■ 西安飛機國際航空制造股份有限公司設(shè)備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

航空制造業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀與存在的問題

■ 西安飛機國際航空制造股份有限公司設(shè)備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

本文詳述了在《中國制造2025》的大背景下，航空制造業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀與主要問題。

1. 影響企業(yè)EVA（經(jīng)濟增加值）的技術(shù)問題

（1）數(shù)控設(shè)備占有率低。航空制造業(yè)以大型整體結(jié)構(gòu)件為主要對象，包括蒙皮、翼、支架、梁體及殼體等結(jié)構(gòu)件，涉及的加工材料有鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼以及部分玻璃鋼、石墨等材料。同時，為了滿足不同的加工工藝需求，如噴丸成型、強化，表面處理、熱處理和無損檢測等，還必須配置特種工藝設(shè)備。

這些設(shè)備林林總總，數(shù)量不可謂不多，但令人遺憾的是其中的數(shù)控設(shè)備僅占不到7%，其占有量偏低，而發(fā)達國家的這一指標是15%甚至更多。數(shù)控設(shè)備占有率低，嚴重制約零部件的加工、測量及裝配。因此，航空制造業(yè)要適應(yīng)市場環(huán)境、縮短產(chǎn)品制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，首先必須加大設(shè)備的技改力度，淘汰落后產(chǎn)能，提高數(shù)控設(shè)備占有率。

（2）高端大型的五坐標數(shù)控設(shè)備占有率低。航空制造業(yè)零部件的多樣性，決定了加工設(shè)備的多樣化，主要體現(xiàn)在設(shè)備的特性有很大的差異，如機械剛性、加工范圍、主軸轉(zhuǎn)速、坐標進給速率、幾何精度及定位精度等。實際生產(chǎn)中，不同特性的設(shè)備所加工的對象是不同的。

例如，對于金屬、石英砂模胎（見圖1）的加工，首選五坐標聯(lián)動數(shù)控機床，其特點是主軸轉(zhuǎn)速高，一般為電主軸，轉(zhuǎn)速可達24 000r/min，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動總線傳輸速率為100m/s，采用光纖傳輸，仿形功能完善，可對飛機零部件模胎的任意復(fù)雜輪廓表面進行仿形，非常適用于飛機大型模胎的加工。

圖1 高速五坐標機床加工的具有光滑表面的模胎

這些高端設(shè)備由于具有RTCP（旋轉(zhuǎn)刀具中心）功能，如圖2所示，其加工精度是三坐標數(shù)控設(shè)備無法比擬的。另外，國外進口的全功能型設(shè)備的附加裝置（如快速裝夾定位系統(tǒng)、自動對刀儀、工件測量儀、自動刀庫和上下料系統(tǒng)等）配置非常齊全。但上述這些功能強大的高端設(shè)備在整個數(shù)控設(shè)備中的占有量不到10%，也在一定程度上制約了關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。

圖 2

（3）工藝準備時間長或準備不足、方法落后是制約生產(chǎn)效率的軟肋。工藝程序調(diào)整、工裝夾具準備、刀具準備及零件檢測，甚至在零件加工中進行人工干預(yù)，如程序暫停時檢測零件尺寸，以及由于工藝參數(shù)不合理而反復(fù)修正造成的時間損失，最終導(dǎo)致加工效率偏低，機床利用率低下。據(jù)統(tǒng)計，機床主軸運轉(zhuǎn)率僅占機床上電時間的30%，而機床有效切削時間占比僅為23%。

加工工藝方法落后的原因有很多，大多都是因循守舊，沿襲老套路，有的加工工藝路線還是20世紀60～70年代的，與現(xiàn)代的數(shù)控加工工藝格格不入。主要體現(xiàn)在數(shù)控加工仿真、程序優(yōu)化、工藝參數(shù)庫及制造資源管理（如刀具管理）等方面與國際通行的高效加工需求存在一定的差距。因此，影響產(chǎn)品加工效率提高的因素主要是加工的準備時間和切削參數(shù)的調(diào)整時間。這些都極大地限制了數(shù)控設(shè)備加工效率的提高，制約了高效數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。為提高數(shù)控設(shè)備加工效率，從減少加工準備時間、合理選擇切削參數(shù)等方面著手，提高重點型號關(guān)鍵件的數(shù)控機床加工利用率、材料去除率是很有現(xiàn)實意義的。

