合作研究开发的模式,加速了现代航空企业先进技术的开发应用,轰六某型机、ARJ21飞机和A320系类机翼机盒的工装研制全面采用了数字化设计制造技术,大幅提高了大型工装的协调性和精确性。成飞公司从20世纪80年代开始,围绕数字化综合集成开展了大量的工作。通过开展集成化数字化制造工艺设计技术(CAD/CAPP/CAM)、突破高效数控加工技术、开发车间制造执行系统(MES)、开展工程数据库建设与应用技术研究、加强数字化制造基础等项目研究,建立了数字化车间环境,实施数字化制造技术,使该型飞机共300多项数控结构零件,从工艺准备到全部交付仅用了6个月时间,配套周期显著缩短,突破了新机研制的瓶颈。
中国的航天技术虽然位于世界前列,在众多技术研究领域处于世界领先水平,但制造业较薄弱,装配技术落后,自动化水平低,大多数生产环节仍以劳动密集型的人工操作为主。尽管精密的数字化加工中心、自动化生产设备、自动化柔性装配系统等先进设备正被越来越多的采用,但大多依赖国外进口,国内的数字化生产的总体水平比较落后。目前,国内导弹产品的加工、装配、检测系统大多是独立分散的,对应的各个环节的作业也是单独进行,数字化集成程度不高,不适合批量化、自动化的生产需求。
90年代开始,航天企业与各研究院所、高校联合开展了战术导弹数字化制造系统的应用研究,从最初单纯的数控加工设备和CAM技术引进和应用,到CAD/C舢WCAPP/CAE一体化/数字化车间,再到ERP、PDM的集成,国内航天企业数字化的研究和应用正
在逐步地探索和应用,主要有以下几个方面:
(I)数字化技术得到研究和应用。航天产品研制过程中单项数字化技术已经普遍应用,CAD、CAM、CAE、CAPP等技术应用较好。如2ll厂近几年从中国航天的战略高度出发进行了型号产品集成制造系统顶层设计规划,进行结构调整和资源整合,在计算机集成制造、单元制造、全员生产维护(TPM)等模式上进行了深入的研究。在数字化基础上形成制造资源集成、制造过程集成和制造现场集成三大能力,同时与型号设计单位进行跨域协同,具备了共享产品数据、产品数据更改管理和产品数据转换的能力。
3航天产品制造系统得到创新和改进
航天企业近十年来在AVIDM集成信息管理系统、OA办公自动化系统、CAPP计算机辅助工艺设计系统的开发和集成应用等方面取得的成果,大大推动了航天企业的数字化水平,成为航天产品研制中主要的工程数据管理平台。应用新的数字化手段促进了航天企业对内部生产系统的思索和创新研究。如529厂经过对生产系统模式的分析,从结构化要素和非结构化要素两大类八大要素入手,实施了以单元化和信息化为核心的生产系统完善和改进。7103厂为应对快速增长的中国航天发射任务,在车间的可视化控制、数字化建设方面进行了积极的探索,使生产制造领域的产品研制数据管理和过程管理与产品设计过程相辅相成,实现多级计划协同管理功能;开展分布式数控网络系统建设,实现数控设备网络化通讯和生产工艺管理、设备资源管理和数控加工设备动态控制,将工艺、数控加工程序和生产制造紧密结
合,提高了涡轮泵生产线的整体制造能力。
(3)PDM系统的应用提升了数字化水平。
航天集团空间技术研究院、运载火箭技术研究院等各科研院所相继开展了产品数据管理系统的研究与应用,集成CAD/CAM/CAE、CAPP、OA等多种应用系统,大大改善了传统信息管理模式,以产品为核心,实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理,有效、实时、完整地控制整个产品生命周期的各种复杂的数字化信息。
2国内外技术水平差距
国内航空、航天制造业虽然单项数字化技术已得到普遍应用,但对整个系统而言,产品整机、部件的全面数字化设计、制造、信息集成管理还未得到广泛应用,达不到真正意义上完整型号的全面数字化。从总体上来说,我国航空航天制造业的信息化水平相比发达国家还比较低。主要表现在:
(1)制造系统的信息传递缺乏快速有效的协调和沟通手段,各企业内部的数字化系统集成的功能和范围有限,各厂所数字化技术发展水平较为分散、独立,数字化技术还没有经历一个完整的型号研制过程的全面应用验证,未形成有效的数字化设计制造体系。
(2)目前的组织体系造成了航天产品设计与制造分离。产品开发还保持串行模式,与制造系统之间的信息交流存在一定障碍,生产和工艺准备周期长,技术状态更改繁复。
(3)数字化技术基础薄弱,技术应用发展不平衡。主要表现在技术基础滞后,缺乏有效的数字化信息资源,数字化应用与开发能力不
强,基础设施不配套。同时企业内部各厂所的发展也存在制造水平不平衡的问题,即使在同一厂所,不同专业之间也存在明显的差距。这种状况制约了航空、航天产品的研制和整体配套能力。
(4)航空航天在数字化工厂模式的发展上差距较大。主要表现在企业在向数字化工厂模式转变过程中,面临着更多的问题和难以解决的矛盾,在生产线规划、制造工艺规划、物流协调等诸多方面均存在先进制造技术与软件技术的制约。
4模具数字化设计制造技术应用展望 1 模具 MBD 技术呈加速推广之势
MBD 技术是用集成的三维实体模型来准确、完整、规范、有效地表达产品定义信息的方法,产品的制造信息和设计信息都附着在三维综合化模型中。
为迎接国际航空市场激烈的竞争与挑战,国内航空企业也正逐步使用 MBD 技术指导产品设计。但与国外发达航空企业相比,仍然存在较大差距,主要体现在 MBD 技术没有贯穿产品的全生命周期,模具设计部门传统的以二维图纸为主的现状没有改变,己逐渐成为数字化设计制造的瓶颈。
为了实现三维综合化模型在模具设计制造部门内得到全面应用,就必须研究模具 MBD 模型的定义与管理技术。
2 数字化柔性模具设计制造技术在航空企业得到逐步推广 由于蒙皮零件有着批量小、品种多、生产周期短的特点,如果蒙皮成形用多个独立的实体拉形模,则研制周期长、模具制造成本高,
柔性多点模具的出现解决了这一问题。典型柔性模具即蒙皮拉形多点 模具由高度可调的基本体群,即组成模具的多个小冲头,采用电气系统控制,依据蒙皮型面数据生成系统计算的冲头高度,进行精确的高度调整,根据需要组合形成一定模具型面的模具系统,见图 8。
与传统工艺方法相比,柔性模具优点如下:可数字控制并定位模块化的真空吸盘立柱,生成与蒙皮装配件曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵;蒙皮外形变化,工装外形和布局可自动调整;实现精确切边,保证零件互换、避免装配中二次修边,同时减少了过去的实体切割样板、化铣样板。
3 以塑代钢,增加数字化制造便捷性,提升模具使用性能 在数字化设计的拉形模等模具上已逐步采用可切削塑料代替普通环氧树脂或钢质工作型面,既使模具工作型面的加工质量和效率提高,又提升了产品的成形质量。
4 模具设计制造向绿色化发展
目前 , 在航空制造企业,模具设计制造有更高的环保要求,即向绿色化方向过渡,许多模具已不符合新时期的发展要求而显得过时,落压模就是其中之一。落压模曾经因为具有结构简单、制模周期短的优点,一直作为飞机口框等复杂形状产品零件的主要成形模具得到使