（中國(guó)航發(fā)動(dòng)力股份有限公司，西安710021）

裝配是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的最后環(huán)節(jié)，脈動(dòng)裝配生產(chǎn)組織模式已經(jīng)得到世界各大發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的廣泛應(yīng)用，并取得了劃時(shí)代的經(jīng)濟(jì)效益。通用電氣（General Electric）、羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）、普拉特·惠特尼（Pratt Whitney）和賽峰（Snecma,Safran）等公司分別在其核心產(chǎn)品批生產(chǎn)中建設(shè)了脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配效率和質(zhì)量的提升，滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)在航空產(chǎn)品的脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線建設(shè)方面也有不少研究成果。李金龍等[1]從飛機(jī)裝配的需求分析了脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用與發(fā)展，認(rèn)為脈動(dòng)裝配線是飛機(jī)制造技術(shù)的必然趨勢(shì)；萇書梅等[2]通過對(duì)飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的需求和工藝分析，開展了智能裝配技術(shù)研究與應(yīng)用，認(rèn)為對(duì)航空企業(yè)來說智能制造技術(shù)的研究和應(yīng)用，是一個(gè)循環(huán)漸進(jìn)的發(fā)展過程，需要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況和產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造特點(diǎn)發(fā)展智能制造技術(shù)；辛彥秋等[3]通過對(duì)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)模式的分析，認(rèn)為脈動(dòng)裝配可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)周期；綜上所述，開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線組線智能管控技術(shù)研究，是滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)質(zhì)量、性能、效率提升要求的必經(jīng)之路。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)規(guī)劃通常采用兩裝兩試的工藝過程[4]，即集件→初裝→試車→拆解→故檢→二次裝配→二次試車→交付的工藝過程。圖1為航空發(fā)動(dòng)機(jī)工藝過程示意圖。由于裝配過程復(fù)雜，不確定因素多，裝配串換件時(shí)有發(fā)生、排故轉(zhuǎn)工需要?dú)w零控制、裝配過程需要記錄大量質(zhì)量和過程信息以形成完整履歷信息、檢驗(yàn)要求嚴(yán)格等，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)度問題、工藝問題、質(zhì)量問題、性能問題。主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。

（1）裝配質(zhì)量穩(wěn)定性差，一次性裝調(diào)成功率低。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of aero-engine assembly process

由于同種零件在容差范圍內(nèi)存在個(gè)體差異，其尺寸、屬性具有分散性，通過葉片重量矩測(cè)量?jī)x、堆疊優(yōu)化測(cè)量設(shè)備不能完全消除零件差異，造成裝配組件存在個(gè)體差異，向后續(xù)裝配工序傳遞并累積，造成后續(xù)裝配環(huán)節(jié)尺寸超差或者發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后試車性能不達(dá)標(biāo)。

（2）裝配效率低。

裝配技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，裝配技術(shù)依靠人員傳承和工作經(jīng)驗(yàn)，裝配故障定位、故障排除所花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)且準(zhǔn)確度不高，存在安裝過程中經(jīng)常需要選配修磨過程，造成裝配過程一致性較差，裝配周期難以控制。

（3）工裝設(shè)備種類多，生產(chǎn)準(zhǔn)備效率低。

沿用早期固定站位式裝配模式，基于專用的固定式剛性型架支撐發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行垂直裝配，各型發(fā)動(dòng)機(jī)之間的工裝設(shè)備無法通用，現(xiàn)場(chǎng)工裝種類及數(shù)量繁多，生產(chǎn)準(zhǔn)備效率低。

（4）裝配工藝仿真缺失。

傳統(tǒng)的裝配工藝設(shè)計(jì)缺乏仿真驗(yàn)證手段，工藝設(shè)計(jì)人員需根據(jù)工程圖紙去構(gòu)想產(chǎn)品的裝配關(guān)系，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)規(guī)劃出產(chǎn)品的裝配路徑方案，考慮問題缺乏系統(tǒng)性和全面性。

