智能制造

商發(fā)制造：商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能制造集成創(chuàng)新與應(yīng)用

2018-10-09 來源：評論：0

摘要：面對全球范圍內(nèi)新一輪的科技與產(chǎn)業(yè)變革，商發(fā)制造深刻認(rèn)識到智能制造將是公司落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、實(shí)現(xiàn)研制模式轉(zhuǎn)型升級以盡快趕超世界先進(jìn)航空工業(yè)水平的關(guān)鍵舉措，并提出了著力打造國內(nèi)首個商用航空發(fā)動機(jī)智能工廠的戰(zhàn)略規(guī)劃。

　　近日，工信部公布2018年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單，中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機(jī)制造有限責(zé)任公司（簡稱“商發(fā)制造”）的商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配試點(diǎn)示范位列其中，這無疑肯定了商發(fā)制造在智能制造的探索與實(shí)踐。面對全球范圍內(nèi)新一輪的科技與產(chǎn)業(yè)變革，商發(fā)制造深刻認(rèn)識到智能制造將是公司落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、實(shí)現(xiàn)研制模式轉(zhuǎn)型升級以盡快趕超世界先進(jìn)航空工業(yè)水平的關(guān)鍵舉措，并提出了著力打造國內(nèi)首個商用航空發(fā)動機(jī)智能工廠的戰(zhàn)略規(guī)劃。

　　商發(fā)制造是國產(chǎn)大涵道比商用航空發(fā)動機(jī)的總裝交付中心，承擔(dān)著航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的制造、試驗(yàn)、測試、裝配和試車任務(wù)，并最終交付滿足設(shè)計(jì)要求和客戶要求的產(chǎn)品。在全球范圍內(nèi)，具備完全獨(dú)立研制民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)能力的只有美國（通用電氣、普惠公司）與英國（羅爾斯羅伊斯）兩個國家。西方國家明確禁止出口相關(guān)技術(shù)。

　　作為我國大型客機(jī)發(fā)動機(jī)研制主體及主制造商的商發(fā)制造深刻認(rèn)識到智能制造將是公司落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、實(shí)現(xiàn)研制模式轉(zhuǎn)型升級以盡快趕超世界先進(jìn)航空工業(yè)水平的關(guān)鍵舉措，并提出了著力打造國內(nèi)首個商用航空發(fā)動機(jī)智能工廠的戰(zhàn)略規(guī)劃。并入選工信部2018年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，公司在智能制造的探索，對于我國打造強(qiáng)勁“中國心”,助推“中國夢”意義重大。

　　商發(fā)制造秉承國家意志，自主研發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)，作為創(chuàng)新驅(qū)動型企業(yè)，商發(fā)制造規(guī)劃通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化工具，逐步建設(shè)創(chuàng)新的自主研制體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化定義、數(shù)字化制造與數(shù)字化管理，促進(jìn)異地協(xié)同設(shè)計(jì)與協(xié)同制造，最終提供商用航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的卓越質(zhì)量交付與客戶體驗(yàn)。

　　智能制造戰(zhàn)略規(guī)劃構(gòu)想

　　公司自2015年伊始即著手智能制造建設(shè)規(guī)劃，并陸續(xù)通過國家和地區(qū)的智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目，開展試點(diǎn)建設(shè)，以商用航空發(fā)動機(jī)某關(guān)鍵工序?yàn)閷?shí)施載體，依據(jù)適航要求和航空發(fā)動機(jī)研制特點(diǎn)，以智能制造、業(yè)務(wù)并行、協(xié)同互助為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用先進(jìn)的信息化技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)、智能感知與決策技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、高可信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，研制智能裝配機(jī)器人，搭建異構(gòu)DNC網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境，以期逐步提高商用航空發(fā)動機(jī)試點(diǎn)工序的質(zhì)量管控水平，構(gòu)建商用航空發(fā)動機(jī)智能制造新模式。

　　圍繞商發(fā)制造作為商發(fā)公司的總裝交付中心，承擔(dān)商用航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的制造、試驗(yàn)、測試、裝配和試車，并最終交付滿足設(shè)計(jì)要求和客戶需求的產(chǎn)品這一公司定位，商發(fā)制造提出實(shí)施智能制造戰(zhàn)略的總體目標(biāo)：

