航空产业是“中国制造2025”重点建设领域,航空工业昌飞作为被工信部确定的全国首批46个“智能制造”试点示范项目之一,在集团公司智能制造架构下,以旋翼系统关键零部件为对象,探索昌飞智能制造体系。
昌飞公司从2014年起开展智能制造的研究和建设工作,选择了直升机核心部件——旋翼系统作为对象,建设直升机动部件智能车间。2016年4月,昌飞公司完成了智能车间厂房的建设并投入使用;2016年8月份完成了生产线的硬件建设和智能管控系统开发;2016年10月份完成验线工作并开始试生产。
经过两年多的建设和运行,目前昌飞完成了直升机旋翼系统制造智能车间的工程建设,通过运行已经达成了预期目标。昌飞旋翼系统制造智能车间主要是以动部件机加及装配、复材桨叶为专业化生产的旋翼系统智能制造车间,构成了起由动部件关键零件机加生产线、复材桨叶生产线、旋翼系统装配生产线、自动仓储及物流系统、生产运行智能管控系统等组成的生产环境,建立具有自适应加工、物料与工件自动识别、机器人装卸与自动对接装配、制造过程动态调度、运行管理与现场控制集成等典型功能的直升机旋翼系统智能车间,形成具有“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行”特征,以数据驱动、交互识别、自主决策为核心的智能制造体系。
在建设过程中,昌飞公司得到了国家部委、航空工业的大力支持和帮助,重点以信息化与工业化深度融合为主线,推进智能制造为主攻方向,把智能制造作为企业转型升级的有力工具,研究推广应用智能制造技术符合制造企业发展的内在要求,并提升先进的制造技术,不断提高生产效率和质量水平,适应不断发展的需求,为企业的未来发展带来了新的生机与活力。
智能制造带来新能力
先进制造技术是帮助企业转型升级,实现直升机关键技术突破的有力支撑。目前,昌飞公司旋翼系统智能车间有7条专业化生产线、5条装配线,3个数字化库房和1套智能物流系统。其中7条专业化生产线中有4条为单件流生产线,1条单向流生产线,2个柔性制造单元,并且设置了线前和线后加工单元;5条装配生产线为脉动式生产线,按节拍站位推进,设置了装配用的部分自动化专机;3个数字化库房分别为毛坯库、刀具库、零件库;智能物流系统贯穿车间的全生产过程,这些智能新技术将替代传统人工为主的生产模式,丰富和拓展传统制造技术的研究内容和应用,催生出一批专用智能制造技术和装备,成为直升机事业发展的新引擎。
通过直升机旋翼系统智能车间的建设,昌飞公司突破智能化生产模式中的运营管控技术、智能仓储与物流技术、自适应加工等一系列关键技术,解决影响直升机产品质量,生产效率的问题,逐步健全适用航空企业的智能制造体系,在促进昌飞公司制造水平的同时,还对航空制造业起到示范引领的作用。
智能制造带来新管理
站在昌飞公司偌大的旋翼系统智能生产厂房内,几十余台套机床、数字化库房、智能物理流线在忙碌运转,却看不见过多工作人员的身影。
“这便是智能制造带来的管理新模式,通过智能生产管控系统和智能物流系统的实施运用,工人一上班就清楚自己当天任务,不需要把时间耽误在领用零件、工具上,通过物流系统直接送到手边,大幅提升了动部件的生产效率。”旋翼总厂副厂长涂建平介绍道。
智能生产管控系统,依托物联网数据采集系统和智能制造系统,构建了生产执行全过程的实时动态分析管控平台,该平台具体动态感知生产现场执行状态信息,实时分析生产运行状况,搭建了一个从智能计划排产、生产准备管控、刀具配送、零件配送、生产执行管控、现场动态调度、入库、出库、统计报表的整个生产管控系统,实现对车间生产各环节进行感知、分析、决策、精确执行,实现车间资源的优化配置,在确保生产顺利进行的同时,让工厂的管理更加数字化、透明化。
智能物流系统创造性的通过集物流线、立体库、毛坯库、刀具库系统接口的集成和开发,打通了物联设备的互联互通,形成了信息物理系统的融合,实现通过刷条码知路径指挥现场物流流转,通过对物流线的所有设备进行逻辑的控制、监控和管理,使物流线的所有设备按照工艺和作业流程协调运行,实现自动化物流线全部设备的联机在线全自动控制和实时监控,以及生产工序的智能流转和智能配送。在管控系统的决策下,根据新的作业计划和运动轨迹,物料(刀具、毛坯、零件)完成自动出入库,经主物流系统配送至分支口,由升降机将托盘转移到各生产线支线,由滚筒式支线物料配送至各执行终端,加工和检测程序通过DNC系统配送至终端。