（5）缺乏質(zhì)量信息傳遞與優(yōu)選優(yōu)配的基礎(chǔ)條件。

裝配車間的立體倉(cāng)庫(kù)僅管理了零部件的數(shù)量和存儲(chǔ)位置，對(duì)于實(shí)現(xiàn)裝配質(zhì)量控制和裝配技術(shù)狀態(tài)控制所必須的關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)，沒有有效的獲取途徑，缺乏零組件優(yōu)選優(yōu)配的基礎(chǔ)條件。

總體而言，在生產(chǎn)組織、生產(chǎn)流程、工裝設(shè)備、配套模式等各方面仍是沿用傳統(tǒng)的裝配模式，難以適應(yīng)高質(zhì)量、高可靠性的發(fā)動(dòng)機(jī)提出的高效、無應(yīng)力的裝配技術(shù)要求。為確保我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配能力的快速形成，迫切需要建設(shè)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線，開展智能排產(chǎn)與動(dòng)態(tài)調(diào)度、物料標(biāo)識(shí)與配送、裝配狀態(tài)采集、優(yōu)選優(yōu)配等方面的智能管控技術(shù)研究工作，并進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和工程化驗(yàn)證工作。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線需求

脈動(dòng)裝配線是一種按節(jié)拍移動(dòng)的裝配生產(chǎn)線，具有裝配的時(shí)候不移動(dòng)，移動(dòng)的時(shí)候不裝配的特點(diǎn)，各裝配站位完成各自站位相應(yīng)的裝配任務(wù)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)；各站位只配備適合本站位使用的工裝、工具、工藝等，可以有效減少建設(shè)投資；各站位只了解自己站位的工藝規(guī)范，可以有效降低操作者對(duì)裝配技能的要求。李慧麗[5]通過對(duì)大涵道發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝需求的分析，規(guī)劃了一條適合大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的脈動(dòng)總裝生產(chǎn)線；提到了容差控制和數(shù)字化管控系統(tǒng)的必要性。魏小紅等[6]通過對(duì)數(shù)字化裝配的需求分析，梳理出發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化脈動(dòng)總裝應(yīng)解決的技術(shù)問題有：發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、單元體的身份識(shí)別技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)字化信息平臺(tái)的技術(shù)規(guī)劃；航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的容差優(yōu)化分配和工藝仿真技術(shù)研究。

在長(zhǎng)期的脈動(dòng)生產(chǎn)線規(guī)劃建設(shè)中，通過多次調(diào)研和技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)裝配光有適合人體工程學(xué)的工藝裝備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通過觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配想要順利生產(chǎn)，離不開生產(chǎn)資源的精準(zhǔn)配送，這里不僅包括生產(chǎn)物料的精準(zhǔn)配送，應(yīng)該包含“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”的各種生產(chǎn)資源的精準(zhǔn)配送。在賽峰工廠，配備有相當(dāng)龐大的物料配送管理系統(tǒng)，在保證“三工”（即工藝、工裝、工具）設(shè)計(jì)以人為本，充分考慮使用者方便的同時(shí)，還要保證各種生產(chǎn)資源的精準(zhǔn)配套。尤其是生產(chǎn)零部件的配套，必須保證操作者按照推送的標(biāo)準(zhǔn)工藝方案進(jìn)行操作，才可以裝出一個(gè)合格的產(chǎn)品，這就要求在脈動(dòng)生產(chǎn)線建設(shè)中充分考慮零部件的優(yōu)選優(yōu)配，選用符合裝配需求的零組件進(jìn)行配套，把“裝”和“配”分離，首先進(jìn)行零部件的優(yōu)選配套，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行安裝操作，盡量減少“配”的操作，使生產(chǎn)流程盡量標(biāo)準(zhǔn)化，這是脈動(dòng)生產(chǎn)線順利運(yùn)行的最基本需求。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配智能管控技術(shù)