（4）設(shè)備潛能有待進一步挖掘。隨著數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備功能更加強大，使用更加趨向于簡單易用、多功能化，界面更加友好。譬如，西門子公司專門為數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的軟件包MDA、TPM等，可以利用系統(tǒng)內(nèi)部變量進行編程，實時動態(tài)監(jiān)控記錄設(shè)備運行狀態(tài)，統(tǒng)計工藝文件、設(shè)備利用率，并能靈活設(shè)置設(shè)備保養(yǎng)計劃表，當(dāng)保養(yǎng)期限到達時，數(shù)控系統(tǒng)能自動彈出文本提示，告知要進行保養(yǎng)維護。

國外的軟件集成制造商專門開發(fā)出ARTIS CNC、OMAT等優(yōu)化的切削系統(tǒng)，通過對數(shù)控機床主軸切削功率載荷優(yōu)化、刀具振動沖擊狀況監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)機床的高效率自適應(yīng)切削，生成最優(yōu)化工藝切削參數(shù)，提高現(xiàn)有數(shù)控機床粗加工效率并對機床、刀具、工件進行保護。試驗證明，飛機結(jié)構(gòu)件中典型的框架類零件，經(jīng)過采用優(yōu)化后的切削參數(shù)，相對優(yōu)化前節(jié)約加工時間為20%，實現(xiàn)高速切削鋁合金材料的去除率達到傳統(tǒng)數(shù)控加工的3～5倍。目前進口的高速銑床、強力銑床基本上都配置具有這種功能的數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)不同類別的數(shù)控機床進行性能分類，針對典型的鋁合金材料和相適應(yīng)的切削條件，研究鋁合金材料的極限切削工藝參數(shù)。通過擴展數(shù)控機床功能的研究，充分挖掘數(shù)控機床的潛能，提高產(chǎn)品加工的效率并且擴展機床加工產(chǎn)品對象的范圍。

（5）設(shè)備孤立，需要互聯(lián)互通。在數(shù)控車間，設(shè)備基本都是獨立運行，這樣的數(shù)控機床好比是一個個孤島，使得機床的加工柔性大打折扣，從而影響加工效率，也是對設(shè)備資源的浪費。筆者認為數(shù)控機床設(shè)備群控與DNC、MES系統(tǒng)的建立，是目前進行設(shè)備管理的有效手段。DNC、MES主要用于數(shù)控機床通信集成管理，它以RS232—C串口協(xié)議為基礎(chǔ)，可安全地對數(shù)控機群進行管理。同時有效地解決了多品種、多規(guī)格、多層次的數(shù)控機床集成化管理，并使數(shù)控機床與CAD/CAM系統(tǒng)進行無縫連接，實現(xiàn)設(shè)計、工藝和制造的一體化。

譬如，通過設(shè)計和工藝系統(tǒng)，將數(shù)模和制造指令下達到生產(chǎn)現(xiàn)場，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無紙化，可以避免程序傳輸出錯問題并簡化流程，為生產(chǎn)工藝節(jié)省了大量時間。同時系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)實際狀況，可實現(xiàn)對數(shù)控機床停機狀態(tài)、開機狀態(tài)、加工狀態(tài)、空閑狀態(tài)及故障狀態(tài)等基本狀態(tài)的信息采集。這些數(shù)據(jù)通過匯總、統(tǒng)計、查詢等手段，生成供管理者使用的各種報表，為管理決策提供依據(jù)，從而可以掌握數(shù)控機床利用率、產(chǎn)品與設(shè)備的狀態(tài)，包括加工過程狀態(tài)，如主軸轉(zhuǎn)速和倍率、主軸進給和倍率、主軸負荷的實時變化等，從而針對具體問題采取合理的措施，實現(xiàn)現(xiàn)場管理。

2. 航空制造業(yè)設(shè)備管理展望

隨著航空制造業(yè)全價值鏈競爭局面的產(chǎn)生，在新常態(tài)下，不管是國際市場拓展，還是國內(nèi)市場挖掘，改革已經(jīng)成為發(fā)展的核心推動力?！吨袊圃?025》是國家戰(zhàn)略規(guī)劃，航空制造產(chǎn)業(yè)的升級換代勢在必行。因此必須想辦法提高設(shè)備管理與使用水平，提高工作效率，在現(xiàn)有資源條件下實現(xiàn)更大的產(chǎn)出。以工藝流程為主線、以數(shù)據(jù)為平臺、以可視化為載體、以工具包為手段、以機制為保障，建設(shè)全套信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)的集成、協(xié)同和共享，做到人流、物流、信息流和價值流的統(tǒng)一，從根本上改變生產(chǎn)基礎(chǔ)管理薄弱的局面。遵循精益管理的思想，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)和管理流程，精簡運營管理中不增值的環(huán)節(jié)，減少和杜絕生產(chǎn)中的無效消耗。

20150830）