基于面向智能制造的航空發動機協同設計與制造研究

摘 要

智能制造指的是以信息化、網絡化及數字化技術為基礎，將人工智能引入到制造理論和生產實踐的一種智能化產品制造技術。智能制造已成為制造業優化升級的關鍵所在，本文面向智能制造技術，從數據集成、智能加工技術、基于COE的組織協同及過程協同等幾個方面研究了航空發動機協同設計與制造的相關問題。

【關鍵詞】智能制造 航空發動機 設計與制造 協同

相較于發達國家來說，國內航空發動機制造業的發展還較為落后，其中設計與制造的分離是重要的問題表現。在工業4.0時代，智能制造成為了制造業的重要變革和發展趨勢，對于航空發動機協同設計與制造來說，在智能制造發展的背景下，揭示其協同設計制造內涵及過程對于促進航空發動機制造業的發展有著積極的意義。基于以上，本文簡要探討了基于面向智能制造的航空發動機協同設計與制造的相關問題。

1 基于模型的數據集成

數據集成是航空發動機協同設計與制造實現的基礎，統一的產品數字化定義（MBD）是實現智能制造的基礎。MBD以基于特征定義的三維模型為核心，實現設計、制造、工藝等各個部門信息的集成，統一數據源，以此來作為航空發動機設計與制造協同的信息載體。MBD模型中包括幾何模型和標注信息兩類數據，其中通過CAD系統管理幾何模型，通過產品數據管理系統來存儲和管理非幾何信息，從而解決航空發動機協同設計與制造的數據集成問題，具體來說如下：

1.1 設計與設計協同過程

航空發動機被譽為“工業之花”，其產品結構復雜，制造難度大，需要分布在各地的設計所與制造廠高度的協同，才能滿足當前先進航空發動機研制需要，這是傳統二維設計模式難以滿足的。以MBD模型為基礎，航空發動機公司可以建立結構領域、熱力領域、強度領域等多領域的仿真環境，通過多學科設計技術的優化和綜合來實現各個專業設計的協同與并行。

1.2 設計與制造協同過程

設計與制造協同本質上就是設計與工藝的協同，即對航空發動機產品設計進行工藝性審查和制造可行性分析，對于生產準備周期長的零件來說，可以提前進行毛坯設計、工裝設計等工藝準備工作。基于MBD的單一數據源能夠保證工藝準備和工藝設計在同一數據模型下進行，從而實現設計與制造的協同。

1.3 制造與制造協同

航空發動機制造環節復雜，這些制造活動之間需要進行數據的交互與集成，MBD能夠為裝配工藝設計、工裝設計及數控加工等環節提供單一數據源，從而實現各個制造環節及過程之間的協同。

2 智能加工技術

新一代航空發動機以輕量化、高性能薄壁整體結構為主，其結構復雜，雖然滿足了高性能要求，但對應力集中及制造偏差也更為敏感，這就對航空發動機的制造工藝提出了更高的要求。因此，需要采用智能加工技術來實現機床、刀具、工件及工裝的協同加工。

3 基于COE的組織協同

實現協同研制的組織協同是實現智能化航空發動機協同設計制造的前提條件。COE（即Centerof Excellence，意為“卓越研究基地”。是航空發動機關鍵技術的專業化研制中心。基于COE模式能夠實現航空發動機設計與制造的組織集成，從而實現組織協同。以COE為基礎形成協同平臺，通過對產品定義數據的組織實現數據共享和管理控制，從而形成設計所與制造廠以MBD模型技術的應用為基礎的協同研制。

利用項目牽引、總裝拉動及總體設計等來實現航空發動機的協同研發，在整個平臺環境中，依托于協同研發平臺中的協同社區，異地總體設計人員、工藝人員及制造人員等能夠實現MBD模型單一數據源的共享和可視化協作，通過協同異地管理保證異構平臺用戶在統一流程中執行相關工作。

4 產品BOM驅動下的過程協同

航空發動機的協同設計與制造是一個復雜的過程，涉及到多個學科領域的設計制造活動，以BOM為驅動，將PLM、MES、ERP系統進行縱向集成，打通從工藝到現場的數據鏈路，支持結構化工藝數據向生產管理過程的延伸，實現數據源的單一管理、車間自動獲取工藝信息數據、生產加工任務、智能排產等車間現場數字化管理功能。通過對各系統中數據的整理分析，形成知識，最終實現生產管理的智能化。

通過BOM數據的流動，將PLM、ERP、MES、MRO、DNC等系統連接起來，形成一個統一的網絡化的企業經營管理信息平臺；通過引進智能裝備，在生產管理環節關鍵控制點實現狀態感知和自主決策功能，實現航空發動機領域關鍵生產環節的自動化、智能化制造技術應用。

4.1 產品數據共享區的建立

以成熟度模型為基礎，設計部門將產品數據定期發送到共享區中，主要包括航空發動機外形、結構等的CAD模型和技術文件，通過這些數據來為制造人員的生產準備工作提供依據，提升準備效率。

4.2 協同數據共享

與工藝、制造相關的產品數據通過統一的定義、統一的平臺、統一的編碼實現了數據共享，從而最大限度的縮短的產品研制周期。

5 結論

綜上所述，航空發動機的設計與制造存在著眾多協同優化的問題，這種協同不僅僅指的是設計與制造之間的協同，同時也包括人、物料、設備及計算機之間的協同，在整個物理世界與信息時間及二者之間都存在協同過程，是對智能技術、信息技術及制造技術的整合、深度應用。在智能制造技術不斷推廣和實施的背景下，航空發動機協同設計與制造必將得到進一步的發展和應用。

參考文獻

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作者簡介

陸波（1975-），男，貴州省鎮遠縣人。研究生學歷。現為貴陽市黎陽公司工程師。研究方向為軟件工程。

作者單位

貴陽市黎陽公司 貴州省貴陽市 550014