明确发展方向 提升智能制造层级--访中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司副总工程师杜宝瑞

您长期从事数字化制造技术的研究与应用工作,针对当前工程应用新需要,请谈谈该技术的发展方向。 杜宝瑞：数字化技术使制造依据从模拟量转变为数字量,数字化技术的核心是为制造过程提供了数字化产品定义、数字化制造工艺以及数字化制造程序。得益于数字化技术,在设计过程中,产品的几何信息通过精准的三维数字化模型进行定义,而其他非几何信息也被以数字化方式定义于同一文件中,进而形成制造过程的单一数据源。

航空智能工厂的基本特征与框架体系

智能制造是以智能加工与装配为核心的,同时覆盖面向智能加工与装配的设计、服务及管理等多个环节。智能工厂中的全部活动大致可以从产品设计、生产制造及供应链3个维度来描述。在这些维度中,如果所有的活动均能在赛博空间中得到充分的数据支持、过程优化与验证,同时在物理系统中能够实时地执行活动并与赛博空间进行深度交互,这样的工厂可称为智能工厂。

用于飞机部件自动制孔的机器人制孔系统

进入20世纪90年代后,飞机制造行业对飞机装配技术提出了高质量、高速度、低成本的生产要求,飞机柔性装配技术得到了极大的发展。机器人制孔技术是飞机柔性装配技术的一个重要应用和研究方向。

智能制造系统及其层级模型

本文提出了智能制造系统的层级模型,并详细介绍了各层级的基本结构和技术特征。各制造企业可以依据自己的产品特点和不同的组织形式,参考层级模型,判断本单位现有的制造技术水平,明确智能制造发展的需求,确定发展目标、方向和重点,找准发展路径。在夯实技术基础的条件下,调配资源,重点突破,逐步提高智能制造的层级。

基于MBD的数字化检测工艺系统研究与应用

结合MBD制造条件下数字化检测技术的发展趋势,研究了基于MBD的数字化检测工艺技术体系与实现途径,提出了一套完整的基于MBD的数字化检测工艺方案,以MBD检测模型作为检测信息载体,以NX/UG、PC-DMIS软件作为软件平台,通过二次开发实现系统功能,实现了在线生产与线外检验的并行进行,使检测工艺由二维变为三维,有效缩短了产品的检测周期,提高了检测效率与检测质量,在企业的实际应用中取得了良好效果。

基于MBD的检测设备资源分配优化的研究

随着计算机辅助技术的快速发展,传统制造业正逐步迈向数字化、信息化和智能化,基于MBD(Model Based Definition)的生产模式受到越来越多的重视。针对现阶段数字化检测模式下检测设备资源得不到合理规划与分配的问题,首先创建了以最短检测时间为目标的资源分配数学模型,然后采用了一种对检测程序任务和检测设备资源进行双层编码的遗传算法求解方法,最后通过对数学模型求解得到其最优分配结果。实际结果证明,与依靠人为经验选择检测设备的传统方式相比,提出的方法使检测设备的分配得到优化,提高了检测设备资源的利用率并且缩短了成批次零件的整体检测时间,提升了企业的生产效益和核心竞争力。

面向装配质量的铸型装配检具设计原理

在铸型装配阶段,为了保证多工序铸型装配质量,需要检测工具辅助铸型装配,实现装配过程实时检测。文中基于九交矩阵理论描述铸型中砂芯间拓扑关系,实现检具的拓扑检测功能,结合空间6自由度理论,保证检具检测理论上的科学性以及检测结果的稳定性。在多工序分步装配过程中,为面向多部件检测对象的组合检具的研究与开发提供理论依据。

面向数字化检测的尺寸标注自动规范方法

为了满足MBD(Model Based Definition)模型尺寸标注符合可测量性的要求,同时为了解决人工修改三维尺寸标注效率低下的问题,在不干涉设计人员标注习惯的前提下,提出了一种面向数字化检测的MBD模型尺寸标注自动规范化处理方法。该方法通过在UG/NX上进行二次开发,完成对MBD模型产品制造信息(Product Manufacturing Information, PMI)中的尺寸标注信息的提取以及规范化的判定,并根据提出的规范化校正规则对不规范的尺寸标注进行自动规范校正处理,更新替换原有的尺寸标注。实例证明,尺寸标注自动规范化处理模块可以自动校正不规范的尺寸标注情况,同时又不违背原先的尺寸标注意图,显著提高修改的效率和准确性,推动数字化检测的自动化进程。

基于三维轻量化模型的可视化检测系统研究

对三维模型轻量化技术和可视化检测体系进行研究,分析当前制造企业检测工艺资源与管理脱节、检测质量与效率低、检测可视化程度低、三维数模浏览困难等问题,提出基于三维轻量化模型的可视化检测系统。本文以三维轻量化模型为基础,并采用压缩简化算法对三维模型进行简化,然后通过三维CAD、可视化检测系统和产品数据管理集成,从而实现基于三维轻量化模型的可视化检测系统。该系统完成对检测过程的数据收集和检测资源的传递,有效降低企业成本,解决检测工艺资源管理与检测过程可视化程度低的问题,实现了检测三维模型信息即时反馈、无缝传递。

并联机床在飞机结构件加工中的应用

新一代飞机的高性能、高质量、短周期和低成本研制要求,对制造技术尤其是结构件数控加工技术的发展提出了新的挑战。采用虚拟主轴的并联机床刚度重量比大、响应速度快、精度高、效率高,故在数控加工行业得到越来越多的关注。

