艺信息等，并能够将现场生产状态、紧急情况、人员动态等信息及时输入至计算机内数字化系统中;（3）设置工序生产监控，对手工工序现场进行监控。

3.2.2 数控工序方面

复材车间数控工序的管控是以数控设备为基础，实现数控工序的数据采集、远程监测、远程控制等。复材车间数控工序的种类较多，包括自动铺放工序、数控加工工序、固化工序、检测工序等，不同数控工序的数字化管控方案不同，需要专门研究并形成可行的集成方案。

3.3 车间物流系统的数字化管控

采用数字化、自动化物流工具，实现对零件、工装、运输工具等车间物流情况进行跟踪监控。

3.3.1 运输方式的数字化改造

复材车间物流主要包括零件物流、工装物流和配套物资物流等，各类物流差异较大。针对复材车间各类物流，不同自动化运输方式的适用性分析如下：

（1）AGV车能够通过自动导引装置，沿规定的导引路径运动行驶，特别适合于复材车间大型复材零件、工装的运输;（2）智能吊挂机构运输：上部吊挂机构根据复材车间制造工艺路径，在车间上部设置轨道，贯通车间各个工序，适合于零件种类和工艺相对固定的中小型零件制造车间。

3.3.2 复材车间物流数字化管控方案

为实现对复材车间内物流数据进行监控，目前可以采用的技术主要包括RFID 技术和光学条码扫描技术。车间各类物流监控手段采集的数据实时收集并传输反馈至物流管理软件系统。在物流管理软件系统中能够实时查看零件、工装、运输工具等的位置、流转信息，并能够统计分析物流状况、流转效率、畅通度等。通过数字化、自动化运输工具，以及精确物流监控手段，共同构建复材车间物流数字化管控方案。

3.4 车间生产管理的数字化

为实现复材车间数字化管控，需要将数字化、信息化软件系统融入到复材车间，主要包括：ERP、MES、PDM、DNC/MDC等。数字化管理软件系统是复材车间数字化管控的核心和灵魂，也是决定复材车间数字化管控成功与否的关键。

通过数字化管理软件、硬件系统与车间零件设计、生产现场、物流系统等互联互通，形成一个覆盖车间各层面、高度联通的数字化管控信息系统。

3.5 动力系统的数字化管控

复材车间生产涉及洁净生产、热加工工艺、冷加工工等，车行间动力需求种类多、用量大。为实现车间数字化管控，需要对车间动力系统进行数字化管控，主要如下：

（1）暖通系统：包括冷热媒系统、空调机、通风机的远程监测、控制;（2）氮气、压缩空气系统：对空压机、制氮机、储气罐等设备远程监测、控制，并对使用氮气、压缩空气的工艺设备终端进行压力、流量的远程监测、控制;（3）循环冷却水：对制冷设备、水泵等设备远程监测、控制，并对使用循环冷却水的工艺设备终端进行压力、流量的远程监测、控制;（4）电气：对车间内工艺设备、动力设备的用电信息进行远程检测、统计分析，并能够实现对设备的远程控制。

4 结语

本文介绍了复材车间特点、数字化管控要求，研究分析了复合材料车间各个方面实现数字化管控的方案，能够为复材车间数字化管控建设提供有力支撑。

参考文献

[1] 刘代军，陈亚莉.先进树脂基复合材料在航空工业中的应用[J].材料工程，2008（l1）：194-198.

[2] 杜善义.先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报，2007，24（1）：1-12.

[3] 杜善义.复合材料和航空航天[J].复合材料学报，2008，22（1）：1-7.