徐璞 /西安航天精密機(jī)電研究所

航天企業(yè)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著不可替代的作用，航天技術(shù)是占據(jù)世界高新技術(shù)領(lǐng)域的重要支柱，通過(guò)中國(guó)航天企業(yè)的不懈努力，我國(guó)的航天技術(shù)已占據(jù)世界領(lǐng)先地位，而各國(guó)為了國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的提高，也作出了相應(yīng)的努力。2013 年4 月，德國(guó)在漢諾工業(yè)博覽會(huì)上提出了“工業(yè)4.0”，通過(guò)建立信息物理系統(tǒng)對(duì)智能工廠和智能生產(chǎn)進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程、工業(yè)工程、電子電氣工程、自動(dòng)化工程、信息工程等學(xué)科的融合；美國(guó)通用電氣公司提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，不僅把人工、數(shù)據(jù)信息、機(jī)器等有效結(jié)合，構(gòu)建了開(kāi)放、全球化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，而且還將大量的工業(yè)技術(shù)原理、通信控制信息和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。2015 年5 月，我國(guó)提出了“中國(guó)制造2025”計(jì)劃，其核心是智能制造，將“以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要依據(jù)，以生產(chǎn)線為載體，把智能制造作為‘兩化’深度融合的主攻方向，大力發(fā)展智能裝備和產(chǎn)品，使得生產(chǎn)過(guò)程智能化，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平”，其重點(diǎn)是加快航天企業(yè)、智能制造、機(jī)械加工等企業(yè)的改造。

智能制造是通過(guò)飛速發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)信息的深度探索和感知，使決策智能化、控制精準(zhǔn)化，制造過(guò)程和生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)全方位的智能制造和智能生產(chǎn)。其中，智能制造是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、智能自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)和信息技術(shù)相互融合，并面向產(chǎn)品全生命周期，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和消耗。其關(guān)鍵技術(shù)包括智能化的裝備以及生產(chǎn)模式、智能化的工廠和制造車間，能夠帶動(dòng)航天軍工企業(yè)在生產(chǎn)模式上有所創(chuàng)新；智能決策可以使航天企業(yè)實(shí)現(xiàn)智慧決策、智能產(chǎn)品、智能服務(wù)，給航天企業(yè)帶來(lái)商業(yè)模式上的創(chuàng)新；智能化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和企業(yè)管理及智能化的物流和供應(yīng)，使得航天企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式有了極大的改善。

一、三維裝配工藝軟件

二維設(shè)計(jì)工藝文件僅通過(guò)文字描述、二維圖紙等靜態(tài)的工藝設(shè)計(jì)手段來(lái)體現(xiàn)，文字表述不夠直觀，當(dāng)面對(duì)復(fù)雜的裝配工序時(shí)，二維圖紙對(duì)零件的局部安裝過(guò)程表達(dá)不夠清晰，導(dǎo)致操作人員難以通過(guò)二維圖紙快速掌握產(chǎn)品的整個(gè)裝配流程，需要工藝人員的指導(dǎo)。而隨著智能制造理念的推廣，航天企業(yè)將三維裝配工藝工具應(yīng)用于工藝裝配中，如西安航天精密機(jī)電研究所使用三維可視化裝配工藝工具軟件ADPTools，利用已有的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行模型輕量化轉(zhuǎn)換，快速生成三維裝配工藝動(dòng)畫，以指導(dǎo)車間裝配人員進(jìn)行裝配生產(chǎn)。軟件部署方式如圖1所示。

通過(guò)將敏捷服務(wù)器軟件安裝至服務(wù)器后，對(duì)輕量化軟件、三維工藝編制軟件、可視化文件瀏覽器進(jìn)行授權(quán)，從而使軟件正常使用，同時(shí)將相對(duì)應(yīng)的文件依托現(xiàn)有的PDM 系統(tǒng)進(jìn)行傳遞，使車間現(xiàn)場(chǎng)可以瀏覽三維裝配工藝。

二維設(shè)計(jì)工藝文件僅通過(guò)文字描述、二維圖紙等靜態(tài)的工藝設(shè)計(jì)手段來(lái)體現(xiàn)，文字表述不夠直觀，當(dāng)面對(duì)復(fù)雜的裝配工序時(shí)，二維圖紙對(duì)零件的局部安裝過(guò)程表達(dá)不夠清晰，導(dǎo)致操作人員難以通過(guò)二維圖紙快速掌握產(chǎn)品的整個(gè)裝配流程，需要工藝人員的指導(dǎo)。而隨著智能制造理念的推廣，航天企業(yè)將三維裝配工藝工具應(yīng)用于工藝裝配中，如西安航天精密機(jī)電研究所使用三維可視化裝配工藝工具軟件ADPTools，利用已有的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行模型輕量化轉(zhuǎn)換，快速生成三維裝配工藝動(dòng)畫，以指導(dǎo)車間裝配人員進(jìn)行裝配生產(chǎn)。

