武器装备智能化总装测试制造管理模式研究

蔡亚楠、王永明、翟磊、荆泉 /中国运载火箭技术研究院

近年来，数字化技术在社会各领域日益得到大范围应用，其与制造业的融合催生了制造业数字化技术快速发展，这对于提高产品的生产效率起到了重要作用。以航空领域为例，波音、空客等公司将以基于模型定义（MBD）为代表的数字化技术广泛应用在飞机制造技术上，大大提高了其自动化水平。中国商用飞机有限责任公司在借鉴国外先进航空企业技术经验的基础上，从产品设计到生产的全流程大规模采用数字化技术，取得了C919首飞的巨大成功。同样，其他制造业企业也越来越多地采用基于数字模型的设计制造体系，推动中国制造水平和产品质量得到大幅提升。

党的十八大以来，习近平总书记多次提到未来武器装备必须坚持信息主导、体系建设，这对武器装备的信息化水平和快速响应能力提出了更高的要求，武器装备总装测试制造的高效、智能化水平对于提高质量、缩短研制生产周期具有重要意义。笔者基于某军工单位武器装备总装测试制造水平，分析了国内外航空企业三维数字化设计制造一体化技术发展情况，提出了基于数字模型的武器装备智能化总装测试制造管理模式，为未来全方位建立研制、生产和管理的武器装备总装测试协同工作平台，以及全面提高武器装备综合性能奠定基础。

一、国内武器装备总装测试制造现状

为了适应国家对武器装备性能提出的新要求，某军工单位积极采用三维工艺成组技术，面向结构壳段产品尝试建立柔性数字化生产线，取得了一定效果，但是由于信息化、智能化手段还未全面扩展，因此在总装测试制造生产线建设上与国内航空先进企业以及未来大批量快速研制生产的武器装备需求相比还有很大的差距。

一是基于统一数字模型的设计制造协同研制水平有待提高。

随着数字化三维设计软件应用的普及，在武器装备型号上某军工单位的产品设计手段已经基本实现了数字化，但设计与工艺的结合及并行工作相对于传统设计工艺串行的工作模式尚没有实现实质性改变。在一些新研项目中，工艺生产准备时间长、设计方案工艺可行性差以及工艺设计方案在生产过程中的反复更改给生产的效率、技术状态的控制等带来较多不利因素。由于设计与制造分属于不同的单位，其所使用的PDM、PLM、CAD 等软件不同，导致产品设计与工艺无法在同一平台下有效协同，很难实现航空单位广泛采用的基于MBD 技术的设计、工艺、物料、工装等统一模型的协同工作，协同研制水平较低，产品设计与工艺设计串行的工作现状还无法根本改变，全面实现三维数字化设计制造技术仍然困难重重。

二是自动化制造技术和装备集成能力需要提高。

近些年，某军工单位所属的武器装备生产单位通过专项技改投入解决了一些生产瓶颈问题，提高了生产能力，但与未来大批量生产能力需求相比，无论是自动化的制造技术还是装备能力，其数字化、信息化应用水平均差距较大。在生产制造的很多环节，如部段装配、部段总装90%以上依靠手工操作，检测设备和手段明显落后，缺乏基于数字化的部段柔性自动对接系统、基于信息化的精确物料配送系统和基于统一模型的在线三维检测、采集系统等，急需突破部分手工作坊式的落后生产方式。

三是生产线针对产品的通用化水平有待提高。

武器装备具有市场化程度高、全要素竞争异常激烈、派生型号多、生产任务急等特点，一个项目有可能在2 年内集中供应产品，而后续几年就可能随任务需求暂缓生产，因此对生产组织管理和生产线的快速转换提出了更高的要求，生产线建设需要统筹考虑各类产品之间的能力转换、生产柔性以及相互兼容。

四是制造单位分散，制造总体抓总作用不明显。

对于武器装备产品而言，由于竞争择优、生产双定点等原因，还未能做到对所有产品的制造全过程抓总，生产单位各自为战，分别将制造任务大量再次外协到不同的外包单位的情况还存在，这就造成同一项目在生产终端管控力度不同，且在数字化、自动化设备的资源匹配度上也会出现较大的不一致，使得产品的质量和生产效率参差不齐。

二、基于MBD的武器装备智能化总装测试制造管理模式

基于数字模型的总装测试制造管理模式框架如图1 所示。

1.设计—工艺协同工作模式

作为设计与制造之间重要的桥梁，先期要建立数字化协同工作平台，实现设计源头、生产工艺实现性、生产线设置、工艺仿真在同一平台下并行工作，提高工作效率，有效缩短研制周期，其主要内容如图2 所示。

