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航空工业凌峰精密复杂零件智能制造体系创新与实践

2020-09-22 14:46:17 中国航空报 高飞

中国航空报讯:我国经济发展已经由高速增长阶段转向了高质量发展阶段,阶段的转换要求产业在整个全球价值链中不断地往上攀升,由过去的中低端向中高端攀升。以新一代信息技术为代表的全球性科技革命,以其强大的渗透力、融合力,及变革的动力性,正在引发工业领域深刻而颠覆式的变革。习近平总书记指出,要以智能制造为主攻方向,推动产业技术变革和优化升级,推动制造业产业模式和企业形态根本性转变,以“鼎新”带动“革故”,以增量带动存量,促进我国产业迈向全球价值链中高端。

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我国航空工业经过60多年的发展,已经从最初的仿制和改进设计阶段,走到今天的自主设计和创新研发阶段。当前,新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,工业发达国家纷纷出台制造业发展战略,揭开了全球新一轮工业革命浪潮的序幕。航空制造业兼具高新技术产业和先进制造业的典型特征,是国家科技、经济、国防实力和工业化水平的重要标志。智能制造是航空工业落实创新驱动发展、实现工业转型升级和跨越式发展的关键举措。

一直以来,航空机载设备多品种、小批量、结构复杂、协调性和尺寸精度要求高的特点,长期影响航空装备的生产交付,成为航空制造领域的一大“痛”点。

四川凌峰航空液压机械有限公司(以下简称航空工业凌峰)积极践行集团公司“一心、两融、三力、五化”发展战略及机载公司发展规划,以实现数字化、智能化制造为发展目标,致力于航空产品做精、做优,围绕提升生产效率和质量,在航空液压精密复杂功能件智能制造领域先行先试,开展了一系列研究。如今,航空工业凌峰在智能制造方面的创新与实践取得了令人可喜的成果。

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智能制造推动生产变革

受限于机载产品的特点,传统的生产过程中以人工排产、调度、生产决策为主的现场管理模式,造成效率和设备利用率较低,存在大量冗余和浪费;生产制造过程中产品质量受到技能人员技术水平和状态影响,质量一致性较差;生产制造过程中过程数据、质量数据存在大量缺陷和信息孤岛,过程控制及质量追溯性不高;多品种、小批量、混线加工等特点,制造过程的生产组织管理相当复杂。如何确保高质、高效、准时实现产品交付,一直是机载产品生产制造的一大难题。

航空工业凌峰针对航空液压功能件制造的关键工艺和过程,在数控设备智能化、生产系统集成化、制造运行智能化等关键领域发力攻关,设计并建设了包括生产准备、生产制造、质量检测、产品清洗、物流仓储为一体的柔性制造智能生产车间,实现了数控机床与工业机器人、智能传感与控制装备、智能检测与清洗装备、智能物流与仓储装备等关键技术装备在生产管控中的互联互通与高度集成,构建了生产、物流、质量三位一体的智能管控平台,实现产品数据集成管理,对生产过程数据进行采集和分析,实现制造执行系统和企业资源计划系统的高效协同与集成,实现了精密航空液压功能件从生产排产到零件产出的全智能、无人化制造新模式。

解决工艺体系难点

现阶段精密复杂零件的制造过程中,资源与产品在多品种、多平台、多设备间无法实现无基准变化流转,经常需要定制化的接口和配套的专用工装工具。该生产方式在工艺尺寸链中存在大量的基准转换问题,导致产品的精度与生产效率下降。科研人员提出并应用国际领先的柔性可重构工装的对接技术,统一了设计基准、制造基准、检测基准。该装备为工件与任意设备提供了标准接口,重复定位精度不超过0.002毫米;消除基准不统一产生的精度误差,相同制造、检测装备下的工件精度显著提高。

面对传统机械加工过程中面临着经常变换基准的难题,凌峰采用制造基准选择的创新方法——时空基准法,即零件从毛坯开始采用工件与托板一对一固定,无论其工序、位置、时间如何变化,其加工与检测的基准始终保持不变,由此消除了制造、检验过程中基准变换造成的误差。

打通信息孤岛

企业传统的离散型制造模式存在各信息化系统独立运行,过往的生产过程中,积累了海量历史数据,缺少有效的大数据挖掘处理方法,同时缺少数据管理体系,导致数据存储混乱且价值较低,严重影响企业生产效率。本项目搭建SMT生产集控平台,根据生产现场实际需求集成了ERP、WMS、MES等软件的数学模型及核心算法。从源头统筹设计BOM、工艺BOM、制造BOM融入MES系统中形成设计、工艺、现场生产之间的信息畅通互助。

