航空制造業設備現狀與存在的問題

■ 西安飛機國際航空制造股份有限公司設備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

航空制造業設備現狀與存在的問題

■ 西安飛機國際航空制造股份有限公司設備工程總廠50廠 （陜西 710089） 劉紅安

本文詳述了在《中國制造2025》的大背景下，航空制造業的設備現狀與主要問題。

1. 影響企業EVA（經濟增加值）的技術問題

（1）數控設備占有率低。航空制造業以大型整體結構件為主要對象，包括蒙皮、翼、支架、梁體及殼體等結構件，涉及的加工材料有鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼、結構鋼以及部分玻璃鋼、石墨等材料。同時，為了滿足不同的加工工藝需求，如噴丸成型、強化，表面處理、熱處理和無損檢測等，還必須配置特種工藝設備。

這些設備林林總總，數量不可謂不多，但令人遺憾的是其中的數控設備僅占不到7%，其占有量偏低，而發達國家的這一指標是15%甚至更多。數控設備占有率低，嚴重制約零部件的加工、測量及裝配。因此，航空制造業要適應市場環境、縮短產品制造周期、提高產品質量，首先必須加大設備的技改力度，淘汰落后產能，提高數控設備占有率。

（2）高端大型的五坐標數控設備占有率低。航空制造業零部件的多樣性，決定了加工設備的多樣化，主要體現在設備的特性有很大的差異，如機械剛性、加工范圍、主軸轉速、坐標進給速率、幾何精度及定位精度等。實際生產中，不同特性的設備所加工的對象是不同的。

例如，對于金屬、石英砂模胎（見圖1）的加工，首選五坐標聯動數控機床，其特點是主軸轉速高，一般為電主軸，轉速可達24 000r/min，數控系統驅動總線傳輸速率為100m/s，采用光纖傳輸，仿形功能完善，可對飛機零部件模胎的任意復雜輪廓表面進行仿形，非常適用于飛機大型模胎的加工。

圖1 高速五坐標機床加工的具有光滑表面的模胎

這些高端設備由于具有RTCP（旋轉刀具中心）功能，如圖2所示，其加工精度是三坐標數控設備無法比擬的。另外，國外進口的全功能型設備的附加裝置（如快速裝夾定位系統、自動對刀儀、工件測量儀、自動刀庫和上下料系統等）配置非常齊全。但上述這些功能強大的高端設備在整個數控設備中的占有量不到10%，也在一定程度上制約了關鍵零部件的生產。

圖 2

（3）工藝準備時間長或準備不足、方法落后是制約生產效率的軟肋。工藝程序調整、工裝夾具準備、刀具準備及零件檢測，甚至在零件加工中進行人工干預，如程序暫停時檢測零件尺寸，以及由于工藝參數不合理而反復修正造成的時間損失，最終導致加工效率偏低，機床利用率低下。據統計，機床主軸運轉率僅占機床上電時間的30%，而機床有效切削時間占比僅為23%。

加工工藝方法落后的原因有很多，大多都是因循守舊，沿襲老套路，有的加工工藝路線還是20世紀60～70年代的，與現代的數控加工工藝格格不入。主要體現在數控加工仿真、程序優化、工藝參數庫及制造資源管理（如刀具管理）等方面與國際通行的高效加工需求存在一定的差距。因此，影響產品加工效率提高的因素主要是加工的準備時間和切削參數的調整時間。這些都極大地限制了數控設備加工效率的提高，制約了高效數控加工技術的發展。為提高數控設備加工效率，從減少加工準備時間、合理選擇切削參數等方面著手，提高重點型號關鍵件的數控機床加工利用率、材料去除率是很有現實意義的。

（4）設備潛能有待進一步挖掘。隨著數字化應用技術的發展，數控設備功能更加強大，使用更加趨向于簡單易用、多功能化，界面更加友好。譬如，西門子公司專門為數控系統開發的軟件包MDA、TPM等，可以利用系統內部變量進行編程，實時動態監控記錄設備運行狀態，統計工藝文件、設備利用率，并能靈活設置設備保養計劃表，當保養期限到達時，數控系統能自動彈出文本提示，告知要進行保養維護。

國外的軟件集成制造商專門開發出ARTIS CNC、OMAT等優化的切削系統，通過對數控機床主軸切削功率載荷優化、刀具振動沖擊狀況監控和數據采集，實現機床的高效率自適應切削，生成最優化工藝切削參數，提高現有數控機床粗加工效率并對機床、刀具、工件進行保護。試驗證明，飛機結構件中典型的框架類零件，經過采用優化后的切削參數，相對優化前節約加工時間為20%，實現高速切削鋁合金材料的去除率達到傳統數控加工的3～5倍。目前進口的高速銑床、強力銑床基本上都配置具有這種功能的數控系統，根據不同類別的數控機床進行性能分類，針對典型的鋁合金材料和相適應的切削條件，研究鋁合金材料的極限切削工藝參數。通過擴展數控機床功能的研究，充分挖掘數控機床的潛能，提高產品加工的效率并且擴展機床加工產品對象的范圍。

（5）設備孤立，需要互聯互通。在數控車間，設備基本都是獨立運行，這樣的數控機床好比是一個個孤島，使得機床的加工柔性大打折扣，從而影響加工效率，也是對設備資源的浪費。筆者認為數控機床設備群控與DNC、MES系統的建立，是目前進行設備管理的有效手段。DNC、MES主要用于數控機床通信集成管理，它以RS232—C串口協議為基礎，可安全地對數控機群進行管理。同時有效地解決了多品種、多規格、多層次的數控機床集成化管理，并使數控機床與CAD/CAM系統進行無縫連接，實現設計、工藝和制造的一體化。

譬如，通過設計和工藝系統，將數模和制造指令下達到生產現場，實現生產過程的無紙化，可以避免程序傳輸出錯問題并簡化流程，為生產工藝節省了大量時間。同時系統根據生產實際狀況，可實現對數控機床停機狀態、開機狀態、加工狀態、空閑狀態及故障狀態等基本狀態的信息采集。這些數據通過匯總、統計、查詢等手段，生成供管理者使用的各種報表，為管理決策提供依據，從而可以掌握數控機床利用率、產品與設備的狀態，包括加工過程狀態，如主軸轉速和倍率、主軸進給和倍率、主軸負荷的實時變化等，從而針對具體問題采取合理的措施，實現現場管理。

2. 航空制造業設備管理展望

隨著航空制造業全價值鏈競爭局面的產生，在新常態下，不管是國際市場拓展，還是國內市場挖掘，改革已經成為發展的核心推動力。《中國制造2025》是國家戰略規劃，航空制造產業的升級換代勢在必行。因此必須想辦法提高設備管理與使用水平，提高工作效率，在現有資源條件下實現更大的產出。以工藝流程為主線、以數據為平臺、以可視化為載體、以工具包為手段、以機制為保障，建設全套信息化管理系統，實現信息管理系統的集成、協同和共享，做到人流、物流、信息流和價值流的統一，從根本上改變生產基礎管理薄弱的局面。遵循精益管理的思想，持續優化生產和管理流程，精簡運營管理中不增值的環節，減少和杜絕生產中的無效消耗。

20150830）