探討航天復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)線的研發(fā)與實(shí)踐

祖清明

摘要：本文介紹了我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展需求與相應(yīng)的航天復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合這一背景論述了其數(shù)字化生產(chǎn)線的研發(fā)必要性，從資源層、平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)層、協(xié)同工作層四個(gè)方面分析了研發(fā)數(shù)字化生產(chǎn)線的要點(diǎn)，并說(shuō)明了數(shù)字化生產(chǎn)線的實(shí)踐應(yīng)用流程，希望有助于這類生產(chǎn)線的研發(fā)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：航天復(fù)雜產(chǎn)品;數(shù)字化生產(chǎn)線;研發(fā);實(shí)踐

我國(guó)的航天產(chǎn)業(yè)在近些年發(fā)展非常快，因此對(duì)航天產(chǎn)品的需求量也越來(lái)越大。但是航天產(chǎn)品往往具有非常高的復(fù)雜性、專業(yè)性、獨(dú)有性、高精性，所以有很高的生產(chǎn)要求，傳統(tǒng)生產(chǎn)線往往不能兼顧產(chǎn)量需求和質(zhì)量需求，因此急需進(jìn)行專門(mén)的數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)。

1.針對(duì)航天復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)線研發(fā)

1.1數(shù)字化生產(chǎn)線的資源層研發(fā)

數(shù)字化生產(chǎn)線是以底層的制造數(shù)據(jù)庫(kù)為支持的統(tǒng)一平臺(tái)，該平臺(tái)不僅囊括了業(yè)務(wù)流程，也囊括了全部的管理信息和企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此在進(jìn)行資源層研發(fā)建設(shè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)立制造資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，以對(duì)生產(chǎn)線上的制造資源信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，為后續(xù)的信息積累、信息共享和信息重復(fù)使用提供保障。此外，還需進(jìn)行接口建設(shè)，具體來(lái)說(shuō)，資源層應(yīng)設(shè)立集成接口以銜接其他系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)資源進(jìn)行合理調(diào)度和優(yōu)化配置的目的。由于囊括的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)多，所以在建設(shè)資源層時(shí)需要對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類整理，其中標(biāo)準(zhǔn)加工程序、典型工藝、優(yōu)化切削參數(shù)等類型的數(shù)據(jù)庫(kù)歸類為工藝知識(shí)庫(kù);輔料資源、工裝資源、設(shè)備資源等類型的數(shù)據(jù)庫(kù)歸類為制造資源數(shù)據(jù)庫(kù);編碼、各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)歸類為文檔庫(kù)。

1.2數(shù)字化生產(chǎn)線的平臺(tái)層研發(fā)

平臺(tái)層在數(shù)字化生產(chǎn)線中屬于核心部分，也是連接各個(gè)層級(jí)的紐帶。該平臺(tái)層的研發(fā)主要指的是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)，這個(gè)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺(tái)的管理對(duì)象有二，其一是航天復(fù)雜產(chǎn)品的制造過(guò)程，其二是航天復(fù)雜產(chǎn)品的制造數(shù)據(jù)。從建設(shè)目標(biāo)上來(lái)看，平臺(tái)層建設(shè)有兩方面的建設(shè)目標(biāo)：第一方面是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理功能，令生產(chǎn)、工藝、設(shè)計(jì)等多方面、多環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和一致;第二方面是實(shí)現(xiàn)集成功能，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)建設(shè)成集成框架，這樣一來(lái)該系統(tǒng)和其他的生產(chǎn)線應(yīng)用系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)集成化，數(shù)字化研發(fā)所必須的數(shù)據(jù)源不再是多源混雜，而是集成成為了單一數(shù)據(jù)源，提高了研發(fā)的便捷程度。

1.3數(shù)字化生產(chǎn)線的應(yīng)用服務(wù)層研發(fā)

對(duì)數(shù)字化生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，應(yīng)用服務(wù)層是主要的優(yōu)化層，在研發(fā)上以追求生產(chǎn)線總體優(yōu)化為主要目的。因?yàn)楹教鞆?fù)雜產(chǎn)品在設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面的復(fù)雜性不只體現(xiàn)在自身結(jié)構(gòu)上，還體現(xiàn)在繁多的加工工序、復(fù)雜的裝配過(guò)程、極高的生產(chǎn)精度、眾多的生產(chǎn)型號(hào)、較小的生產(chǎn)批量等多方面。所以在研發(fā)應(yīng)用服務(wù)層時(shí)要結(jié)合這些特點(diǎn)，詳細(xì)考察具體的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的專業(yè)化和高對(duì)應(yīng)化，這樣才能保障整個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)線的生產(chǎn)能效。這里將介紹應(yīng)用服務(wù)層研發(fā)中最典型的兩個(gè)系統(tǒng)。