1 脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線

周爍等[7]解析了某發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配工藝，分別論述了部裝和總裝階段的工藝需求。建設(shè)滿足生產(chǎn)節(jié)拍需求的脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線，包括整機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線、部件裝配生產(chǎn)線、生產(chǎn)管控系統(tǒng)、信息化數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝流程。圖2為某航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線示意圖。

整機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線采用環(huán)形設(shè)計(jì)，共有裝配工位5 個(gè)，每個(gè)工位各配備一個(gè)專用庫(kù)房；緩沖工位2個(gè)，主要用于對(duì)裝配故障的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行緩沖處理。各工位主要功能為：工位1 主要安裝風(fēng)扇機(jī)匣單元體，工位2 主要安裝核心機(jī)單元體，工位3 主要安裝低渦單元體，工位4和工位5 主要安裝附件、管路和電纜，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配結(jié)束后由工位5 直接下架。部件裝配生產(chǎn)線包括風(fēng)扇單元體裝配生產(chǎn)線、核心機(jī)單元體裝配生產(chǎn)線、低壓?jiǎn)卧w裝配生產(chǎn)線、附件單元體裝配生產(chǎn)線以及管路線纜供給線組成。各部件裝配生產(chǎn)線是將配套單位提供的部件單元體進(jìn)行配套、組裝、檢測(cè)等前期準(zhǔn)備，為整機(jī)脈動(dòng)總裝線提供滿足裝配需求的部件單元體。

生產(chǎn)管控系統(tǒng)需要從發(fā)動(dòng)機(jī)部件、組件、單元體到整機(jī)裝配的整個(gè)生產(chǎn)過程中，對(duì)物料的配套、狀態(tài)、特征參數(shù)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行等進(jìn)行綜合管控。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)物流的運(yùn)輸、部件位姿進(jìn)行自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，研制專用的水平裝配機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)主單元體自動(dòng)化對(duì)中和對(duì)接，降低裝配勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置反饋與控制。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線中的裝配站位及裝配、分解工藝，研制專用的發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝裝置，精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的起降、運(yùn)輸，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配姿態(tài)，保證總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線安全可靠。通過集成工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器視覺方法、光學(xué)測(cè)量技術(shù)，研究發(fā)動(dòng)機(jī)部件、整機(jī)光學(xué)檢測(cè)及質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)感知技術(shù)，構(gòu)建面向發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量檢測(cè)的“手–眼機(jī)器人”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)大量檢測(cè)點(diǎn)質(zhì)量信息的自動(dòng)獲取、分析和判定。

信息化數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)需要打通信息化、工藝管理、檢測(cè)技術(shù)、質(zhì)量管控體系技術(shù)壁壘，推行“工檢合一”的工藝規(guī)程卡，做到一個(gè)界面完成操作者一個(gè)工步的操作、檢測(cè)、檢驗(yàn)確認(rèn)過程。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)流程再造，實(shí)現(xiàn)總裝脈動(dòng)式生產(chǎn)，運(yùn)用拉動(dòng)式生產(chǎn)組織方式，拉動(dòng)部件和單元體裝配以及下游各零部件的生產(chǎn)配套，協(xié)調(diào)各種資源，實(shí)現(xiàn)“三工”的精準(zhǔn)配送，保證脈動(dòng)裝配的順利運(yùn)行。

圖2 某航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線示意圖Fig.2 Schematic diagram of pulsation assembly line of an aero-engine

依據(jù)集件、部件裝配、總裝裝配、工廠試車的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配效率和裝配質(zhì)量，在集件、部件裝配、脈動(dòng)總裝、檢驗(yàn)試車等全裝配環(huán)節(jié)開展零部件、存儲(chǔ)器具、員工及工具的數(shù)字化識(shí)別，并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)改進(jìn)。

在集件階段，基于關(guān)鍵尺寸鏈，建立優(yōu)配模型，通過重量距完成葉片數(shù)字化檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)零部件的優(yōu)選優(yōu)配，采用立體庫(kù)、回轉(zhuǎn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)零部件配套件智能存儲(chǔ)。

