浅谈智能喷涂生产线在航空领域的应用

孙荣国 陈岳 李季 谈明

摘 要：航空零件具有多品种、小批量、质量高、造型复杂等特性，喷漆质量要求严格，工序操作流程复杂。目前，飞机零件的喷涂仍以人工操作为主要手段，这样就会产生作业强度大效率不高、材料利用率低喷涂质量波动大、污染严重对对人员身心健康危害性强等弊端，且对喷涂工人技术技能要求高，培养优秀的喷漆技术操作人员成本高，周期长[1]。基于此，本文提出智能喷涂生产线的方案概念，并开展其在航空领域的应用研究并提出相应的建议。

关键词：智能喷涂;生产线;应用发展

1前言

航空零件具有多品种、小批量、质量高、造型复杂等特性，喷漆质量要求嚴格，工序操作流程复杂。目前，主要采用的是人工喷涂的方法开展作业工作，其主要的局限性为：①油漆喷涂产生的气体和物化颗粒对人体危害性高，且工作强度大;②工人技能水平、责任心有直接决定零件质量，波动性大，无法保证统一性标准;③作业效率低，油漆材料利用率低，浪费严重。急需对现有工艺流程、作业模式进行升级改造，以提高生产质量与效率，降低成本与不合格率。

2飞机零件喷漆现存的主要问题

2.1飞机结构件结构复杂，大曲率、多型腔，对喷涂技术要求高

飞机结构件结构复杂，大曲率、多型腔，喷涂技术要求高：喷枪喷涂的轨迹、距离、速度、角度以及雾化的程度对喷漆质量影响甚大，如果参数控制不当，极易出现过喷、欠喷、流痕等缺陷，因此对人员操作的技能要求非常高。一旦出现质量问题，返修成本是新制过程的近五倍，其效率、质量成本损失巨大。

2.2飞机结构件具有多品种、小批量、造型复杂及生产转换准备时间长等特点

飞机结构件多品种，小批量的特点决定了喷漆作业工艺方法变换频繁，每次更换不同零件时，需要对其进行识别（零件编号，对应的喷漆工艺要求等），需要选择不同的喷漆工艺作业方法，人工操作流程繁琐，对生产准备人员要求较高，准备时间长，且极易出现过程的不稳定。

2.3喷漆质量由操作人的技能所决定，质量波动性大

传统的人工喷漆方式，其特点为劳动强度大，喷涂环境对人员身心健康危害大，长时间操作易产生疲劳，影响作业质量，对喷涂工人技术技能要求高。此外，培养优秀的喷漆技术操作人员成本较高，一般需要5至10年甚至更长时间，喷漆过程受操作人员因素影响较大，质量波动性大[2]。

2.4涂料利用率低，对环境影响大

人工喷涂作业时，喷射角度、距离工件的距离、工件结构面的喷射时间难易精确控制把握，行走轨迹、速度不固定（随意性），扇形叠加量一致性难以控制，过喷、欠喷及无效喷涂现象不可避免，涂料定额不精准、利用率低下，导致喷涂材料浪费严重。

2.5喷漆作业效率、一次合格率不高

人工喷漆作业时，由于存在人员精力、情绪等因素影响，无法保证长时间高质量的精准操作。且人工操作存在的人员转换，及多班次生产对人员的需求，既增加制造成本，又由于过程的波动（能力指数过低）造成生产效率不高。

3智能喷涂生产线的应用研究

喷漆自动化、使用智能技术替代人工操作是大势所趋，作为一种先进智能化涂装生产线，不仅显著提高工业生产率、涂装质量、涂装材料利用率、降低质量成本，改善了工人的劳动安全环境，同时也实现了产业化技术升级的目标。

智能化喷漆生产线由智能化机器人系统和视觉识别系统组成，可以完成视觉识别、自适应控制技术的建立，实现自动视觉识别（识别零件位置、轮廓、喷涂情况，作业指标工艺参数作业规范），并根据所识别的零件特性，自动调取程序，用以控制机器人喷涂单元的运动轨迹、速率，喷涂的距离、角度、距离等参数，可有效避免过喷、欠喷及无效喷涂现象。实现高效、高质量、低成本的智能化喷漆，满足航空零件喷漆加工的稳定生产[3]。

