智能制造作为一种新的制作模式已经成为制造业未来的发展方向，而制造业是军民融合的典型领域。为了满足航天器大型构件产品智能制造需求，本文提出一种航天器大型构件智能制造技术体系框架，探索研究了智能工艺设计、智能生产管控、智能物流与仓储、智能制造装备等关键技术，并将相关技术推广应用于其他民用制造领域，为我国军民融合的发展积累了成功案例。
“工业4.0”提出通过建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，使德国成为新一代工业生产技术的供应国和主导市场，提升其全球竞争力;《中国制造2025》旨在实现制造业转型升级和跨越发展，改变我国制造业“大而不强”的局面。通过深入实施《中国制造2025》，推进军民深度融合，走出一条成功的军民融合之路。世界各国在制造业领域采取的一系列措施均表明以智能制造为代表的先进制造技术是未来的必然发展方向，也是我国实现军民融合的重要手段。
一、航天器大型构件产品智能制造需求
目前，航天器大型构件制造中的主要技术瓶颈可归纳如下。
1)大构件产品的制造超出现有加工设备的能力范围。航天器舱体构件尺寸大、重量大、转运困难，舱体焊接、组合加工等超过现有加工技术能力，制造瓶颈日益突出，迫切需要独立的、柔性化高智能加工装备。
2)航天器产品制造过程复杂、工序繁多、任务繁重，周期性要求紧。航天器大型舱体产品构件复杂、种类繁多，且具有较差的继承性。随着我国航天器产品需求量攀升，造成了航天器制造业研制任务大幅增加的局面，迫使装备的研制周期大为缩短。
3)大构件产品制造过程柔性、自动化水平需要提升。鉴于舱体大尺寸构件特性，其研制过程多为人工参与，易造成装备的一致性差、品质不稳定。同时，多环节装配过程对工人技能依赖大，人力占用多，导致生产效率低、产能不足。因此，需要高度自动化、智能化的装备提升产品质量可靠性及生产效率。
4)生产过程多变，生产管控难度大，数据采集的完整性和及时性要求高。生产过程中大量存在设计更改、工艺变更、计划调整等现象，且零件种类众多，产品加工工艺路线不同，制造周期长短不一，管控难度大。生产现场实物与数据信息缺乏有机关联，难以及时形成产品数据包。
5)车间物料齐套及时性要求高。单元化生产模式导致工序转运距离长，对物料及时齐套要求高，以满足车间任务功能多样化、多型号并行、研制周期短等要求。
大型构件的民用产品有很多，如高铁大型构件、船舶大型构件等，它们的智能制造需求同航天器大型构件类似，探讨航天器大型构件智能制造技术的研究与应用，促进相应的技术方法和软硬件系统的形成，对军用技术向民用领域推广具有重要的理论意义和实践价值。
二、航天器大型构件智能制造探索与实践
智能制造是制造技术与数字化技术、智能技术及新一代信息技术的交叉融合，面向产品全生命周期具有信息动态感知、实时优化分析、自主决策、精准执行控制的功能，旨在高效、优质、清洁、安全地制造产品、服务用户的制造模式。利用多种传感系统获取制造过程中实时运行状态信息和数据;通过高速网络实现数据和信息的实时传递、存储和分析;根据分析的结果，按照设定的规则或积累的知识通过人工智能方法做出判断和决策;最后，再将结果反馈到制造过程，完成精确调整和处理。围绕智能制造的感知、决策、控制及执行一体化特征，结合航天器大型构件体制造特点及技术瓶颈，以航天器大型构件制造数据服务为中心，重点从制造装备智能、车间物流智能、生产管控智能、工艺设计智能等方面突破智能制造技术的研究与应用，建设一条管控全面信息化、物流配送精准化、作业高度自动化、决策智能化的制造脉动生产线。如图1所示为航天器大型构件智能制造技术体系框架。
图1 航天器大型构件智能制造技术体系框架
1.智能工艺设计
基于MBD模型打通全三维数字化设计制造的信息流，构建工艺设计智能化环境，实现工艺设计与工艺仿真应用的深入融合，从模型引入、工艺资源匹配、工艺智能决策、工艺资料数字化传递到加工及检测结果反馈的全过程智能化管控。
图2 航天器大型构件智能工艺设计平台
如图2所示为航天器大型构件智能工艺设计平台。通过模型智能比对工具，辅助设计与制造双方的会签协同，提高模型检查效率。重点服务于面向车间现场智能装备的构件化智能工艺规划和管理。既有的模型实例及与模型相配套的工艺实例被作为知识存储与维护在工艺规划系统内。利用航天典型产品的相对相似性与稳定性，通过检索参数、特征或几何构件等信息，关联查询到可复用的工艺文件，在此工艺文件的基础上适当调整，以满足新模型的工艺设计需求。在编制工艺过程中，支持关联产品、资源、工厂研制能力等数据，实现对工艺数据的权限、版本、配置及流程管理，利用现有典型工艺、工序、工步等标准化模板知识，提高工艺编制效率。最终，实现面向智能装备的工艺信息输出，为智能装备的运行提供技术支持。构建基于三维环境构建虚拟仿真环境，为加工仿真、装配仿真、数字工装、工厂布局仿真优化提供了技术保障;实现工艺的智能化工装协同设计，提高工装设计效率和重用率。
2.智能生产管控
以数字化生产管理体系为支撑，研究数字化车间智能管控技术。通过考虑航天器大型构件智能数字化车间设备能力，以主生产流程模型为驱动，以多源信息感知网络采集的过程实时数据为输入，并实现同步实时监控，研究多品种生产作业，多因素扰动背景下的智能排产与优化调度，以高效运转等相关性能指标为优化目标，得到航天器大型构件智能数字化车间完整高效的运转方案，并实现虚拟化仿真验证。如图3所示为智能生产管控系统功能构件图。
图3 智能生产管控系统功能构件图
为提高制造周期，研究以计划驱动的物资配送技术、精细化管控技术、数字化标识技术等关键技术。智能生产管控系统不仅能够实现物料快速定位及追踪，缩短物料准备周期，降低运输和管理成本，而且能够实现从宏观到微观、从整体到细节、宏观微观结合的型号产品进度监控和数据分析应用，大幅度缩短了生产准备时间，还能够基于条码或无线射频识别(RFID)技术实现对产品、物料、托盘和包装箱等车间生产要素的数字化标识、快速定位和信息查询。
(全文见《卫星应用》201801期)
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