在脈動(dòng)總裝階段，實(shí)現(xiàn)裝配物料、工裝的精準(zhǔn)配送，自動(dòng)感知裝機(jī)技術(shù)狀態(tài)，進(jìn)行質(zhì)量控制與追溯，研制對(duì)接裝配機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝脈動(dòng)配送裝置和高精度裝配質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主體自動(dòng)化調(diào)姿及保姿態(tài)升降、單元體自動(dòng)化水平對(duì)接、流水線脈動(dòng)移動(dòng)、裝配質(zhì)量光學(xué)檢測(cè)等功能。

在檢驗(yàn)試車階段，主動(dòng)感知試車技術(shù)狀態(tài)，采集存儲(chǔ)試車數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢驗(yàn)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用脈動(dòng)式裝配模式，確定單工位裝配計(jì)劃，所需工藝裝備功能需求明確，引進(jìn)自動(dòng)對(duì)接、擰緊、檢測(cè)等設(shè)備，提升裝配質(zhì)量，降低操作強(qiáng)度，提升裝配操作效率，建設(shè)智能管控系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的物料和質(zhì)量信息進(jìn)行完整的跟蹤和記錄，確保生產(chǎn)進(jìn)度信息及時(shí)、準(zhǔn)確的感知和傳遞，整個(gè)裝配過程進(jìn)行可視化展示，輔助技術(shù)、生產(chǎn)、質(zhì)量人員進(jìn)行有效決策。

2 脈動(dòng)裝配智能管控技術(shù)研究

智能管控系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線的大腦，負(fù)責(zé)生產(chǎn)線內(nèi)運(yùn)行計(jì)劃、調(diào)度、資源、物料的管理與調(diào)配，負(fù)責(zé)生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理與分析。通過與物流機(jī)構(gòu)的集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指令的下達(dá)與執(zhí)行狀態(tài)的采集。圖3為航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配智能管控系統(tǒng)技術(shù)路線示意圖。

智能管控系統(tǒng)以產(chǎn)品裝配流程為基礎(chǔ)，對(duì)裝配管理業(yè)務(wù)和裝配過程按照端到端流程進(jìn)行分解，支撐數(shù)字化裝配管理、裝配執(zhí)行及執(zhí)行狀態(tài)的感知。通過與ERP 的集成，獲取企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃，形成裝配線內(nèi)部部件級(jí)的作業(yè)計(jì)劃。感知齊套狀態(tài)，分解生產(chǎn)線內(nèi)部作業(yè)計(jì)劃，形成具體的裝配任務(wù)，下達(dá)班產(chǎn)任務(wù)并監(jiān)控進(jìn)度。監(jiān)視關(guān)鍵點(diǎn)、重要部件、資源等生產(chǎn)運(yùn)行狀況，及時(shí)智能處理突發(fā)事件，監(jiān)控生產(chǎn)線上的人力、工裝、設(shè)備等資源，預(yù)警資源短缺狀況，保證按計(jì)劃產(chǎn)出。智能管控系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)包括工藝仿真、智能排產(chǎn)與調(diào)度、物料標(biāo)識(shí)與配送、技術(shù)狀態(tài)管理、裝配狀態(tài)采集、優(yōu)選優(yōu)配等。

2.1 裝配工藝仿真

（1）完善顧客導(dǎo)向型偏離量表的文化普適性。雖然Leo等學(xué)者嚴(yán)格按照量表開發(fā)程序，最終形成顧客導(dǎo)向型偏離的測(cè)量量表，但該量表是以澳大利亞接待業(yè)一線員工基于自身工作經(jīng)歷而形成的問項(xiàng)池，直接用于測(cè)量我國(guó)酒店業(yè)一線員工的顧客導(dǎo)向型偏離時(shí)，是否存在文化差異還不得而知。因此，顧客導(dǎo)向型偏離量表的文化普適性和外部效度還需要進(jìn)一步驗(yàn)證、完善。

