智能制造在航天企业中的应用

徐璞 /西安航天精密机电研究所

航天企业在中国经济发展中占据着不可替代的作用，航天技术是占据世界高新技术领域的重要支柱，通过中国航天企业的不懈努力，我国的航天技术已占据世界领先地位，而各国为了国家经济水平的提高，也作出了相应的努力。2013 年4 月，德国在汉诺工业博览会上提出了“工业4.0”，通过建立信息物理系统对智能工厂和智能生产进行研究，从而实现机械工程、工业工程、电子电气工程、自动化工程、信息工程等学科的融合；美国通用电气公司提出了“工业互联网”，不仅把人工、数据信息、机器等有效结合，构建了开放、全球化的工业互联网体系，而且还将大量的工业技术原理、通信控制信息和计算机网络技术结合起来，构建基于工业互联网平台的产业生态体系。2015 年5 月，我国提出了“中国制造2025”计划，其核心是智能制造，将“以网络技术为主要依据，以生产线为载体，把智能制造作为‘两化’深度融合的主攻方向，大力发展智能装备和产品，使得生产过程智能化，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平”，其重点是加快航天企业、智能制造、机械加工等企业的改造。

智能制造是通过飞速发展的信息网络技术，实现人们对信息的深度探索和感知，使决策智能化、控制精准化，制造过程和生产工艺实现全方位的智能制造和智能生产。其中，智能制造是将网络技术、先进制造技术、智能自动化技术、人工智能技术和信息技术相互融合，并面向产品全生命周期，提高产品生产效率、产品质量，降低成本和消耗。其关键技术包括智能化的装备以及生产模式、智能化的工厂和制造车间，能够带动航天军工企业在生产模式上有所创新；智能决策可以使航天企业实现智慧决策、智能产品、智能服务，给航天企业带来商业模式上的创新；智能化设计开发和企业管理及智能化的物流和供应，使得航天企业的运营模式有了极大的改善。

一、三维装配工艺软件

二维设计工艺文件仅通过文字描述、二维图纸等静态的工艺设计手段来体现，文字表述不够直观，当面对复杂的装配工序时，二维图纸对零件的局部安装过程表达不够清晰，导致操作人员难以通过二维图纸快速掌握产品的整个装配流程，需要工艺人员的指导。而随着智能制造理念的推广，航天企业将三维装配工艺工具应用于工艺装配中，如西安航天精密机电研究所使用三维可视化装配工艺工具软件ADPTools，利用已有的三维模型数据进行模型轻量化转换，快速生成三维装配工艺动画，以指导车间装配人员进行装配生产。软件部署方式如图1所示。

通过将敏捷服务器软件安装至服务器后，对轻量化软件、三维工艺编制软件、可视化文件浏览器进行授权，从而使软件正常使用，同时将相对应的文件依托现有的PDM 系统进行传递，使车间现场可以浏览三维装配工艺。

二维设计工艺文件仅通过文字描述、二维图纸等静态的工艺设计手段来体现，文字表述不够直观，当面对复杂的装配工序时，二维图纸对零件的局部安装过程表达不够清晰，导致操作人员难以通过二维图纸快速掌握产品的整个装配流程，需要工艺人员的指导。而随着智能制造理念的推广，航天企业将三维装配工艺工具应用于工艺装配中，如西安航天精密机电研究所使用三维可视化装配工艺工具软件ADPTools，利用已有的三维模型数据进行模型轻量化转换，快速生成三维装配工艺动画，以指导车间装配人员进行装配生产。

二、工业机器人

工业机器人是集机械、电子、控制、计算、传感、智能化等多种学科技术相融合的智能化产物，具有适应性强、精度高等特点。通过对工业机器人的使用，不仅可以增加产 量、 提 高劳动生产效率，还能够提高 品 质、 改善劳动工具、缩短产品生产 周 期、 减少资源消耗和环境污染，是制造业生产自动化中的重要环节。

图1 软件部署方式

在部分航天企业中，已开始使用平面关节型装配机器人。工业机器人的使用代替了传统的人力劳动，使得精度大大提高。在制造业中，工业机器人根据具体应用分为焊接、装配、喷漆、码垛、搬运等类型。工业机器人技术是现代化、智能化的产物，它的广泛应用和发展有力地推动了世界科技产业的进步、促进了工业智能的发展。

三、分布式数字控制（DNC）系统

随着“两化”融合的深入人心，航天企业制造车间开始了自身信息化系统建设，DNC 系统作为航天制造车间信息工程的第一步，在制造环节中占据着重要地位，随着智能制造理念的提出，DNC 技术得到了更加深入的研究和探索。

图2 DNC系统实施情况

DNC 系统负责数控机床的工作，实现了机床的实时调度，是制造执行系统（MES）与数控设备之间进行信息交互的纽带；连接数控设备和上层计算机，接收来自MES 系统的计划指令，同时接收来自车间的作业计划，实现单元内的资源调度和作业调度，并决定零件的加工路线、监控和统计数控设备的任务执行情况。

DNC 系统的主要功能有以下几个方面。

设备联网。使用DNC 系统，使车间的数控设备操作者、调度管理人员、检验员以及供货商、材料输入方能够直接与数控机床进行交互，从而实现数控机床网络化、长距离通讯，使得操作者可以直接在机床控制面板上得到服务器上的程序，实现无人值守。

程序管理。实现NC 数据统一管理，将DNC 总服务器放置在工厂信息中心，所有分厂的数控程序及其相关的文档集中于DNC 服务器，做到数据流程的规范化管理。

机床监控。实现对机床运行情况的监控，如开关机、加工、维修等状态。实时了解机床的状态，获得机床加工及故障信息，不仅可以为机床的维修提供便利，还能够为系统提供智能决策，从而为改善生产效率提供数据依据。

统计分析。对现场设备的实际应用情况作出效率统计，显示各类机床状态；查看设备的运行情况，进行对比分析，从而获得机床实际功率变化曲线。通过统计分析得到机床运行状况及利用效率、开机率、故障率等效率指标。DNC 实施情况如图2 所示。

四、仓储管理系统

随着智能制造的广泛推广，航天企业内部的各类流程都必然产生物料的流动，更多的航天企业开始实现生产自动化，而且也更加重视物流自动化。制造业方面，在进行零件加工过程中，零件状态（毛坯、半成品、成品），刀具的使用、保存，使得物流仓储自动化技术得以广泛应用，主要通过建立工装、刀具以及工件的自立体货柜，并分析库位的大小以及货位的数量规格等要素，以便进行合理的分布和自动仓储。

笔者分析了目前航天企业的生产制造模式以及在“工业4.0”背景下的智能制造技术。智能制造是全球制造业的转型，在我国航天企业转型的过程中，一方面要借鉴别国先进经验，另一方面要根据我国航天企业的特点，将智能制造和航天企业发展相结合，以推进我国航天企业的蓬勃发展。