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航空企业智能制造技术架构研究

发布时间:2017-11-29 作者:高凯 孙炜 李星彤  来源:e-works
关键字:企业智能 制造技术 
本文通过对航空企业智能制造体系顶层框架设计、制造系统智能感知与集成,结合飞机研制中智能制造技术的应用发展要求,提出了构建企业智能制造顶层参考体系框架和发展路线图。
    0 引言
 
    近年来,随着国家智能制造战略陆续推出,各行各业都在积极推进智能制造进程。航空工业作为国民经济中具有先导作用的支撑产业,为了适应时代发展的趋势,也已对智能制造进了全面布局、合理规划和应用。通过对标国家智能制造的发展需求,对已有的业务模式进行总结分析,以智能制造发展目标为导向,总结提炼企业在智能制造实施中业务模式的发展需求,并以此为基础进行智能制造体系构建技术研究。
 
    本文通过对航空企业智能制造体系顶层框架设计、制造系统智能感知与集成,结合飞机研制中智能制造技术的应用发展要求,提出了构建企业智能制造顶层参考体系框架和发展路线图。
 
    1 航空智能制造体系概述
 
    航空工业技术密集、高度综合、广泛协作、研制周期长、投资费用大,是国民经济中具有先导作用的支撑产业,具有引领和带动新兴产业和新兴学科发展的重要作用。飞机作为大型复杂航空产品,其结构复杂、零部件多、制造过程繁锁,涉及到材料、加工、装配等制造相关的各个环节,涵盖了大量的制造部门和制造装备。
 
    因此,飞机产品制造的发展水平,可作为衡量国家工业基础和制造业水平的重要标志。当前,随着国家战略和周边形势的发展需求,新一代飞机的精度、寿命、可靠性和可维护性等指标较以往机型都有显著提升,技术经济性也成为产品研制的必要考虑因素。但分析发现,当前的制造模式和制造水平已经难以满足新一代飞机研制面临的挑战,制造系统的极限能力依然无法保证飞机的高气动隐身需求。《中国制造2025》中智能制造工程的提出为新一代飞机研制提供了解决思路和契机。在飞机研制中发展智能制造,通过智能制造的相关技术手段来应对新一代飞机研制过程中的各种需求,已经成为保证新一代飞机高质量、低成本、短周期研制的关键途径。
 
中国航空制造业制造能力现状
图1.中国航空制造业制造能力现状
 
    2 航空智能制造体系构建
 
    从数字化、信息化和自动化等方面,对企业实施调研。对标国家智能制造发展需求,对已有的业务模式、技术条件、软硬件基础等进行总结分析,明确企业当前状态与智能制造发展目标的差距。以智能制造发展目标为导向,总结提炼企业在智能制造实施中业务模式、业务流程和软硬件条件等方面的发展需求,并以此为基础进行智能制造体系构建技术研究。从信息系统工程的的观点来看,信息化顶层设计是对信息化发展战略在时间、空间的展现形态和发展路线的整体设计,不仅取决于技术,更取决于理念,是战略意图和建设实践之间的蓝图。
 
航空企业智能制造技术体系框架
    图2.航空企业智能制造技术体系框架
 
    (1)航空企业智能制造体系顶层框架设计
 
    针对新一代飞机智能制造的技术发展和应用需求,参考工业4.0和工业互联网的智能制造发展框架,开展航空企业智能制造体系顶层框架设计与规划工作,全面引导后续的关键技术攻关、智能平台搭建、工程应用和标准规范制定等工作。主要内容包括:
 
  • 航空企业智能制造技术体系框架

  • 航空企业智能制造平台架构

  • 智能制造技术、关键装备的工程应用规划

制造过程模型控制与管理业务框架图
图3.制造过程模型控制与管理业务框架图

 
    (2)智能工艺设计与全息虚拟验证
 
    以工艺对自动化装备的智能驱动和操作人员的精准指导为目标,研究信息-物理融合环境下的基于模型的工艺/工装智能设计、企业级产品制造/装配和管控过程的全息虚拟验证业务的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件构建方案,引导形成智能工厂中工艺快速、规范化设计和虚拟验证平台对产品工艺的优化能力。主要内容包括:
 
  • 制造过程模型控制与管理

  • 基于模型的智能工艺设计

  • 可视化装配指令设计与执行

  • 全息虚拟验证与优化
 
基于模型的智能工艺设计业务框架图图4.基于模型的智能工艺设计业务框架图
 
    (3)制造系统智能感知与集成
 
    以支撑制造系统的状态感知、自主决策和信息传递为目标,结合企业现有的自动化装备,研究制造系统的智能感知与集成业务的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件构建方案,支持新一代飞机的智能加工/装配生产线CPS单元的建设和互联。主要内容包括:
 
  • 智能装备状态感知

  • 基于模型的检测检验

  • 物流状态实时感知

  • 智能制造单元互联与集成
 
制造系统智能感知与集成发展思路
图5.制造系统智能感知与集成发展思路
 
    (4)基于物联信息的物料仓储与精准配送
 
    以物料系统自主控制和作业现场精准配为目标,结合RFID、视觉识别等物联网感应设备,研究基于物联信息的物料仓储与精准配送业务的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件构建方案,引导实现物料配送方案的准时生成和全车间的精准柔性配送。主要内容包括:
 
  • 基于RFID的智能物料仓储

  • 作业数据驱动的物料配送方案快速生成

  • 基于AGV的车间物料柔性配送
 
基于物联信息的物料仓储与精准配送发展思路
    图6.基于物联信息的物料仓储与精准配送发展思路
 
    (5)基于智能决策的自适应生产管控
 
    以生产过程的决策自动化为目标,研究基于智能决策的自适应生产管控业务的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件构建方案,为建立企业资源、生产计划的自适应规划,以及质量信息的实时跟踪和控制机制提供指导。主要内容包括:
 
  • 制造资源动态管理与自适应平衡

  • 生产计划的自适应排产与调度

  • 基于物联信息的产品质量追踪与控制

  • 实时数据驱动的制造场景可视化
 
基于智能决策的自适应生产管控发展思
    图7.基于智能决策的自适应生产管控发展思路
 
    (6)物联大数据存储、传递与决策支持
 
    以支持新一代飞机的可预测化制造为目标,结合产品研制流程带出的大数据,研究物联大数据存储、传递和决策支持业务的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件构建方案,指导产品物联大数据存储与分析中心建设,促进形成生产过程中的各类分析决策能力。主要内容包括:
 
  • 物联大数据存储与查询分析

  • 物联大数据传递、共享与安全保障

  • 基于工业云计算的产品大数据发掘
 
物联大数据存储、传递与决策支持发展思路
图8.物联大数据存储、传递与决策支持发展思路
 
    3 结束语
 
    通过结合新一代飞机研制中智能制造技术的应用发展要求,调研和分析企业实施智能制造的软、硬件基础环境。借鉴德国工业4.0和美国工业互联网战略的参考框架,构建企业智能制造顶层参考体系框架和发展路线图。结合物联网、大数据和云计算等新一代信息技术,研究智能制造体系框架中智能工艺设计与虚拟验证、制造系统智能感知与集成、智能仓储物流、自适应生产管控、物联大数据分析等各项关键要素的发展目标、技术构成、业务流程和软、硬件系统方案,从而为企业智能制造的体系化、分阶段技术发展和应用提供指导。
 
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