趙蕭[8]描述了“裝配–拆卸–再裝配”的裝配模式，及對(duì)數(shù)字裝配工藝仿真技術(shù)研究，保證了產(chǎn)品裝配萬無一失。通過優(yōu)化裝配序列規(guī)劃（Assembly Sequence Planning，ASP），對(duì)產(chǎn)品裝配工藝方案、集件齊套性、裝配組織模式、裝配順序、工裝工具、生產(chǎn)節(jié)拍、人員等進(jìn)行仿真，建立三維模型、通過3D 裝配示教，驗(yàn)證裝配工藝，最終實(shí)現(xiàn)提高裝配效率、降低裝配成本、縮短產(chǎn)品工藝開發(fā)周期的目的。

按照航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配“兩裝兩試”的規(guī)范裝配工藝，開展裝配工藝仿真技術(shù)研究，以企業(yè)PDM/ERP/MES 等主要信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化動(dòng)態(tài)裝配仿真，分析動(dòng)態(tài)裝配過程中零組件、工裝工具可能的干涉，驗(yàn)證裝配順序、工裝工具使用的合理性，智能規(guī)劃最優(yōu)裝配路徑，優(yōu)化工位布局，分析工人操作的舒適度問題。對(duì)部件裝配進(jìn)行工藝容差分析，對(duì)組件和部件進(jìn)行三維尺寸鏈計(jì)算、公差分析，評(píng)定零組件尺寸和幾何特征的不一致性對(duì)裝配性能、穩(wěn)定性的影響，確定不同尺寸對(duì)裝配影響的貢獻(xiàn)度、預(yù)測(cè)裝配的失效率，確定關(guān)鍵裝配參數(shù)，優(yōu)選裝配零組件，優(yōu)化裝配工藝，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的穩(wěn)定性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能，降低零部件失效及整機(jī)振動(dòng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量。

2.2 智能排產(chǎn)與動(dòng)態(tài)調(diào)度

航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)式裝配生產(chǎn)線各工位的生產(chǎn)任務(wù)相對(duì)固定，執(zhí)行計(jì)劃的質(zhì)量要求較高，要求裝配計(jì)劃盡可能科學(xué)合理，盡可能使不同工位之間的裝配節(jié)拍保持相對(duì)一致。

針對(duì)脈動(dòng)線，根據(jù)規(guī)劃好的站位以及站位內(nèi)部的工藝指導(dǎo)卡分配，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)劃（包括組件裝配和單元體裝配計(jì)劃）的自動(dòng)編排和人工校準(zhǔn)。同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)線裝配作業(yè)計(jì)劃需求，自動(dòng)給出站位或裝配單元的配套需求計(jì)劃，并傳遞給物流配送系統(tǒng)。

針對(duì)裝配生產(chǎn)線計(jì)劃管理約束條件復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)條件多變等特點(diǎn)，通過篩選發(fā)動(dòng)機(jī)總裝過程的約束關(guān)系集，明確裝配流程、站位、節(jié)拍、資源和訂單等條件對(duì)排產(chǎn)結(jié)果的影響情況；分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配過程中的復(fù)雜物料需求，識(shí)別其中各要素間的依賴關(guān)系，建立表達(dá)模型。梳理發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中可能影響進(jìn)度或效率的各種要素（例如：配件短缺、工裝占用、緊急插單等）與可能的應(yīng)對(duì)措施（例如：加班、延期、換裝等），分析不同場(chǎng)景下的排產(chǎn)優(yōu)化空間與目標(biāo)。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配智能管控系統(tǒng)技術(shù)路線示意圖Fig.3 Technical route of intelligent control system of aero-engine pulsation assembly

