發動機智能制造淺析

■ 中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 楊金發 張 軍 韓德印 趙天楊

發動機智能制造淺析

■ 中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 楊金發 張 軍 韓德印 趙天楊

技術中心工藝所高級工程師 楊金發

智能制造涵蓋的范圍很廣泛，包括智能制造技術、智能制造裝備、智能制造系統和智能制造服務等，衍生各種各樣的智能制造產品。

1. 智能制造的特點

智能制造是先進傳感、儀器、監測、控制和過程優化的技術和實踐的組合，它們將信息和通信技術與制造環境融合在一起，實現工廠和企業中能量、生產率和成本的實時管理。

智能制造是在網絡化、數字化基礎上融入人工智能和機器人技術，形成的人機物深度交互與融合的新一代制造系統。

智能制造要求能準確感知企業、車間和設備的實時運行狀態；對獲取的實時運行狀態數據進行快速、準確的分析；執行決策，對設備狀態、車間和生產線的運行做出調整；按照設定的規則，根據數據分析的結果，自主做出判斷和選擇。產品個性化、定制批量化、流程虛擬化、工廠智能化及物流智慧化將成為新趨勢。

2. 夯實技術基礎，應用高性能數控設備

作為切削加工的主體之一，刀具在解決航空材料的加工難題中起著至關重要的作用。先進的航空產品要求航空零件具有更優異的性能、更低的成本和更高的環保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復精度和可再現性。

（1）開展高效切削技術研究。新型航空材料的不斷涌現，如彌散強化鈦合金、粉末高溫合金材料大量應用?，F代先進加工技術對高速、高效和高精度加工的要求使得硬質合金刀具、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具的應用比例大幅提高。刀具質量穩定、精度高，可轉位數控刀片各批次產品尺寸精度分散性能控制在一定范圍內，成形刀具精度應能完全滿足加工部位要求。能針對風扇機匣、渦輪機匣、渦輪盤、風扇盤、長軸、葉片及葉輪等典型關鍵零部件，提供有效的解決方案。

刀具企業強化刀具技術創新點應著眼于建立刀具學科分析模型和多學科優化模型，開展系列刀具的精準設計研究。開發具備自主知識產權的高壓冷卻系統、減振刀具等新型刀具產品，滿足高溫材料、復雜結構零件、薄壁零件加工的需求。

（2）發展并應用先進數控設備。目前，國外增材制造技術與裝備快速發展，復合機床功能強勁，成為機床門類中的重要組成部分；在精度穩定性與保持性方面，加工系統溫升的抑制與控制技術日益得到重視并取得進展；高效與自動化——雙主軸、多主軸和多刀塔機床發展迅速；智能技術深入發展，機器人技術正在走向更為廣闊的應用領域，機床正在向無人操作的目標前進。一批與具有視覺、力覺、全角度、高速和大質量抓取的機器人或機械臂集成的機床產品，充分顯現了二者融合帶來的巨大進步和發展前景。

智能技術是數控技術的前沿技術，智能技術的開發與應用，使機床改變了原有的面孔（見圖1、圖2），具備感知、會分析思考、能主動應對處理加工過程中出現的變化，能夠主動對復雜問題進行處理等特點，使得人機關系更加融洽和友好，并推動機床自動化水平進入到更高的階段。智能技術的發展主要集中在兩個方面：加工過程中對變化因素的實時處理；通過數控系統、專家系統和專用軟件，提供編程、機床調整、加工、操作及維護等智能化的幫助與指導，具有智慧與技術的內涵。

圖1 復合加工中心

圖2 柔性制造單元

發動機行業對數控設備的要求。①具有先進性：即要求設備具有數字化和前沿性的特征，軟件功能強大，自動化程度高。②具有集成性：減少附加設備，設備高度集成，簡化工序。③具備高度柔性：設備通用程度高，生產適用性強。④具備高精度與加工穩定性：設備需具備精度高、精度保持時間長和技術成熟度高等特點，故障率低。

3. 應用高性能加工技術

數控設備高級功能的開發，提高數控設備的加工效率，最大限度地發揮數控設備的優越性是提高加工技術水平的必由之路。

（1）進行高性能加工工藝研究，依托先進數控設備最大程度地集中完成同一臺設備上能夠加工的零件尺寸，工藝路線最短，刀具軌跡最優。

（2）開展零件快速裝夾技術研究，提高加工系統的剛性，減少零件的加工變形。

（3）進行無人干預加工技術研究，通過對工藝、程序、設備和刀具的綜合技術攻關，實現典型零件的無人干預加工，使部分零件具備“一人多機”的技術保障能力。

（4）開展切削軌跡及參數優化技術研究，通過合理規劃走刀路徑，提高發動機零件的加工效率。

4. 強化信息化技術研究

開展基于PDM系統的工藝實現過程技術研究，探索基于PDM平臺的工藝設計、程序編制與仿真和產品研制全過程數據管理的途徑， 開展信息系統集成技術探索，實現系統信息集成。

5. 強化數字化制造技術研究

開展快速編程技術研究，設計以工序模型為基礎的典型編程模塊，建立刀具和切削參數庫，通過UG軟件將兩者結合，實現零件的自動、快速編程，提高編程效率和質量。開展防錯技術研究，開發坐標系防錯、刀補防錯、主軸功率監控及刀具破損檢測等設備防錯功能，優化仿真軟件的防錯功能，實現編程、仿真和加工全方位的技術防錯，降低出錯率。

6. 強化技術創新，注重知識積累

智能制造的興起是科學發展的綜合化趨勢，也呈現出現代高新技術相互交叉與集成的特點，是工業化和信息化深度融合的必然結果。航空發動機智能制造的基礎是知識創新，如何將企業自身的數據、信息和知識進行歸納、整理，如何吸收、融合與集成外部的技術、經驗與智慧，提升企業核心競爭力，成為智能制造發展的關鍵。智能制造的發展將對航空制造業的發展產生重要作用，成為發動機企業跨越式發展的的巨大引擎。

7. 結語

先進的航空專用裝備的工程應用滿足了發動機制造的高效和無縫連接的高質量要求。全自動化集成控制技術的研發代替人工工藝流程已走上應用舞臺。引進國外先進技術與自主創新緊密結合起來，是提高智能制造水平的有效途徑。