不论智能生产管控系统,还是智能物流系统,智能管理的应用都是以智能的方式改造管理体系,实现“人因素”智能化高效整合,实现“人机协调”,为企业的发展带来实实在在的效益。
智能制造带来新技术
工业4.0时代的正式开启,催生出各项智能化生产新技术,它们在工业制造领域的广泛应用,使制造业向智能化转型,为企业降低能耗节约成本,实现资源有效利用,将产品做到精尖细。
昌飞人紧跟时代步伐,在大力建设智能工厂的同时,潜心研究智能化生产新技术,相继推出智能制造关键技术锻件毛坯智能余量均匀分配及基准制备、数控加工智能防错、数控设备自适应加工、数控程序自动推送等新兴技术,并实现应用。
智能制造关键技术锻件毛坯智能余量均匀分配及基准制备技术采用逆向造型技术、机器人技术、浇铸技术、数控技术、扫描等系列技术,利用三维造型替代人的想象思维、余量分析软件替代人工余量调整、机械手调姿替代专业夹具调整、数控加工技术替代普通切削技术,重点解决了零件毛坯在成型过程中因欠压、错模等不确定因素,出现过切和超重的问题,大幅度削减制造过程对技术的依赖程度。
数控加工智能防错技术设置刀具防错装置、自动检测、自动找正和设原点等,实现机床自加工,重点解决了传统制造过程人为干预因素较多,从而出现程序调错、原点出错、刀具几何参数出错、装夹出错等情况。
数控设备自适应加工技术重点解决了复杂零件数控加工,依赖人通过听声音、表面质量、铁屑等情况时刻监视设备切削状况,调整转速和进给值的情况,可实时获取切削状态,连续测量实时主轴切削负荷,根据主轴的实时切削负荷以及每个操作的加工参数为依据计算出最佳的进给倍率,并不断优化进给速度从而得到最短的加工时间,同时提供刀具的动态保护,从而减少甚至脱离人工干涉,自动调整合适的切削参数,加工效率和质量得到显著提升。
数控程序自动推送技术重点解决数控程序需要人工现场调用和判断,人工干预并时常出错的问题,在已有自动采集设备运转信息、设备精度信息的技术基础之上,进一步开发,经过物联网络,结合生产计划作业工序排产,实现数控程序自动推送设备执行技术,不再人工干预,减少出错。
这些新技术的出现,使得零件加工不再依靠工人的“经验”,大幅提升了产品质量,降低了人工成本,提高了加工效率。
智能制造带来新效益
一分耕耘一分收获,两年来,昌飞公司通过对智能制造生产系统的研发和投入,智能生产工厂的各项主要经营数据连连攀上,硕果累累。在研制周期方面,直升机旋翼系统桨毂关键零件部件制造周期在不增加设备的基础上,缩短研制周期40%以上;在运营成本方面,降低20%以上;在设备利用率方面,直升机旋翼系统关键零部件制造数控设备利用率由40%提升到60%;在产品质量方面,产品不良品率从目前的15%下降至8%;在综合能耗方面,直升机动部件制造能耗降低在22%以上。
未来,随着智能制造的深度推进,昌飞公司还将围绕智能制造的“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”,优先解决信息动态采集反馈问题,重点研发智能管控系统,实现信息系统和物理世界的同步与融合,再通过运行积累数据,以大数据分析优化智能决策机制,建立起一套基于企业的人、机、料、法、环、测等制造要素全面精细化感知,采用物联网感知技术手段,支持生产管理科学决策的新一代适用车间的数字化智能管控系统,使之与昌飞公司现有ERP、CRM及M5系统实现完美对接。
在智能管控系统的统一决策下,通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理,有效地指导车间生产运行,以达到提升产品交货能力、改善物料的流通性能,提高生产回报率。同时通过管控系统采集并上传至系统管理层,对产品的工艺流程和参数进行实时追踪,从而优化企业生产制造管理模式,强化过程管理和控制,达到精细化管理。
在关键部件智能车间建设的基础上,昌飞公司还将继续探索研究直升机制造智能物流中心、直升机桨叶智能生产线、直升机部装、总装智能制造模式等的软硬件建设工作,进一步强化供应链的智能协同,补充智能化综合保障,进一步提升昌飞公司智能化制造水平。