智能排產(chǎn)以制造資源充分利用和保證生產(chǎn)進(jìn)度為目標(biāo)，建立事件驅(qū)動(dòng)的裝配資源沖突檢測(cè)和消解模型，采用線性規(guī)劃及規(guī)則、約束和裝配實(shí)例的混合消解策略，處理制造協(xié)同、突發(fā)故障等因素引起的物料、設(shè)備和工裝等沖突，獲得滿足各種約束條件最優(yōu)的裝配順序（或其近似解）。圖4為航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線智能管控系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃自驅(qū)動(dòng)流程。

2.3 物料標(biāo)識(shí)與配送

首先對(duì)進(jìn)入裝配車間的每個(gè)零件貼、掛可識(shí)別的唯一條碼，然后通過掃描裝置進(jìn)行識(shí)別和按部件分揀到配套托盤，進(jìn)入智能貨柜進(jìn)行集中配套統(tǒng)一管理。通過物料配送系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)物料倉(cāng)儲(chǔ)補(bǔ)給、現(xiàn)場(chǎng)配送預(yù)警，保證生產(chǎn)線物料按需、定時(shí)、定點(diǎn)精準(zhǔn)配送，減小人工分類和物料識(shí)別的出錯(cuò)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，其物流工作流程如圖5所示。

采用合理的物料標(biāo)識(shí)手段，對(duì)進(jìn)入裝配生產(chǎn)線的物料進(jìn)行唯一性標(biāo)識(shí)，同時(shí)增強(qiáng)物料分發(fā)和清點(diǎn)手段。在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)配備立體倉(cāng)庫(kù)，管控系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)份配套管理，依據(jù)排產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行物流動(dòng)態(tài)配送，基于軟硬件系統(tǒng)互聯(lián)通訊技術(shù)，通過與生產(chǎn)線立體倉(cāng)庫(kù)管控系統(tǒng)的集成，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資源調(diào)度方案，自動(dòng)控制物流運(yùn)輸設(shè)備執(zhí)行資源配送任務(wù)，或者通過待辦任務(wù)的形式，安排專人執(zhí)行配送任務(wù)，實(shí)時(shí)響應(yīng)裝配現(xiàn)場(chǎng)資源需求信息，實(shí)現(xiàn)各類資源的準(zhǔn)時(shí)化、精準(zhǔn)化成套配送實(shí)時(shí)感知總裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)物料、工裝、工具等資源的庫(kù)存信息、使用狀態(tài)（包括使用中、報(bào)廢、閑置等狀態(tài)信息）、磨損狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)需求信息，以生產(chǎn)計(jì)劃及任務(wù)調(diào)度結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合物料、工裝、工具對(duì)應(yīng)工序信息（通過讀取工藝文件信息獲得），對(duì)各類制造資源進(jìn)行合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置與智能化調(diào)度，配置過程支持可視化手動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)配兩種模式，并向物流配送系統(tǒng)及時(shí)發(fā)起資源配送指令。同時(shí)，當(dāng)資源狀態(tài)難以滿足未來生產(chǎn)需求時(shí)，通過設(shè)置資源庫(kù)存閾值并進(jìn)行自動(dòng)判別，實(shí)現(xiàn)各類資源的庫(kù)存預(yù)警。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)時(shí)采集物流設(shè)備健康狀態(tài)、實(shí)時(shí)定位及載料等基本信息；通過與生產(chǎn)調(diào)度模塊的集成，實(shí)時(shí)感知生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)物料、工裝、工具等制造資源的需求信息，通過對(duì)物流運(yùn)輸設(shè)備、物流銜接設(shè)備狀態(tài)信息（包括使用中、故障、閑置等狀態(tài)信息）的動(dòng)態(tài)感知，實(shí)現(xiàn)物流資源的合理調(diào)度，并結(jié)合實(shí)際庫(kù)存情況，實(shí)現(xiàn)物料、工裝、工具等資源的自動(dòng)化、準(zhǔn)時(shí)化配送；同時(shí)，通過集成安全監(jiān)測(cè)裝置，物流控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)響應(yīng)應(yīng)急停車指令，有效避免生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事件造成的人員、設(shè)備、資產(chǎn)浪費(fèi)。表1為常用物流設(shè)備及物流對(duì)象的分類。