智能化喷漆生产线把数字化的制造手段运用到喷漆制造过程中，建立零件数字化加工流程，把视觉识别功能应用到复杂零件的外形、结构形式的识别过程中，以适应高质量、多品种、小批量、复杂结构件以及新机快速研制和生产的需求。同时，喷漆自动化产线的建立，可在缩短零件的交付制造周期、降低制造成本和对人员对技能要求、减轻劳动强度、提高喷漆质量、实现环保指标等方面取得明显成效，也可为其他领域该技术的应用提供借鉴和示范作用。

4预期产生的效益

4.1经济效益

4.1.1直接经济效益：

喷漆作业是飞机零件交付的最后一道工序，喷漆作业的速率和质量直接影响整个零件生产加工生命周期的长短，也直接影响交付型号客户的时间周期，甚至会涉及航空企业客户整机的研制生产周期，具有及其重要的地位。主要为企业产生的经济效益如下：

①使库存由10天降到4天，以库存平均管理费用500万元计，年节省资金300万元;

②交付周期由15天降至5天，以每年1000万营业额计，年预增效益1000万以上;

③减少工时的损失，使劳动生产率得到提高，生产效率提高三倍以上，经济效益增加500万/年;

④节省了生产和非生产劳动力;

喷漆操作工人，由6名减少至3名，生产效率由350件/人*天，提高为1000件/人*天.

⑤降低成本，减少消耗;

自动喷漆可有效降低油漆材料损耗量，预计每年节省材料成本100万元。

4.1.2间接经济效益

①企业管理水平进一步提高，人力资源结构进一步优化，人员素质进一步提升，安全生产意识和社会责任意识进一步增强，诚信经营水平进一步提高;

②提高企业信誉与知名度，扩大影响力，增强竞争力。

4.2社会效益

4.2.1社会责任

项目成果将进一步提升企业为客户交付品质及速率，提升企业技术研发和产品加工能力，引领行业技术进步，为我国航空事业的高质量发展，提供内生动力，并保证缩小我国与国外航空企业的差距。促进我国飞机制造模式向数字化制造方式转变，并为其它行业的制造技术转型提供借鉴，为钣金零件制造模式从传统的经验型向科学型制造模式转变提供参考，为航空企业军、民机的研制做好技术积淀。

4.2.2 GDP贡献

随着喷漆智能产线的建立，提高企业生产效率，增加企业生产能力，为企业增加营业收入，进而提升企业的利税指标20%。

4.2.3环保的贡献

喷漆作业的主要环保危害有三个方面：大气污染、油料污染及对人体的危害等。喷漆智能产线采用全封闭的喷涂模式，废气经多级过滤可以达到高品质排放标准。油漆材料由专门的回收系统进行回收利用或者经处理达标后按标准规范处置。避免人体与喷漆作业多直接接触，减少或避免人体吸入或接触油漆的可能性，提高加工安全。

4.2.4另外，实现喷漆自动化（机器换人）可以避免诸如新冠疫情等不可抗因素的影响下的企业复工难、招工难、培养合格的技术工人周期长成本高等众多疼点，保障企业有序生产，提高生产效率，提升产品质量，进而为我国的航空工业，提供源源不断的优质的零部件产品支持，为保证国家重大型号任务的完成提供技术支持。

5结束语

本文对航空复杂零件喷涂的现状及主要存在的问题进行了细致的分析与研究，梳理了影响零件喷涂质量、效率及一次合格率的各种原因，并针对上述问题和原因进行了针对性的科研攻关，提出了基于智能仿真喷漆模型、视觉识别、自适应控制技术为一体的适用性强、质优、效率高的智能喷涂产线的概念设计，以推动航空零部件的喷涂作业智能化改造升级，为接下来产线的细节设计提供理论支撑。

参考文献：

[1]潘力，高伟强，刘建群，张淦.基于云计算的喷涂机器人远程监控诊断系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019，12月第12卷：53-57.

[2]侯福来.新型喷漆机器人的分析、规划与仿真研究[D].江苏：江苏大学，2014，2-7.

[3]陈奇峰.喷漆机器人漆膜厚度控制方法与工艺研究[D].上海：上海交通大学，2009，8.

作者简介：

孙荣国（1981—），男，汉族，辽宁东港人，现就职于沈阳航空产业技术研究院有限公司，硕士研究生，高级工程师，研究方向：航空技术研发、产业发展研究。