航空制造新技术的探索

剧锦杰

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安 710089

摘要：航空航天作为国防工业领域最重要的支柱产业之一，反映了其整体发展水平——一个国家的技术、经济、国防和现代工业的综合实力。随着发动机盘、轴类零件、涡轮机壳体、底盘等航空航天零部件加工难度的增加，各种新材料、新结构、新技术层出不穷，对加工技术和工艺的要求不断提高。

关键词：航空制造；新技术；探索；

引言

航空装备制造业是典型的高技术、高附加值产业，具有高资本投入、高风险回报、高技术强度、高安全性等特点。航空航天装备产业涵盖自动控制技术、喷气驱动技术、先进制造技术、计算机集成技术、信息网络技术、仿真技术等高新技术领域。它包括许多专有技术和制造工艺，并具有显著的平台积累效应。

1研究背景

航空航天零部件加工的难点主要体现在难加工材料切割、工艺和零部件精度要求的应用，以及工艺控制和测试。钛合金、高温合金和复合材料等难以加工的材料经常用于航空航天。最大的挑战是满足零件的加工要求，确保高质量，同时考虑生产效率。在过程控制和检验过程中，航空航天制造商对零件的过程控制和表面完整性控制的控制相对较弱，这是未来亟待改进的方向。随着制造业数字化转型和现代化进程的加快，航天制造的自动化和智能化已成为行业的重点课题之一。MES制造执行系统是航空公司基于精益制造的智能系统。该软件在生产中的应用极大地简化了生产管理流程，方便了对零部件和产品生产全过程的监控和管理，并能根据节奏进行管理和控制，大大提高了管理的及时性和有效性。使用MES生产执行系统的用户可以快速响应分配的任务，有灵活的空间处理紧急任务，完善生产流程，帮助公司降低生产成本，缩短生产时间，提高产品质量。

2关键技术研究

2.1数据采集技术

工业大数据的数据采集主要包含了现场设备数据和业务管理系统数据。而生产现场的数据采主要涉及工业时序数据的采集。工业时序数据主要借助物联网，传感器等技术通过识别或者感应的方式，获取生产车间仪器、仪表、智能设备、以及在制产品等各类设备的数据和通过传统的工控网采集的数据，其典型数据结构是由时间戳、标签和指标3要素组成。业务管理数据主要包含结构化数据采集和非结构化数据采集。前者来源于信息化系统，如产品数据管理系统（PDM）、供应链管理系统（SCM）、客户关系管理系统（CRM）、企业资源计划管理系统（ERP）、制造企业生产过程执行管理系统（MES）等，通过建立分析型的业务模型完成结构化数据从基于事务型的数据库向基于分析型的数据仓库提取转化。后者来源于业务系统的操作日志以及现场设备的数据记录，其格式为非结构化的文本格式。其数据采集技术也主要是通过脚本启动消息队列的方式实现数据采集通道的搭建。采集的业务数据根据时效性分别存储到实时数据平台Spark和离线数据平台Hadoop中。

2.2数字线索技术

智能生产过程必须是完整的,与自上而下的整个过程的管理密不可分。只有从头到尾对每个节点和流程进行管理,才能保证加工链不会断裂或不能满足精确操作的需要。在这方面,数字智能技术可以有效地提高整个生产过程全生命周期的管理效率,它通过先进的建模和虚拟仿真技术创建详细的实施流程,提供对不同生产阶段的数据信息进行汇总和分析的能力,使制造商能够使用高精度的虚拟模型和技术数据来模拟成本,进度,产品质量和工艺风险,并分析和评估潜在问题,以便实时调整和优化。在数字化开发技术的基础上,可以建立一整套全新的虚拟设计-建模-数字化生产-实际成品生产模式,通过对实际生产系统进行抽样和建模,建立科学的数据预测模型,有效地预测整个生产生命周期的生产风险和影响。

2.3数据集成与存储技术

由于工业大数据中存在着不同的数据源，需要将不同的数据源数据进行预处理，并且完成数据的集成和交换。比如一方面处在最底层的设备层，通过实时采集生产数据，设备数据，经过分析和计算，将生产现场的信息实时反馈给上层的MES系统，成为MES系统创建排产任务、调整制造资源的重要依据，另外一方面，计划层的ERP系统，执行层的MES系统通过生产计划的分解，生产指令的下发，工艺路线图的传输，完成管理系统与现场设备数控之间信息的沟通。数据集成与交换不仅在纵向层面进行，也在基于产品的协同制造的横向管理系统之间进行，比如物资采购系统根据生产计划完成物料的齐套分析，采购配送，物料编码则与PDM产品管理系统中的物料信息进行集成，同步，完成数据交互。生产过程中的产品信息则与质量管理系统中的成品，半成品质量数据进行集成，完成质量的跟踪和追溯。

2.4CPS赛博物理系统

CPS系统是一个包括数据计算、网络传输、物理实现等多种结构的复杂系统,其实际实现通过3C技术、人机交互接口等技术,可以使智能终端实时远程控制物理生产设备,安全可靠地完成各种生产流程。它的技术架构包括多个连接层、网络层、配置层等。具有多种资源储存、资源集成、智能分析和数据增值功能,可实现设备信息自动发现、生产智能决策、物料配置自动化等多种功能。

3对我国航空制造企业的启示

随着我国航空产业的快速发展，以及国家军民融合战略和《中国制造2025》的推进实施，我国各大国有航空制造企业也逐步由传统计划模式转向“主-供”模式，朝着专业化方向快速发展。在此过程中，上述的空心化问题在也不可回避，通过借鉴西方企业的经验和教训，制定出更科学、更具针对性的策略措施，有助于我们规避或者降低空心化问题的发生风险和影响。我国航空制造企业在整体上可以借鉴波音、空客的自制/采购策略，但因为国情和国际环境的不同，又必须有所区别。我国各大航空制造企业可根据产品重要度、技术难度及先进性、成本及利润、资源稀缺程度等维度进行综合评估，将产品和产业技术进行分级管理。根据不同等级采取不同的自制/采购策略：将核心的部分牢牢掌控在自己手中，必须坚持自制不得外包；一般重要的部分可转移至战略合作伙伴、一级供应商处进行采购；技术含量低且供应链稳定的普通产品可下放至二、三级供应商或者在市场上进行招标采购。对于设计和研发工作，优先选择在企业内部独立完成。如果确实需要转移风险和外部协助，也应优先采取联合设计研发的模式，尽可能杜绝将设计和研发完全外包。如此可持续提升自身的核心竞争力、技术先进性、行业话语权和定价权，将技术空心化的风险降至最低。

结束语

智能制造作为驱动制造业发展、促进制造业转型现代化的重要引擎，是当前航空业快速发展的重要研究课题。航空航天行业正在推动数字化和智能化，最终目标是满足用户对航空航天产品的新需求，为用户提供高质量的个性化定制服务，从而建立互联协作，形成新的生产制造模式。因此，除了加强生产管理的数字化应用外，还需要重视供应链建模和仿真技术的应用，以优化产业布局和分工，发展航空航天行业的数字化供应网络，支持工业制造业从“制造”向“智能制造”的转型和现代化。

参考文献

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