　　商發(fā)制造智能工廠的總體目標(biāo)是圍繞商用航空發(fā)動機(jī)工裝/轉(zhuǎn)接段/核心零部件加工、零組件/單元體/整機(jī)裝配和零組件/核心機(jī)/整機(jī)試驗(yàn)測試三大核心業(yè)務(wù)，以產(chǎn)品全生命周期數(shù)字化和卓越績效一體化管理體系為基礎(chǔ)，以航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品及其關(guān)鍵零部件生產(chǎn)決策、過程控制智能化為目標(biāo)，開展具備網(wǎng)絡(luò)互連、人機(jī)交互、智能傳感等特征的業(yè)務(wù)CPS建設(shè)，最終建成可持續(xù)滿足顧客需求并實(shí)現(xiàn)卓越交付的現(xiàn)代化商用航空發(fā)動機(jī)智能工廠。

　　商發(fā)制造智能工廠總體目標(biāo)的制定原則是充分滿足中國制造2025定義的智能制造四大特征：以智能工廠為載體、以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心、端到端數(shù)據(jù)流為核心、網(wǎng)通互聯(lián)為支撐?？偰繕?biāo)對應(yīng)的實(shí)施周期為2016~2025年，共分三個階段，各階段目標(biāo)為：

　　第一階段（2016年-2019年）：完成智能工廠通用基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)劃，完善智能制造安全、標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)技術(shù)研究等基礎(chǔ)保障條件建設(shè)，突破以大部件精確對接、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子直線裝配、自鎖螺母擰緊、發(fā)動機(jī)同心度評價等為代表的智能裝配關(guān)鍵技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)大涵道比航空發(fā)動機(jī)核心機(jī)智能裝配；

　　第二階段（2019年-2022年）：持續(xù)完善智能工廠基礎(chǔ)保障設(shè)施建設(shè)，重點(diǎn)突破核心零部件的自適應(yīng)加工、智能裝夾、加工過程在線監(jiān)控等智能加工技術(shù)，以智能生產(chǎn)線或智能車間建設(shè)為載體實(shí)現(xiàn)核心零部件的智能加工，進(jìn)一步強(qiáng)化大涵道比發(fā)動機(jī)核心機(jī)裝配能力，實(shí)現(xiàn)整機(jī)智能裝配和智能試驗(yàn)測試的突破；

　　第三階段（2023年-2025年）：基本建成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、全過程數(shù)字化，具備一定自適應(yīng)能力，滿足大涵道比發(fā)動機(jī)裝配、試驗(yàn)、測試任務(wù)需要的商用航空發(fā)動機(jī)智能工廠， 2025年達(dá)到年產(chǎn)X臺大客發(fā)動機(jī)的優(yōu)質(zhì)批量交付能力。

　　基于統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施的原則，商發(fā)制造在充分借鑒了RAMI4.0、中國《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》等國內(nèi)外智能制造標(biāo)準(zhǔn)模型后，結(jié)合自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出了商發(fā)制造智能工廠的總體架構(gòu)。該架構(gòu)從上到下分別為企業(yè)層、商發(fā)制造云、業(yè)務(wù)CPS層和基礎(chǔ)支撐層，各層級規(guī)劃如下：

　　企業(yè)層：整個企業(yè)的管理業(yè)務(wù)層（企業(yè)門戶），負(fù)責(zé)整個商發(fā)制造工廠的管理業(yè)務(wù)。

　　商發(fā)制造云：是商發(fā)制造的私有云，指整個智能工廠的資源共享云平臺，包括了業(yè)務(wù)云服務(wù)和數(shù)據(jù)云服務(wù)兩大類。

　　業(yè)務(wù)CPS層：車間級的信息物理融合制造系統(tǒng)（Cyber Physical System, CPS），分別實(shí)現(xiàn)商發(fā)制造的智能加工、智能裝配、智能試驗(yàn)測試等業(yè)務(wù)

　　基礎(chǔ)支撐層：對業(yè)務(wù)CPS、商發(fā)制造云、企業(yè)層提供的一些支撐技術(shù)和規(guī)范，也包括一些共有的基礎(chǔ)性資源和基礎(chǔ)性建設(shè)。