2.4 技術(shù)狀態(tài)管理

建立技術(shù)文件模板庫(kù)，對(duì)工藝規(guī)程、更改單、技術(shù)通知、補(bǔ)充流程卡等技術(shù)文件進(jìn)行分類管理，控制其有效性，管理技術(shù)文件的簽收、貫徹、歸檔的流轉(zhuǎn)過程，保證技術(shù)文件的正確、及時(shí)下發(fā)與回收，跟蹤技術(shù)文件的實(shí)際應(yīng)用范圍。

定義技術(shù)狀態(tài)管理的范圍，管理零部件的串換，支持單臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)的查詢和跟蹤，實(shí)現(xiàn)沿時(shí)間軸的技術(shù)狀態(tài)快照。研究裝配履歷的深度結(jié)構(gòu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)裝配技術(shù)狀態(tài)管理與跟蹤。建立完整的履歷本結(jié)構(gòu)，建立各履歷表的模板，提供方便的履歷本打印工具，支持基于履歷本的查詢和分析。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配履歷信息進(jìn)行打包，形成脫離本系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)離線履歷本，便于與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成與同步，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的共享和歸檔。

圖4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配生產(chǎn)線智能管控系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃自驅(qū)動(dòng)流程Fig.4 Production plan self-driving process of intelligent control system for aero-engine pulsation assembly line

圖5 物料配送流程圖Fig.5 Flow chart of material distribution

表1 常用物流設(shè)備及物流對(duì)象的分類Table 1 Classification of common logistics equipment and objects

逐步收集發(fā)動(dòng)機(jī)裝配、發(fā)動(dòng)機(jī)試車中各類特性數(shù)據(jù)，建立大數(shù)據(jù)分析模型，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在集件階段為裝配前的優(yōu)選優(yōu)配提供技術(shù)參考。

2.5 裝配狀態(tài)采集

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線智能管控需求，通過數(shù)據(jù)接口和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，采集、處理、傳遞、存儲(chǔ)生產(chǎn)線上的各類信息，監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)計(jì)劃、重要工序及關(guān)鍵指標(biāo)的執(zhí)行狀態(tài)，可視化監(jiān)控資源狀態(tài)并及時(shí)響應(yīng)各類異常及報(bào)警信號(hào)。

依據(jù)裝配工藝獨(dú)有的特點(diǎn)以及國(guó)外最新發(fā)展趨勢(shì)，建立裝配與檢驗(yàn)集成的數(shù)字化工卡。研究裝配工藝、檢驗(yàn)要求的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，并對(duì)裝配項(xiàng)與檢驗(yàn)項(xiàng)進(jìn)行有效地關(guān)聯(lián)和集成，建立起“工檢合一”的數(shù)字化工卡存儲(chǔ)和表達(dá)模型。針對(duì)數(shù)字化工卡，在PDM 系統(tǒng)中研究工卡生成技術(shù)，以及向裝配現(xiàn)場(chǎng)管控系統(tǒng)的傳遞和集成技術(shù)。研究數(shù)字化工卡的在線引導(dǎo)及可視化方法，研究實(shí)物檢驗(yàn)項(xiàng)信息的在線關(guān)聯(lián)、零組件配合尺寸計(jì)算、單元體對(duì)接尺寸鏈計(jì)算及超差等的自動(dòng)判別技術(shù)。

針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件較多、對(duì)緊固件的擰緊順序及力矩控制要求嚴(yán)格，以及裝配操作空間小等特點(diǎn)，集成開發(fā)專用擰緊工裝?；跀Q緊工裝與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)，研究與數(shù)字化工卡的集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)擰緊力矩的準(zhǔn)確設(shè)定，同時(shí)研究實(shí)際擰緊力矩值的在線采集和自動(dòng)記錄技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)螺栓緊固的裝配檢測(cè)一體化。