基于状态空间模型的铸型装配质量预测

在砂芯及砂箱尺寸公差设计阶段,为了及时发现设计缺陷提高铸型装配质量,降低铸件生产成本,需要对铸型装配精度预测进行研究。基于控制理论中的状态空间模型,建立装配过程偏差传递及装配质量预测的数学模型,对砂型装配过程中偏差流传递,变换和积累过程进行研究,提出了装配预测结果的评定方法和关键特征偏差的转换方法,实现在铸造设计阶段,完成对铸型装配精度的预测。以内型芯和外型腔尺寸偏差为输入参数,构建公差表达与传递模型,定量描述误差流积累对铸型装配质量的影响。最后通过某航空铸件的砂型铸造生产工艺为例验证该算法的有效性。

基于微粒群的数控加工路径优化方法研究

在飞机结构件数控加工过程中,如何减少空程,实现数控加工路径的优化是数控编程急需解决的关键问题,直接影响数控加工效率。文章针对飞机结构件数控加工路径优化方法进行研究,提出一种改进的微粒群优化方法,并利用所提方法实现转角加工路径的优化,代替了人工随机确定转角加工路径的方法。文章最后利用所提方法对典型飞机结构件转角加工路径进行优化,仿真结果表明,针对数控加工路径优化问题,所提方法远远优于传统微粒群方法。

飞机制造业数控车间增效整体解决方案

高性能,如高机动性和隐身性等要求零件整体化、轻质化,从而导致零件结构的大型化、复杂化和材料的多样化,难加工材料占比大幅增加,机械加工工艺和技术水平的要求更高。

脉动装配生产线的应用与发展

随着商用飞机的需求量急剧增长，军用飞机的研制任务增多，传统的机库式（停车场式）飞机装配模式已无法适应现代飞机制造的要求，很多世界级飞机制造商都对飞机装配生产线作了重大研究。在这种背景下，一种先进的飞机脉动装配生产线应运而生。

基于几何特性的槽加工刀具选取算法

刀具选取是复杂零件数控加工编程的一项重要内容,为实现数控加工程序编制过程中自动选取加工刀具,提高数控加工及其编程效率和质量,结合飞机整体壁板数控加工编程及其粗加工特点,提出基于几何特性的槽加工刀具自动选取算法.在分析刀具与可切削区域间关系的基础上,对Voronoi Mountain定义域进行修正,建立切削轮廓45°拔模体;并给出刀具的可切削面积、残留不可切削面积,以及小刀具半径计算方法;最后根据整体加工时间最短的原则确定最优加工刀具.该算法已在"飞机壁板快速数控加工编程系统"项目中得以应用,结果证明了其是可行、有效的.

固溶处理对7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能的影响

对航空用3 mm厚的带有包铝层的7B04-O铝合金板材进行搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),研究固溶处理对搅拌摩擦焊接接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当转速为800 r/min、焊接速度为200 mm/min、焊接工具轴肩直径为12 mm时,可得到表面美观、致密无缺陷的搅拌摩擦焊接接头。焊核区发生动态再结晶,形成细小的等轴晶。经固溶处理后,焊核的上部及底部晶粒都发生了异常长大,而中部区域晶粒仍然为细小的等轴晶组织。焊态接头的拉伸试样断裂在母材位置,抗拉强度达到199 MPa,与退火态母材抗拉强度相当,断后伸长率达到12%。在新淬火状态下,接头的抗拉强度为310 MPa,为相同热处理母材的91.4%,断后伸长率为11.2%,试样断裂在焊核区,呈不完全的韧性断裂。

机器人技术在航空工业中的应用

在竞争日趋激烈的今天,成本和效率同质量一样关键,这就需要采用新技术、新的制造和装配理念、新的管理方法等。机器人技术正好符合精益系统和精益制造的理念,并已在汽车制造业及家电制造业得到了广泛应用,因此近几年在航空制造业中已开始看到机器人的"身影"。

包铝层对7B04-O铝合金薄板搅拌摩擦搭接性能影响

对2 mm厚的带有包铝层的退火态(O态)7B04铝合金薄板进行搅拌摩擦搭接焊接(Friction stir lap welding,FSLW)。分析包铝层、焊接参数、热处理对FSLW接头质量、微观组织及力学性能的影响。结果表明,焊核中的原始包铝层无法被完全打碎分散,其中前进侧的分散比较明显,而后退侧的包铝层则基本保持了原来状态。通过增加转速或轴肩尺寸,可以有效消除焊核中心的孔隙缺陷,但仍无法使界面处的包铝层充分破碎分散。随着转速增加或焊接工具轴肩尺寸增大,FSLW接头强度提高。包铝层对焊态FSLW接头强度影响不明显,接头强度约为母材强度的94%;淬火后,包铝层对接头强度的影响显著,接头强度仅为淬火态母材的64%。

基于设计特征模型的加工特征映射技术

为了实现数控编程过程中能够自动确定加工区域,对基于特征设计系统构建产品模型的方法、产品信息模型、信息模型间的关联关系、飞机结构件加工特征定义分类、设计特征与加工特征间的内在关系进行了深入的研究,提出了基于设计特征模型映射加工特征的方法.该方法通过遍历特征设计树,判断特征间的关系,查询特征组成面信息,从而构建出特征属性邻接图,进而采用基于图匹配的特征识别方法得到加工特征,并提取加工特征信息.该方法压缩了图匹配空间,大大提高了特征识别的速度,应用此方法实现了飞机壁板类零件的特征识别.

飞机智能化装配关键技术

诠释了智能制造的概念内涵和基本特征,对德国工业4.0和CPS(Cyber-Physical Systems)技术进行了研究,分析了我国航空制造业发展智能化装配存在的主要差距,重点论述了我国飞机智能化装配发展的主要思路和关键技术。对我国航空技术智能化发展具有一定指导意义。