　　商發(fā)制造的各項(xiàng)智能制造建設(shè)工作將依據(jù)上述階段目標(biāo)和總體架構(gòu)穩(wěn)步推進(jìn)。

　　智能制造實(shí)踐現(xiàn)狀和效果

　　智能工廠的建設(shè)是需要大綜合、大協(xié)作的復(fù)雜系統(tǒng)工程，智能工廠的建成及運(yùn)行需要有強(qiáng)有力的管理體系及對應(yīng)的通用基礎(chǔ)平臺來支撐。商發(fā)制造智能制造的實(shí)踐現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在通用基礎(chǔ)建設(shè)和智能制造試點(diǎn)建設(shè)量方面。在通用基礎(chǔ)建設(shè)方面，在管理與技術(shù)體系建設(shè)上，商發(fā)制造致力于建立異地多職能協(xié)同工作體系及平臺，通過流程、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指導(dǎo)書、檢查單及其相應(yīng)的信息化載體實(shí)現(xiàn)對智能制造建設(shè)工作的有效管控。在信息化建設(shè)方面，公司已經(jīng)建立了綜合管理系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，目前正在建設(shè)數(shù)字化工藝管理系統(tǒng)、裝配執(zhí)行系統(tǒng)、試驗(yàn)信息綜合管理系統(tǒng)、分布式數(shù)控管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)，未來還將建立生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)等，旨在在設(shè)備層級、車間層級、企業(yè)層級及外部供應(yīng)鏈層級建立支撐智能工廠運(yùn)維的信息化系統(tǒng)。

　　2015年，公司申報的“商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能裝配新模式”入選工信部2015智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目，智能制造試點(diǎn)建設(shè)工作正式啟動。該項(xiàng)目以商用航空發(fā)動機(jī)整機(jī)裝配中低壓渦輪安裝為實(shí)施載體, 依據(jù)適航要求和航空發(fā)動機(jī)研制特點(diǎn)，研制智能裝配機(jī)器人，搭建異構(gòu)DNC網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境，構(gòu)建商用航空發(fā)動機(jī)協(xié)同平臺、敏捷制造平臺，初步建立商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配物聯(lián)網(wǎng)。目前該項(xiàng)目中的大部件自動化對接技術(shù)、DNC網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息安全、裝配系統(tǒng)等智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究及基礎(chǔ)條件建設(shè)工作正在開展，該部分涉及的信息化建設(shè)已納入圖的實(shí)際建設(shè)進(jìn)程和規(guī)劃中，后續(xù)將成為智能工廠的建設(shè)的重要支撐基礎(chǔ)。

　　該項(xiàng)目的目標(biāo)是以商用航空發(fā)動機(jī)整機(jī)裝配中低壓渦輪的安裝為實(shí)施對象，通過構(gòu)建管控一體化平臺、設(shè)計(jì)制造一體化云平臺、智能裝配平臺、敏捷運(yùn)行支持平臺、工業(yè)信息安全系統(tǒng)，初步形成商用航空發(fā)動機(jī)大數(shù)據(jù)和知識工程，建立商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配工程環(huán)境、體系、標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)整機(jī)裝配中低壓渦輪的智能安裝，解決低壓渦輪安裝難題，并提升裝配的一致性、穩(wěn)定性，達(dá)到產(chǎn)品研制周期縮短20%、生產(chǎn)效率提高20%、運(yùn)營成本降低30%、一次裝配不合格率降低10%、能源利用率提高4%的目標(biāo)，探索一條全新的航空發(fā)動機(jī)智能制造新模式，提升商用航空發(fā)動機(jī)裝配水平。

　　典型案例：商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能裝配新模式

　　2015年6月，商發(fā)制造申報的“商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能裝配新模式”項(xiàng)目經(jīng)工信部批復(fù)立項(xiàng)，正式啟動。該項(xiàng)目由商發(fā)制造牽頭，上海工業(yè)自動化儀表研究院和上海鈞工智能技術(shù)有限公司作為參研單位共同完成。

　　智能裝配平臺示意圖

　　基于商發(fā)制造自身的業(yè)務(wù)，融入智能制造的元素，構(gòu)建商用航空發(fā)動機(jī)裝配協(xié)同平臺、敏捷制造平臺，建立商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配物聯(lián)網(wǎng)，完成商用航空發(fā)動機(jī)專業(yè)數(shù)據(jù)庫的初步建設(shè)，并開展數(shù)據(jù)挖掘，形成商用航空發(fā)動機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)和知識工程，實(shí)現(xiàn)基于專業(yè)大數(shù)據(jù)和知識工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、智能裝配、本位檢測，裝配動態(tài)排產(chǎn)，資源的動態(tài)調(diào)控，以及制造過程的智能管控，打造商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能裝配新模式，構(gòu)建全新的商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配環(huán)境、流程、標(biāo)準(zhǔn)。提升商用航空發(fā)動機(jī)裝配過程穩(wěn)定性、一致性，提高管理水平，通過建立工業(yè)信息安全系統(tǒng)，保障整體運(yùn)行的安全，打造商用航空發(fā)動機(jī)總裝智能裝配新模式，實(shí)現(xiàn)低壓渦輪的智能安裝。

　　商用航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪智能安裝業(yè)務(wù)流程圖

　　該項(xiàng)目以商用航空發(fā)動機(jī)大部件本體裝配為實(shí)施載體，包括從產(chǎn)品設(shè)計(jì)/工藝設(shè)計(jì)/工裝準(zhǔn)備到裝配過程全流程的管控，基于某型號的商用航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪對接裝配過程：

