■ 西安飞机国际航空制造股份有限公司设备工程总厂50厂 （陕西 710089） 刘红安

航空制造业设备现状与存在的问题

■ 西安飞机国际航空制造股份有限公司设备工程总厂50厂 （陕西 710089） 刘红安

本文详述了在《中国制造2025》的大背景下，航空制造业的设备现状与主要问题。

1. 影响企业EVA（经济增加值）的技术问题

（1）数控设备占有率低。航空制造业以大型整体结构件为主要对象，包括蒙皮、翼、支架、梁体及壳体等结构件，涉及的加工材料有铝合金、镁合金、钛合金、高温合金、不锈钢、结构钢以及部分玻璃钢、石墨等材料。同时，为了满足不同的加工工艺需求，如喷丸成型、强化，表面处理、热处理和无损检测等，还必须配置特种工艺设备。

这些设备林林总总，数量不可谓不多，但令人遗憾的是其中的数控设备仅占不到7%，其占有量偏低，而发达国家的这一指标是15%甚至更多。数控设备占有率低，严重制约零部件的加工、测量及装配。因此，航空制造业要适应市场环境、缩短产品制造周期、提高产品质量，首先必须加大设备的技改力度，淘汰落后产能，提高数控设备占有率。

（2）高端大型的五坐标数控设备占有率低。航空制造业零部件的多样性，决定了加工设备的多样化，主要体现在设备的特性有很大的差异，如机械刚性、加工范围、主轴转速、坐标进给速率、几何精度及定位精度等。实际生产中，不同特性的设备所加工的对象是不同的。

例如，对于金属、石英砂模胎（见图1）的加工，首选五坐标联动数控机床，其特点是主轴转速高，一般为电主轴，转速可达24 000r/min，数控系统驱动总线传输速率为100m/s，采用光纤传输，仿形功能完善，可对飞机零部件模胎的任意复杂轮廓表面进行仿形，非常适用于飞机大型模胎的加工。

图1 高速五坐标机床加工的具有光滑表面的模胎

这些高端设备由于具有RTCP（旋转刀具中心）功能，如图2所示，其加工精度是三坐标数控设备无法比拟的。另外，国外进口的全功能型设备的附加装置（如快速装夹定位系统、自动对刀仪、工件测量仪、自动刀库和上下料系统等）配置非常齐全。但上述这些功能强大的高端设备在整个数控设备中的占有量不到10%，也在一定程度上制约了关键零部件的生产。

图 2

（3）工艺准备时间长或准备不足、方法落后是制约生产效率的软肋。工艺程序调整、工装夹具准备、刀具准备及零件检测，甚至在零件加工中进行人工干预，如程序暂停时检测零件尺寸，以及由于工艺参数不合理而反复修正造成的时间损失，最终导致加工效率偏低，机床利用率低下。据统计，机床主轴运转率仅占机床上电时间的30%，而机床有效切削时间占比仅为23%。

加工工艺方法落后的原因有很多，大多都是因循守旧，沿袭老套路，有的加工工艺路线还是20世纪60～70年代的，与现代的数控加工工艺格格不入。主要体现在数控加工仿真、程序优化、工艺参数库及制造资源管理（如刀具管理）等方面与国际通行的高效加工需求存在一定的差距。因此，影响产品加工效率提高的因素主要是加工的准备时间和切削参数的调整时间。这些都极大地限制了数控设备加工效率的提高，制约了高效数控加工技术的发展。为提高数控设备加工效率，从减少加工准备时间、合理选择切削参数等方面着手，提高重点型号关键件的数控机床加工利用率、材料去除率是很有现实意义的。

（4）设备潜能有待进一步挖掘。随着数字化应用技术的发展，数控设备功能更加强大，使用更加趋向于简单易用、多功能化，界面更加友好。譬如，西门子公司专门为数控系统开发的软件包MDA、TPM等，可以利用系统内部变量进行编程，实时动态监控记录设备运行状态，统计工艺文件、设备利用率，并能灵活设置设备保养计划表，当保养期限到达时，数控系统能自动弹出文本提示，告知要进行保养维护。

国外的软件集成制造商专门开发出ARTIS CNC、OMAT等优化的切削系统，通过对数控机床主轴切削功率载荷优化、刀具振动冲击状况监控和数据采集，实现机床的高效率自适应切削，生成最优化工艺切削参数，提高现有数控机床粗加工效率并对机床、刀具、工件进行保护。试验证明，飞机结构件中典型的框架类零件，经过采用优化后的切削参数，相对优化前节约加工时间为20%，实现高速切削铝合金材料的去除率达到传统数控加工的3～5倍。目前进口的高速铣床、强力铣床基本上都配置具有这种功能的数控系统，根据不同类别的数控机床进行性能分类，针对典型的铝合金材料和相适应的切削条件，研究铝合金材料的极限切削工艺参数。通过扩展数控机床功能的研究，充分挖掘数控机床的潜能，提高产品加工的效率并且扩展机床加工产品对象的范围。

（5）设备孤立，需要互联互通。在数控车间，设备基本都是独立运行，这样的数控机床好比是一个个孤岛，使得机床的加工柔性大打折扣，从而影响加工效率，也是对设备资源的浪费。笔者认为数控机床设备群控与DNC、MES系统的建立，是目前进行设备管理的有效手段。DNC、MES主要用于数控机床通信集成管理，它以RS232—C串口协议为基础，可安全地对数控机群进行管理。同时有效地解决了多品种、多规格、多层次的数控机床集成化管理，并使数控机床与CAD/CAM系统进行无缝连接，实现设计、工艺和制造的一体化。

譬如，通过设计和工艺系统，将数模和制造指令下达到生产现场，实现生产过程的无纸化，可以避免程序传输出错问题并简化流程，为生产工艺节省了大量时间。同时系统根据生产实际状况，可实现对数控机床停机状态、开机状态、加工状态、空闲状态及故障状态等基本状态的信息采集。这些数据通过汇总、统计、查询等手段，生成供管理者使用的各种报表，为管理决策提供依据，从而可以掌握数控机床利用率、产品与设备的状态，包括加工过程状态，如主轴转速和倍率、主轴进给和倍率、主轴负荷的实时变化等，从而针对具体问题采取合理的措施，实现现场管理。

2. 航空制造业设备管理展望

随着航空制造业全价值链竞争局面的产生，在新常态下，不管是国际市场拓展，还是国内市场挖掘，改革已经成为发展的核心推动力。《中国制造2025》是国家战略规划，航空制造产业的升级换代势在必行。因此必须想办法提高设备管理与使用水平，提高工作效率，在现有资源条件下实现更大的产出。以工艺流程为主线、以数据为平台、以可视化为载体、以工具包为手段、以机制为保障，建设全套信息化管理系统，实现信息管理系统的集成、协同和共享，做到人流、物流、信息流和价值流的统一，从根本上改变生产基础管理薄弱的局面。遵循精益管理的思想，持续优化生产和管理流程，精简运营管理中不增值的环节，减少和杜绝生产中的无效消耗。

20150830）