“智慧工廠(chǎng)”的提出、發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，為傳統(tǒng)的制造型廠(chǎng)商提出了新的發(fā)展方向。通過(guò)清楚掌握資源運(yùn)轉(zhuǎn)流程，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性，減少人工堆生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行的干預(yù)、及時(shí)準(zhǔn)確地采集工廠(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)編排等，達(dá)到提升航空制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力及提高生產(chǎn)效率的目的。智慧工廠(chǎng)的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)技術(shù)創(chuàng)新的支持和信息技術(shù)的應(yīng)用。

    先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)是當(dāng)代航空制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)。我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展壯大，給航空制造業(yè)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展空間和機(jī)遇。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工企業(yè)高端數(shù)控裝備明顯增加，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)量也顯著提升。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜化、幾何尺寸趨于大型化、基體材料趨于多樣化，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。于此同時(shí)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織管理、資源協(xié)調(diào)調(diào)度的效率和控制方法，已經(jīng)難以滿(mǎn)足產(chǎn)品發(fā)展對(duì)生產(chǎn)能力的需求。

    在這樣的背景下，經(jīng)過(guò)多年信息化與工業(yè)化的融合建設(shè)，我國(guó)航空制造數(shù)控加工技術(shù)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如，以特征技術(shù)為基礎(chǔ)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)技術(shù)、智能化CAPP技術(shù)、車(chē)間級(jí)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度技術(shù)、分布式的DNC技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)及專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)等有了很大的提高。

    但是，與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，特別是與以德國(guó)、美國(guó)、日本為代表的制造業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，在高端數(shù)控機(jī)床、智能化工藝技術(shù)、先進(jìn)物流體系及數(shù)字化管控平臺(tái)建設(shè)等方面尚有差距。因此，如何依靠信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的融合，進(jìn)一步提升我國(guó)航空制造企業(yè)的自動(dòng)化水平，以及人與物、人與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)質(zhì)的提高，是我國(guó)航空制造業(yè)必須思考和經(jīng)歷的智慧工廠(chǎng)之路。

    航空制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    1  以數(shù)字化為核心

    數(shù)字化制造是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融合、發(fā)展和應(yīng)用結(jié)果。對(duì)制造企業(yè)而言，各種信息均以數(shù)字形成通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)傳遞。在虛擬現(xiàn)實(shí)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)等多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃與重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能的仿真、加工過(guò)程和生產(chǎn)組織過(guò)程的仿真，或完成原型制造，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的快速重組與對(duì)產(chǎn)品需求的快速響應(yīng)。

    2  以自動(dòng)化為基礎(chǔ)

    隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，“自動(dòng)化”技術(shù)已從單純的自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)辨識(shí)，發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)、自修復(fù)等更高的自動(dòng)化水平。自動(dòng)控制的內(nèi)涵與技術(shù)水平也已在控制理論、控制技術(shù)、控制系統(tǒng)、控制元件等方面得到了的全面發(fā)展。通過(guò)可靠的自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控裝備、車(chē)間物流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)展運(yùn)行模式升級(jí)，以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程柔性、高效、智能化的需求。因此，自動(dòng)化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。

    3  以集成化為措施

    現(xiàn)代航空制造數(shù)控加工企業(yè)的集成，是融合了機(jī)電一體化技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)、智能加工技術(shù)、先進(jìn)工藝技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)的有機(jī)體系。它打破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工段、工藝技術(shù)、信息處理、輔助資源等單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的模式，將加工企業(yè)作為一個(gè)有機(jī)整體將生產(chǎn)信息、生產(chǎn)功能、生產(chǎn)過(guò)程等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)變，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

    4  以網(wǎng)絡(luò)化、智能化為道路

    制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化是航空制造數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展的必由之路。依靠成熟的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，新型的虛擬制造組織已經(jīng)完成了諸如A380、Boeing787、F35等先進(jìn)民用、軍用飛機(jī)的制造，虛擬制造組織內(nèi)部的各企業(yè)致力于各自的核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以及資源優(yōu)化動(dòng)態(tài)組合與共享。智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)既是智能和技術(shù)的集成而形成的應(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬的人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，同時(shí)完成信息和數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展，支撐龐大的制造工廠(chǎng)的智慧化運(yùn)行。航空制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)圖如圖1所示。

    行業(yè)現(xiàn)狀

    作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱工業(yè)，航空制造業(yè)已經(jīng)成為決定國(guó)家發(fā)展水平的最基本因素之一。以美國(guó)、德國(guó)為代表的世界領(lǐng)先工業(yè)國(guó)家紛紛制定了相應(yīng)的制造業(yè)發(fā)展計(jì)劃，來(lái)支持其工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)際金融危機(jī)后，美國(guó)提出經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必須回歸實(shí)體經(jīng)濟(jì)，因此，將“再工業(yè)化”作為重塑競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要戰(zhàn)略，使美國(guó)制造商致力于制造業(yè)里最高端、最高附加值的領(lǐng)域，全力強(qiáng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)。德國(guó)設(shè)計(jì)的“工業(yè)4.0”概念，提出了以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，認(rèn)為智能工廠(chǎng)是構(gòu)成未來(lái)工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵特征，這一戰(zhàn)略將推動(dòng)德國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型以及整個(gè)德國(guó)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。我國(guó)也制定了《中國(guó)制造2025》發(fā)展規(guī)劃，在重視轉(zhuǎn)型升級(jí)之外，還有工業(yè)化、信息化“兩化深度融合”，大力支持對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和人民生活休戚相關(guān)的數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備、航空裝備、海洋工程裝備與船舶、汽車(chē)、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略必爭(zhēng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展。近年來(lái)，在航空制造數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，開(kāi)展了有效的先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)和數(shù)值模擬與仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)過(guò)程幾何特征的精確仿真。在航空難加工材料大型結(jié)構(gòu)件的加工中，已經(jīng)綜合應(yīng)用專(zhuān)用高速刀具、高速切削技術(shù)、切削過(guò)程物理仿真優(yōu)化技術(shù)、機(jī)床運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程的高速、高效、平穩(wěn)和無(wú)人工干預(yù)。

    在高端數(shù)控機(jī)床的智能化應(yīng)用和維護(hù)領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件和結(jié)構(gòu)部件傳感器優(yōu)化布置、機(jī)床運(yùn)行專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化運(yùn)行、狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、誤差自動(dòng)補(bǔ)償、機(jī)床故障預(yù)警及狀態(tài)維護(hù)等技術(shù)的工程化應(yīng)用，顯著提升了機(jī)床運(yùn)行效率。特別是在車(chē)間級(jí)數(shù)字化管控等方面取得了階段性成果，建立了車(chē)間制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution Systems，MES）、分布式數(shù)字控制系統(tǒng)（Distribution Numerical Control，DNC），并通過(guò)管理駕駛艙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工廠(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)的顯性化實(shí)施監(jiān)控，具備了良好的工廠(chǎng)數(shù)字化基礎(chǔ)。