　　1）構(gòu)建低渦大部件智能裝配平臺。針對商用航空發(fā)動機(jī)整機(jī)裝配中低壓渦輪的安裝過程，建立商用航空發(fā)動機(jī)裝配過程綜合受力、多維姿態(tài)對接測量、分析、反饋中多維度智能數(shù)據(jù)采集、分析、控制機(jī)制，建立集成傳感器、激光對接系統(tǒng)的多維度自適應(yīng)低壓渦輪智能安裝設(shè)備。

　　2）進(jìn)行工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，構(gòu)建敏捷制造平臺。實(shí)現(xiàn)裝配設(shè)備，3D打印設(shè)備、數(shù)控加工設(shè)備、物料配送設(shè)備在內(nèi)的異構(gòu)敏捷制造，達(dá)到設(shè)備間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的統(tǒng)一調(diào)度、動態(tài)管控。

　　3）研究低壓渦輪安裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建設(shè)計(jì)制造一體化云平臺。開展基于工藝知識的商用航空發(fā)動機(jī)本體裝配結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)，通過裝配過程仿真分析優(yōu)化裝配工藝，提升裝配工藝的正確性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

　　4）建立基于RFID的物料智能配送系統(tǒng)，物料的智能配送并具有靈活的可追溯性，改變傳統(tǒng)人工配送、單設(shè)備加工、人工裝配的制造模式，減少生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的浪費(fèi)。

　　5）進(jìn)行基于大數(shù)據(jù)與知識工程的智能決策分析與優(yōu)化，建立管控一體化平臺。

　　6）工業(yè)信息安全系統(tǒng)。依據(jù)ISO27001信息安全管理體系，建立商用航空發(fā)動機(jī)工業(yè)信息安全體系和系統(tǒng)，保障制造平臺和數(shù)據(jù)的安全。

　　商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配新模式總方案

　　從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面上看，商用航空發(fā)動機(jī)智能裝配新模式以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能裝備為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)物流自動化、裝配自適應(yīng)調(diào)整、生產(chǎn)管控智能化，如圖所示：

　　智能分析決策層：運(yùn)用知識及工具進(jìn)行優(yōu)化決策，執(zhí)行判斷。

　　商用航空發(fā)動機(jī)裝配大數(shù)據(jù)層：是航空發(fā)動機(jī)智能裝配的大腦，完成信息集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與物理對象融合計(jì)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、清洗，按需進(jìn)行信息分類，形成數(shù)據(jù)中心知識庫。

　　數(shù)據(jù)物理交互層：是航空發(fā)動機(jī)智能裝配的中樞神經(jīng)，包括各種傳感器及現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的接口和通信控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)施信息獲取與數(shù)據(jù)物理交互。

　　智能設(shè)備物理層：是航空發(fā)動機(jī)智能裝配的感官系統(tǒng)，包括生產(chǎn)系統(tǒng)涉及的設(shè)備、工裝、人員和物流裝置等，以及對物理對象進(jìn)行感知和信息傳輸?shù)腞FID標(biāo)識工具、傳感器和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。

　　航空發(fā)動機(jī)智能裝配新模式建設(shè)

　　下一步智能升級計(jì)劃

　　后續(xù)商發(fā)制造將依據(jù)《商發(fā)制造智能工廠建設(shè)規(guī)劃方案》這一綱領(lǐng)性文件，同時考慮已開展的智能制造項(xiàng)目，按照“業(yè)務(wù)導(dǎo)向、頂層規(guī)劃、項(xiàng)目驅(qū)動、整體推進(jìn)”的建設(shè)思路和“統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)同推進(jìn)；基礎(chǔ)先行、分步實(shí)施；開放合作、創(chuàng)新發(fā)展”的原則將規(guī)劃方案逐步落地，預(yù)期2025年建成產(chǎn)品全生命周期過程數(shù)字化，科研、生產(chǎn)、運(yùn)營過程管控網(wǎng)絡(luò)化等特征的航空發(fā)動機(jī)智能工廠，持續(xù)滿足顧客需求并實(shí)現(xiàn)卓越交付。

　　智能制造一直是中國制造2025的主攻方向，航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)制造業(yè)皇冠上的明珠，是智能制造最佳工程實(shí)踐，也代表了一個國家制造業(yè)的水平和能力。相信商發(fā)制造在智能制造方面的先進(jìn)實(shí)踐對于打造“中國心”，實(shí)現(xiàn)“中國夢”具有深遠(yuǎn)的意義。

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