智能制造作為一種新的制作模式已經(jīng)成為制造業(yè)未來的發(fā)展方向，而制造業(yè)是軍民融合的典型領(lǐng)域。為了滿足航天器大型構(gòu)件產(chǎn)品智能制造需求，本文提出一種航天器大型構(gòu)件智能制造技術(shù)體系框架，探索研究了智能工藝設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)管控、智能物流與倉儲(chǔ)、智能制造裝備等關(guān)鍵技術(shù)，并將相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用于其他民用制造領(lǐng)域，為我國軍民融合的發(fā)展積累了成功案例。

　　“工業(yè)4.0”提出通過建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，使德國成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的供應(yīng)國和主導(dǎo)市場，提升其全球競爭力;《中國制造2025》旨在實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展，改變我國制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的局面。通過深入實(shí)施《中國制造2025》，推進(jìn)軍民深度融合，走出一條成功的軍民融合之路。世界各國在制造業(yè)領(lǐng)域采取的一系列措施均表明以智能制造為代表的先進(jìn)制造技術(shù)是未來的必然發(fā)展方向，也是我國實(shí)現(xiàn)軍民融合的重要手段。

　　一、航天器大型構(gòu)件產(chǎn)品智能制造需求

　　目前，航天器大型構(gòu)件制造中的主要技術(shù)瓶頸可歸納如下。

　　1)大構(gòu)件產(chǎn)品的制造超出現(xiàn)有加工設(shè)備的能力范圍。航天器艙體構(gòu)件尺寸大、重量大、轉(zhuǎn)運(yùn)困難，艙體焊接、組合加工等超過現(xiàn)有加工技術(shù)能力，制造瓶頸日益突出，迫切需要獨(dú)立的、柔性化高智能加工裝備。

　　2)航天器產(chǎn)品制造過程復(fù)雜、工序繁多、任務(wù)繁重，周期性要求緊。航天器大型艙體產(chǎn)品構(gòu)件復(fù)雜、種類繁多，且具有較差的繼承性。隨著我國航天器產(chǎn)品需求量攀升，造成了航天器制造業(yè)研制任務(wù)大幅增加的局面，迫使裝備的研制周期大為縮短。

　　3)大構(gòu)件產(chǎn)品制造過程柔性、自動(dòng)化水平需要提升。鑒于艙體大尺寸構(gòu)件特性，其研制過程多為人工參與，易造成裝備的一致性差、品質(zhì)不穩(wěn)定。同時(shí)，多環(huán)節(jié)裝配過程對工人技能依賴大，人力占用多，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、產(chǎn)能不足。因此，需要高度自動(dòng)化、智能化的裝備提升產(chǎn)品質(zhì)量可靠性及生產(chǎn)效率。

　　4)生產(chǎn)過程多變，生產(chǎn)管控難度大，數(shù)據(jù)采集的完整性和及時(shí)性要求高。生產(chǎn)過程中大量存在設(shè)計(jì)更改、工藝變更、計(jì)劃調(diào)整等現(xiàn)象，且零件種類眾多，產(chǎn)品加工工藝路線不同，制造周期長短不一，管控難度大。生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)物與數(shù)據(jù)信息缺乏有機(jī)關(guān)聯(lián)，難以及時(shí)形成產(chǎn)品數(shù)據(jù)包。

　　5)車間物料齊套及時(shí)性要求高。單元化生產(chǎn)模式導(dǎo)致工序轉(zhuǎn)運(yùn)距離長，對物料及時(shí)齊套要求高，以滿足車間任務(wù)功能多樣化、多型號并行、研制周期短等要求。

　　大型構(gòu)件的民用產(chǎn)品有很多，如高鐵大型構(gòu)件、船舶大型構(gòu)件等，它們的智能制造需求同航天器大型構(gòu)件類似，探討航天器大型構(gòu)件智能制造技術(shù)的研究與應(yīng)用，促進(jìn)相應(yīng)的技術(shù)方法和軟硬件系統(tǒng)的形成，對軍用技術(shù)向民用領(lǐng)域推廣具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