协同工作平台要求。基于同一数字化设计平台开展设计—工艺协同设计工作，设计与生产单位采用同一数字化设计软件平台，从而保证数字模型的唯一性、协同性。

工艺设计技术状态控制要求。根据产品的结构树构建工艺设计结构树，在工艺设计过程中可引用非冻结、固化状态的数据，在产品设计文件完成最终状态发布后，校核设计数据与工艺设计文件数据的一致性。

图1 基于数字模型的总装测试制造管理模式框架

图2 设计—工艺协同工作模式内容

设计—工艺协同工作时段划分。协同工作分为方案产品协同设计时段、主结构产品协同设计时段、非主结构产品协同设计时段、装配产品协同设计时段4 个时段。

设计—工艺协同工艺工作项目。按照协同工作时段划分，在4个时段分别开展结构方案产品工艺性审查、工装方案规划、设计数据工艺性审查、物资选型梳理及产品备料、开展工装详细设计、装配产品工艺性审查、编制相应的工艺文件；结合工位/工装/工具开展装配过程分析及仿真分析等。

数字化样机工艺性评审。按照项目计划要求，开展数字化样机工艺性审查，主要包括方案数字化样机工艺性审查、主结构数字化样机工艺性审查、非主结构数字化样机工艺性审查、装配产品数字化样机工艺性审查。

2.工艺设计智能化

搭建工艺知识库系统，内容包括工艺方法库、制造资源库、规则库、典型产品库等，将专家的工艺设计经验知识进行机构化存储，实现知识的积累和复用，并基于此实现工艺设计快速和智能化决策，显著提升工艺设计的规范化水平，提高工艺设计效率和产品研制质量。

3.工艺验证仿真化

基于三维数字化工艺设计及产品、工装等数字模型，开展生产线布局仿真、工艺过程仿真、装配偏差仿真、人机工程仿真等，通过虚拟仿真验证，实现对生产线布局、装配过程等可视化评估和优化，以大幅减少实物生产验证，如传统的工艺试验和实物模装等。

4.设备工装柔性化

基于武器装备的型谱规划，通过“三化”设计，加装柔性调节装置，实现装配定位夹具、吊具、架车的模块化、通用化、系列化，以兼容更多的产品规格，进而压缩设备和工装的种类，缩短工艺和生产准备时间。

5.仓储物流自动化

通过搭建自动化立体仓库、AGV 智能小车、物料跟踪系统与制造执行系统（MES）的集成平台，实现原材料/工量具/成品件/半成品件在立体仓库、装配工位、检测工位等的自动化储存和智能化配送，真正实现精益化生产。

6.装配协调数字化

基于MBD 技术开发数字化部段与部段之间、部段与工艺装备之间的接口协调技术，通过采用数字化测量定位和接口数字量协调技术，配合数字化装配生产线，代替模线样板、标准钻模等实物模拟量协调方式，以大幅减少协调工装的使用和维护。

7.总装对接自动化

通过建设部段自动对接装配生产线，设置尾舱与发动机、发动机与仪器舱、头部与体部等自动化装配站位（由若干个数控定位器和激光跟踪仪组成），实现部段与部段之间、大部段之间对接站位的自动化测量、调姿与对接装配，实现产品总装对接的自动化和柔性化，从而取代传统的地面导轨+对接架车人工调整总装对接方式。

8.总装测试集成化

通过建设总装移动生产线和数字化集成测试系统，减少人员在总装测试过程中操作和测试的频次，实现系统的自动判读和预警，最终达到智能总装测试，减少人员操作带来的安全风险。

9.质量检测数字化

在产品MBD 模型中集成测量工艺，采用激光跟踪仪、照相测量、激光扫描测量等先进数字化大尺寸测量设备，在产品入厂接收检验站位、总装工序站位等方面对进厂大部段结构以及装配过程中设计关注的关键特征进行测量，并通过自动化的数据采集系统实现质量测量数据的数字化自动收集与存储。通过与供应商交付数据进行对比，分析变化趋势，积累产品制造装配偏差趋势，为稳定批生产积累数据。

10.建立工艺标准体系框架

设置科学合理的工艺标准体系架构也是总装测试智能化的基础建设手段之一，通过不同层级、不同专业工艺标准的建立，达到工艺管控通畅、有效。某武器装备总装测试的工艺标准体系框架如图3 所示。

图3 武器装备总装测试工艺标准体系框架图

基于三维模型的智能化总装测试集成体系已经得到广泛应用，有效推动了军工单位研制模式的转型，成为其提高制造规模、效率和质量的重要手段。但同时，该技术的应用是一个长期而复杂的系统工程，目前国内外先进企业的应用程度和水平参差不齐，即便是成功的案例也难以照搬来用，需要军工单位结合自身信息化现状、产品特点进行不断的研究和探索，找到适合的模式不断推进武器装备产品从传统制造向科学制造的转变，大幅提高武器装备性能，进而适应未来的信息化作战模式。