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量位置選用合適的數(shù)字化測(cè)量?jī)x器，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸。將數(shù)顯卡尺、數(shù)顯千分尺、數(shù)顯千分表、數(shù)顯內(nèi)徑規(guī)及氣動(dòng)量?jī)x等接入數(shù)字化測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)，通過可視化檢測(cè)引導(dǎo)，指導(dǎo)檢驗(yàn)人員執(zhí)行設(shè)定的檢驗(yàn)規(guī)劃。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變換，通過網(wǎng)絡(luò)及標(biāo)準(zhǔn)接口向管控系統(tǒng)傳遞。工程技術(shù)人員和管理人員可查看和監(jiān)控生產(chǎn)過程中的裝配數(shù)據(jù)是否有異常波動(dòng)，通過工藝能力指數(shù)，運(yùn)行圖、預(yù)控圖等實(shí)時(shí)曲線圖定量分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警控制。

2.6 優(yōu)選優(yōu)配

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配后形成的若干關(guān)鍵控制尺寸對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能和可靠性影響巨大?，F(xiàn)有模式按照單臺(tái)份發(fā)料，造成關(guān)鍵控制尺寸分布不均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)體間一致性差。研究各關(guān)鍵控制尺寸對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性的影響規(guī)律，尋找優(yōu)化控制尺寸的名義值和控制區(qū)間。建立關(guān)重件關(guān)鍵尺寸的尺寸鏈模型，建立關(guān)鍵尺寸的單臺(tái)份實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。研究基于計(jì)算智能的裝機(jī)零部件優(yōu)化配合方法，提高各臺(tái)份關(guān)鍵尺寸分布的一致性。應(yīng)用零部件優(yōu)化配合關(guān)系，指導(dǎo)單臺(tái)份裝配的發(fā)料。

零件的選配優(yōu)化主要考慮零件實(shí)物的端跳、徑跳、動(dòng)平衡和靜平衡等零件質(zhì)量性能指標(biāo)，建立基于裝配關(guān)系和尺寸鏈的裝配誤差傳遞模型，使轉(zhuǎn)子同軸度或大部件對(duì)接間隙符合裝配質(zhì)量控制要求，設(shè)計(jì)針對(duì)該優(yōu)化問題的計(jì)算智能方法，求解零件選配結(jié)果。

結(jié)論

綜上所述，對(duì)裝配工序多、周期長(zhǎng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)線進(jìn)行流程再造，建立多工位脈動(dòng)式裝配生產(chǎn)線，配備自動(dòng)配送、對(duì)中、檢測(cè)等自動(dòng)化設(shè)備，以數(shù)字化管控為手段，通過工藝創(chuàng)新提高裝配效率，運(yùn)用拉動(dòng)式生產(chǎn)組織方式，將配套、生產(chǎn)保障、質(zhì)量管理、工藝技術(shù)等管理工作統(tǒng)一到發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配交付過程中，從根本上改變傳統(tǒng)裝配方式存在的裝配效率低、質(zhì)量差、成本高等問題。工藝裝備采用柔性化、集成化設(shè)計(jì)，減少額外工作量，提升裝配操作效率。建設(shè)裝配智能管控系統(tǒng)，確保生產(chǎn)進(jìn)度信息及時(shí)、準(zhǔn)確地感知和傳遞，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中產(chǎn)生的質(zhì)量和物料信息進(jìn)行完整記錄和追溯，從根本上改變我國(guó)傳統(tǒng)的裝配模式，整體提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)水平和生產(chǎn)效率。

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)需求的發(fā)展，智能、柔性、脈動(dòng)裝配系統(tǒng)的構(gòu)建將是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配發(fā)展的必然趨勢(shì)，技術(shù)的進(jìn)步將推動(dòng)管理模式的改革，管理制度的及時(shí)跟進(jìn)，也將成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能脈動(dòng)裝配順利推進(jìn)的關(guān)鍵因素。