　　二、航天器大型構(gòu)件智能制造探索與實(shí)踐

　　智能制造是制造技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)、智能技術(shù)及新一代信息技術(shù)的交叉融合，面向產(chǎn)品全生命周期具有信息動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)優(yōu)化分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行控制的功能，旨在高效、優(yōu)質(zhì)、清潔、安全地制造產(chǎn)品、服務(wù)用戶的制造模式。利用多種傳感系統(tǒng)獲取制造過程中實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息和數(shù)據(jù);通過高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)傳遞、存儲(chǔ)和分析;根據(jù)分析的結(jié)果，按照設(shè)定的規(guī)則或積累的知識(shí)通過人工智能方法做出判斷和決策;最后，再將結(jié)果反饋到制造過程，完成精確調(diào)整和處理。圍繞智能制造的感知、決策、控制及執(zhí)行一體化特征，結(jié)合航天器大型構(gòu)件體制造特點(diǎn)及技術(shù)瓶頸，以航天器大型構(gòu)件制造數(shù)據(jù)服務(wù)為中心，重點(diǎn)從制造裝備智能、車間物流智能、生產(chǎn)管控智能、工藝設(shè)計(jì)智能等方面突破智能制造技術(shù)的研究與應(yīng)用，建設(shè)一條管控全面信息化、物流配送精準(zhǔn)化、作業(yè)高度自動(dòng)化、決策智能化的制造脈動(dòng)生產(chǎn)線。如圖1所示為航天器大型構(gòu)件智能制造技術(shù)體系框架。

　　圖1 航天器大型構(gòu)件智能制造技術(shù)體系框架

　　1.智能工藝設(shè)計(jì)

　　基于MBD模型打通全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的信息流，構(gòu)建工藝設(shè)計(jì)智能化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與工藝仿真應(yīng)用的深入融合，從模型引入、工藝資源匹配、工藝智能決策、工藝資料數(shù)字化傳遞到加工及檢測結(jié)果反饋的全過程智能化管控。

　　圖2 航天器大型構(gòu)件智能工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)

　　如圖2所示為航天器大型構(gòu)件智能工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過模型智能比對工具，輔助設(shè)計(jì)與制造雙方的會(huì)簽協(xié)同，提高模型檢查效率。重點(diǎn)服務(wù)于面向車間現(xiàn)場智能裝備的構(gòu)件化智能工藝規(guī)劃和管理。既有的模型實(shí)例及與模型相配套的工藝實(shí)例被作為知識(shí)存儲(chǔ)與維護(hù)在工藝規(guī)劃系統(tǒng)內(nèi)。利用航天典型產(chǎn)品的相對相似性與穩(wěn)定性，通過檢索參數(shù)、特征或幾何構(gòu)件等信息，關(guān)聯(lián)查詢到可復(fù)用的工藝文件，在此工藝文件的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整，以滿足新模型的工藝設(shè)計(jì)需求。在編制工藝過程中，支持關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、資源、工廠研制能力等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)的權(quán)限、版本、配置及流程管理，利用現(xiàn)有典型工藝、工序、工步等標(biāo)準(zhǔn)化模板知識(shí)，提高工藝編制效率。最終，實(shí)現(xiàn)面向智能裝備的工藝信息輸出，為智能裝備的運(yùn)行提供技術(shù)支持。構(gòu)建基于三維環(huán)境構(gòu)建虛擬仿真環(huán)境，為加工仿真、裝配仿真、數(shù)字工裝、工廠布局仿真優(yōu)化提供了技術(shù)保障;實(shí)現(xiàn)工藝的智能化工裝協(xié)同設(shè)計(jì)，提高工裝設(shè)計(jì)效率和重用率。

　　2.智能生產(chǎn)管控

　　以數(shù)字化生產(chǎn)管理體系為支撐，研究數(shù)字化車間智能管控技術(shù)。通過考慮航天器大型構(gòu)件智能數(shù)字化車間設(shè)備能力，以主生產(chǎn)流程模型為驅(qū)動(dòng)，以多源信息感知網(wǎng)絡(luò)采集的過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為輸入，并實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)監(jiān)控，研究多品種生產(chǎn)作業(yè)，多因素?cái)_動(dòng)背景下的智能排產(chǎn)與優(yōu)化調(diào)度，以高效運(yùn)轉(zhuǎn)等相關(guān)性能指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，得到航天器大型構(gòu)件智能數(shù)字化車間完整高效的運(yùn)轉(zhuǎn)方案，并實(shí)現(xiàn)虛擬化仿真驗(yàn)證。如圖3所示為智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)功能構(gòu)件圖。

　　圖3 智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)功能構(gòu)件圖

　　為提高制造周期，研究以計(jì)劃驅(qū)動(dòng)的物資配送技術(shù)、精細(xì)化管控技術(shù)、數(shù)字化標(biāo)識(shí)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。智能生產(chǎn)管控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)物料快速定位及追蹤，縮短物料準(zhǔn)備周期，降低運(yùn)輸和管理成本，而且能夠?qū)崿F(xiàn)從宏觀到微觀、從整體到細(xì)節(jié)、宏觀微觀結(jié)合的型號產(chǎn)品進(jìn)度監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，還能夠基于條碼或無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品、物料、托盤和包裝箱等車間生產(chǎn)要素的數(shù)字化標(biāo)識(shí)、快速定位和信息查詢。

　　(全文見《衛(wèi)星應(yīng)用》201801期)