通过SMT生产集控平台实现生产排产、数控制造、物流转运、工件检测等精密制造全过程实现24小时无人值守,使得机床使用效率由传统生产模式下的20%~25%提升至80%左右。

建立智能化物流构架

企业传统的功能式布局导致零件在加工的过程中,物流路线繁杂,搬运过程中人力资源浪费严重;在生产准备过程中,提前按照计划进行配送,当计划变动时无法快速反应,多次配送造成时间的浪费及搬运成本的上升。在智能物流的车间级系统中,由于硬件供应商的差异性,往往智能仓储硬件无法直接相互通讯与调度,同样也缺乏统一的调度系统使物料能够无人化的在各种物流设备之间流转,所以搭建符合柔性生产特性的智能物流成套装备是非常关键的。本项目构建AGV自动传输与调度系统、搬运机器人、自动传输线、自动化立体仓库等组成的智能车间物流成套系统。成套系统由储存中心及其控制软件,配送设备及其控制系统和通讯系统,终端过程存储站及其通讯系统,标准承载载体,物料自动配送软件系统,物料任务出发系统,现场装卸机械设备,车间级无线通讯网络等设备组成。实施过程中,采用统一的承载载体进行物料在各个设备间的物流基准,现场生产时生产线旁都备有大量制造过程中转站作为生产现场物流BUFFER,同时使用任务发出系统时刻查询物料的状态,是否需要发送搬运命令,如果有命令发出,物料配送系统会发送指令给相关配送车(AGV或协作机器人)进行配送,完成后进行返回。同时通过仓库的三期预警模块(库存短缺、积压和过期)和《智能仓库管理规范》细化物料摆放,实现自动化立体仓库与智能产线或智能装备之间物料的自动传递,有效消除不必要的浪费。

智能化管理

智能化的生产模式需要配套智能化管理体系。通过智能数字车间管理系统的建设,生产管理人员能实时了解车间在生产的零件,能实时了解在特定时间的可交付数量、生产计划完成状况、加工过程中现场发生的异常问题等,并且能通过自动采集或人工录入管理生产过程所有相关数据。资源可用量信息能让管理者更好地进行生产任务的调整与安排,达到提高生产管理目的。从接到客户订单开始进行生产计划的编制、MRP运算、生产计划的下达、生产计划的调整、生产计划的执行、生产的完工汇报、生产计划的汇总及生产计划的完成和工程发货的生产全过程的控制。

智能化的生产模式通过智能数字车间管理系统、设备集控管理、智能仓储、自动物流、智能检测的建设,并基于大数据打造而成的。基于零件加工全追溯的质量管理体系,零件加工时各生产要素的不断积累,并通过数据库进行存储。真正地实现车间精细化管理,将人、机器和系统的作用协同整合起来,充分发挥各自所长,将整个生产过程的数据实时记录,生产情况变得非常透明。加工零件与加工过程数据连接,实现质量全过程管理。通过检验数据、检验业务、质量通知单与不合格等质量管理模块的实施,夯实质量数据基础,优化质量执行流程;实现关键节点质量管控,提高企业质量水平;实现质量管理的可视化可控化,支持企业决策。

智能制造成果显著

凌峰通过智能化制造项目的实施,生产效率提升80%,不良品率降低80%,研制周期缩短50%,运营成本降低25%,机床利用率提升至80%以上。通过该项目的实施,还具有众多附加效益,间接增加了经济效益。缩短产品交货周期、提高产品质量,有利于获得更多的大客户订单;显著提升制造能力,大大提高生产率,提升产品质量;适合行业特点的软件系统实施,并通过互联互通网络,实现项目全过程监控,提升管理效率;减少操作人员配备,有效解决招工难问题,降低人员成本。

该项目为企业实现“精益制造+智能制造”目标塑造了实际样板,使24小时“无人工厂”初见雏形,其智能化程度目前处于国内航空智能制造领域较高水平,在国际也处于先进水平。智能制造不仅是推动航空产品制造生产组织方式升级的新模式,其最终成果还可以推广至航天、航海、核电、汽车、高铁、仪器仪表、轻工、纺织、食品、医药、模具、机器制造、工具、量具、刀具等使用精密制造的行业,加速这些行业制造的智能化进程。

责任编辑:贾茹