1.3.1生產(chǎn)準(zhǔn)備階段的快速響應(yīng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于優(yōu)化零部件生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作，具體包括技術(shù)準(zhǔn)備優(yōu)化與資源準(zhǔn)備優(yōu)化兩方面，其中較為典型的有數(shù)控加工仿真、工藝設(shè)計(jì)、工裝快速設(shè)計(jì)這幾個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠構(gòu)建出三維實(shí)體模型，將工差、產(chǎn)品尺寸之類的信息實(shí)際反映出來(lái)，令工藝與工裝的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化，而且還能為后續(xù)的質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)提供檢測(cè)依據(jù)。

1.3.2實(shí)際生產(chǎn)階段的過(guò)程管理系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，目前最常用的手段是條碼系統(tǒng)，通過(guò)條形碼能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)任務(wù)的完成情況、物流信息、數(shù)控設(shè)備等一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤記錄，以達(dá)成管理職能。需要注意的是，該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)系非常緊密，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有必要和其它系統(tǒng)集成使用。

1.4數(shù)字化生產(chǎn)線的協(xié)同工作層研發(fā)

航天復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)具有跨學(xué)科、跨領(lǐng)域特征，因此并非單一部門(mén)、單一專業(yè)能夠完成的，必須由多個(gè)部門(mén)與專業(yè)共同協(xié)作才行，舉例來(lái)說(shuō)，部裝調(diào)試、總裝/總調(diào)、試驗(yàn)組織、售后、外協(xié)/外購(gòu)等都需要進(jìn)行協(xié)同工作。這就需要建設(shè)一個(gè)協(xié)同工作層，為跨部門(mén)、跨專業(yè)的協(xié)同工作提供平臺(tái)。目前，該平臺(tái)的建設(shè)是通過(guò)專業(yè)化的制造應(yīng)用集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，這種系統(tǒng)以PDM為技術(shù)基礎(chǔ)，能為不同部門(mén)、不同專業(yè)的用戶提供信息查詢工具等用于協(xié)同工作的工具。具體來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)是一種信息的共享通道，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議功能、指令發(fā)布功能、信息發(fā)布功能、信息查詢功能（電子文檔信息、資源信息、生產(chǎn)準(zhǔn)備信息都包括在內(nèi)）、在線信息交流功能等令數(shù)字化生產(chǎn)線中的兩級(jí)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，這種信息協(xié)同功能體現(xiàn)在多個(gè)方面，對(duì)生產(chǎn)效率有極為明顯的提升作用。

2.針對(duì)航天復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)線運(yùn)作

對(duì)航天復(fù)雜產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，數(shù)字化生產(chǎn)線的運(yùn)作從接收訂單任務(wù)開(kāi)始，到成品入庫(kù)結(jié)束，在這期間，PDM平臺(tái)與各個(gè)協(xié)同門(mén)戶會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)信息等進(jìn)行集成，以保證不同應(yīng)用系統(tǒng)能夠正常完成數(shù)字化運(yùn)作。需要注意的是，數(shù)字化生產(chǎn)線的特點(diǎn)就是生產(chǎn)前置準(zhǔn)備極為充分，因此在進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)，需要以數(shù)控加工仿真技術(shù)、快速響應(yīng)系統(tǒng)等進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)試驗(yàn)，這樣一來(lái)不只提高了準(zhǔn)備工作質(zhì)量，保證了生產(chǎn)能效，而且多項(xiàng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作可以并行完成，極大地縮短了準(zhǔn)備時(shí)間。另外，零部件的制造執(zhí)行也可以通過(guò)數(shù)字化生產(chǎn)線得到極大的優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)過(guò)程的管理系統(tǒng)不僅能對(duì)排產(chǎn)進(jìn)行合理計(jì)劃，而且能以極高的精度準(zhǔn)備物料工裝，這樣一來(lái)各方面的制造資源在配置和利用方面更合理、高效。值得一提的是，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制功能，通過(guò)對(duì)制造執(zhí)行過(guò)程的嚴(yán)格管控，不僅能提高生產(chǎn)質(zhì)量，而且能動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度與運(yùn)行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

3.結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，隨著航天產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)航天復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)會(huì)有越來(lái)越高的快速響應(yīng)需求與柔性需求。考慮到這種發(fā)展趨勢(shì)，研發(fā)數(shù)字化生產(chǎn)線以提高航天產(chǎn)品生產(chǎn)能效不僅具有必然性，而且具有長(zhǎng)期性，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都要持續(xù)進(jìn)行下去。

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