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基于面向智能制造的航空发动机协同设计与制造研究

2017-03-06陆波

电子技术与软件工程 2016年23期
关键词:航空发动机智能制造协同

摘 要

智能制造指的是以信息化、网络化及数字化技术为基础,将人工智能引入到制造理論和生产实践的一种智能化产品制造技术。智能制造已成为制造业优化升级的关键所在,本文面向智能制造技术,从数据集成、智能加工技术、基于COE的组织协同及过程协同等几个方面研究了航空发动机协同设计与制造的相关问题。

【关键词】智能制造 航空发动机 设计与制造 协同

相较于发达国家来说,国内航空发动机制造业的发展还较为落后,其中设计与制造的分离是重要的问题表现。在工业4.0时代,智能制造成为了制造业的重要变革和发展趋势,对于航空发动机协同设计与制造来说,在智能制造发展的背景下,揭示其协同设计制造内涵及过程对于促进航空发动机制造业的发展有着积极的意义。基于以上,本文简要探讨了基于面向智能制造的航空发动机协同设计与制造的相关问题。

1 基于模型的数据集成

数据集成是航空发动机协同设计与制造实现的基础,统一的产品数字化定义(MBD)是实现智能制造的基础。MBD以基于特征定义的三维模型为核心,实现设计、制造、工艺等各个部门信息的集成,统一数据源,以此来作为航空发动机设计与制造协同的信息载体。MBD模型中包括几何模型和标注信息两类数据,其中通过CAD系统管理几何模型,通过产品数据管理系统来存储和管理非几何信息,从而解决航空发动机协同设计与制造的数据集成问题,具体来说如下:

1.1 设计与设计协同过程

航空发动机被誉为“工业之花”,其产品结构复杂,制造难度大,需要分布在各地的设计所与制造厂高度的协同,才能满足当前先进航空发动机研制需要,这是传统二维设计模式难以满足的。以MBD模型为基础,航空发动机公司可以建立结构领域、热力领域、强度领域等多领域的仿真环境,通过多学科设计技术的优化和综合来实现各个专业设计的协同与并行。

1.2 设计与制造协同过程

设计与制造协同本质上就是设计与工艺的协同,即对航空发动机产品设计进行工艺性审查和制造可行性分析,对于生产准备周期长的零件来说,可以提前进行毛坯设计、工装设计等工艺准备工作。基于MBD的单一数据源能够保证工艺准备和工艺设计在同一数据模型下进行,从而实现设计与制造的协同。

1.3 制造与制造协同

航空发动机制造环节复杂,这些制造活动之间需要进行数据的交互与集成,MBD能够为装配工艺设计、工装设计及数控加工等环节提供单一数据源,从而实现各个制造环节及过程之间的协同。

2 智能加工技术

新一代航空发动机以轻量化、高性能薄壁整体结构为主,其结构复杂,虽然满足了高性能要求,但对应力集中及制造偏差也更为敏感,这就对航空发动机的制造工艺提出了更高的要求。因此,需要采用智能加工技术来实现机床、刀具、工件及工装的协同加工。

3 基于COE的组织协同

实现协同研制的组织协同是实现智能化航空发动机协同设计制造的前提条件。COE(即Centerof Excellence,意为“卓越研究基地”。是航空发动机关键技术的专业化研制中心。基于COE模式能够实现航空发动机设计与制造的组织集成,从而实现组织协同。以COE为基础形成协同平台,通过对产品定义数据的组织实现数据共享和管理控制,从而形成设计所与制造厂以MBD模型技术的应用为基础的协同研制。

利用项目牵引、总装拉动及总体设计等来实现航空发动机的协同研发,在整个平台环境中,依托于协同研发平台中的协同社区,异地总体设计人员、工艺人员及制造人员等能够实现MBD模型单一数据源的共享和可视化协作,通过协同异地管理保证异构平台用户在统一流程中执行相关工作。

4 产品BOM驱动下的过程协同

航空发动机的协同设计与制造是一个复杂的过程,涉及到多个学科领域的设计制造活动,以BOM为驱动,将PLM、MES、ERP系统进行纵向集成,打通从工艺到现场的数据链路,支持结构化工艺数据向生产管理过程的延伸,实现数据源的单一管理、车间自动获取工艺信息数据、生产加工任务、智能排产等车间现场数字化管理功能。通过对各系统中数据的整理分析,形成知识,最终实现生产管理的智能化。

通过BOM数据的流动,将PLM、ERP、MES、MRO、DNC等系统连接起来,形成一个统一的网络化的企业经营管理信息平台;通过引进智能装备,在生产管理环节关键控制点实现状态感知和自主决策功能,实现航空发动机领域关键生产环节的自动化、智能化制造技术应用。

4.1 产品数据共享区的建立

以成熟度模型为基础,设计部门将产品数据定期发送到共享区中,主要包括航空发动机外形、结构等的CAD模型和技术文件,通过这些数据来为制造人员的生产准备工作提供依据,提升准备效率。

4.2 协同数据共享

与工艺、制造相关的产品数据通过统一的定义、统一的平台、统一的编码实现了数据共享,从而最大限度的缩短的产品研制周期。

5 结论

综上所述,航空发动机的设计与制造存在着众多协同优化的问题,这种协同不仅仅指的是设计与制造之间的协同,同时也包括人、物料、设备及计算机之间的协同,在整个物理世界与信息时间及二者之间都存在协同过程,是对智能技术、信息技术及制造技术的整合、深度应用。在智能制造技术不断推广和实施的背景下,航空发动机协同设计与制造必将得到进一步的发展和应用。

参考文献

[1]陈冰.面向智能制造的航空发动机协同设计与制造[J].航空制造技术,2016(05):16-21.

[2]单继东,王昭阳,陈贺利,曹增义.航空发动机智能制造生产线构建技术研究[J]. 航空制造技术,2016(16):52-56.

[3]汪伟.基于面向对象Petri网的航空发动机协同设计过程动态建模方法研究[A].中国航空学会.2015年第二届中国航空科学技术大会论文集[C].中国航空学会,2015:8.

作者简介

陆波(1975-),男,贵州省镇远县人。研究生学历。现为贵阳市黎阳公司工程师。研究方向为软件工程。

作者单位

贵阳市黎阳公司 贵州省贵阳市 550014

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