二、工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算、傳感、智能化等多種學(xué)科技術(shù)相融合的智能化產(chǎn)物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的使用，不僅可以增加產(chǎn) 量、 提 高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，還能夠提高 品 質(zhì)、 改善勞動(dòng)工具、縮短產(chǎn)品生產(chǎn) 周 期、 減少資源消耗和環(huán)境污染，是制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中的重要環(huán)節(jié)。

圖1 軟件部署方式

在部分航天企業(yè)中，已開(kāi)始使用平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的使用代替了傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)，使得精度大大提高。在制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)具體應(yīng)用分為焊接、裝配、噴漆、碼垛、搬運(yùn)等類型。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代化、智能化的產(chǎn)物，它的廣泛應(yīng)用和發(fā)展有力地推動(dòng)了世界科技產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步、促進(jìn)了工業(yè)智能的發(fā)展。

三、分布式數(shù)字控制（DNC）系統(tǒng)

隨著“兩化”融合的深入人心，航天企業(yè)制造車間開(kāi)始了自身信息化系統(tǒng)建設(shè)，DNC 系統(tǒng)作為航天制造車間信息工程的第一步，在制造環(huán)節(jié)中占據(jù)著重要地位，隨著智能制造理念的提出，DNC 技術(shù)得到了更加深入的研究和探索。

圖2 DNC系統(tǒng)實(shí)施情況

DNC 系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床的工作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的實(shí)時(shí)調(diào)度，是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與數(shù)控設(shè)備之間進(jìn)行信息交互的紐帶；連接數(shù)控設(shè)備和上層計(jì)算機(jī)，接收來(lái)自MES 系統(tǒng)的計(jì)劃指令，同時(shí)接收來(lái)自車間的作業(yè)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)的資源調(diào)度和作業(yè)調(diào)度，并決定零件的加工路線、監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)數(shù)控設(shè)備的任務(wù)執(zhí)行情況。

DNC 系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面。

設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。使用DNC 系統(tǒng)，使車間的數(shù)控設(shè)備操作者、調(diào)度管理人員、檢驗(yàn)員以及供貨商、材料輸入方能夠直接與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化、長(zhǎng)距離通訊，使得操作者可以直接在機(jī)床控制面板上得到服務(wù)器上的程序，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

程序管理。實(shí)現(xiàn)NC 數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，將DNC 總服務(wù)器放置在工廠信息中心，所有分廠的數(shù)控程序及其相關(guān)的文檔集中于DNC 服務(wù)器，做到數(shù)據(jù)流程的規(guī)范化管理。

機(jī)床監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)行情況的監(jiān)控，如開(kāi)關(guān)機(jī)、加工、維修等狀態(tài)。實(shí)時(shí)了解機(jī)床的狀態(tài)，獲得機(jī)床加工及故障信息，不僅可以為機(jī)床的維修提供便利，還能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供智能決策，從而為改善生產(chǎn)效率提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況作出效率統(tǒng)計(jì)，顯示各類機(jī)床狀態(tài)；查看設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)行對(duì)比分析，從而獲得機(jī)床實(shí)際功率變化曲線。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到機(jī)床運(yùn)行狀況及利用效率、開(kāi)機(jī)率、故障率等效率指標(biāo)。DNC 實(shí)施情況如圖2 所示。

四、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

隨著智能制造的廣泛推廣，航天企業(yè)內(nèi)部的各類流程都必然產(chǎn)生物料的流動(dòng)，更多的航天企業(yè)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，而且也更加重視物流自動(dòng)化。制造業(yè)方面，在進(jìn)行零件加工過(guò)程中，零件狀態(tài)（毛坯、半成品、成品），刀具的使用、保存，使得物流倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，主要通過(guò)建立工裝、刀具以及工件的自立體貨柜，并分析庫(kù)位的大小以及貨位的數(shù)量規(guī)格等要素，以便進(jìn)行合理的分布和自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)。

筆者分析了目前航天企業(yè)的生產(chǎn)制造模式以及在“工業(yè)4.0”背景下的智能制造技術(shù)。智能制造是全球制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，在我國(guó)航天企業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，一方面要借鑒別國(guó)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，另一方面要根據(jù)我國(guó)航天企業(yè)的特點(diǎn)，將智能制造和航天企業(yè)發(fā)展相結(jié)合，以推進(jìn)我國(guó)航天企業(yè)的蓬勃發(fā)展。