進(jìn)入新世紀以來(lái)，信息技術(shù)快速發(fā)展，與工業(yè)化深度融合，其引發(fā)的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢待發(fā)，揭開(kāi)了全球新一輪工業(yè)革命浪潮的序幕。國際上許多國家紛紛推出了利用信息技術(shù)提升制造業(yè)水平的戰略舉措（如德國的工業(yè)4.0、美國的再工業(yè)化等），這些戰略基本都是以“數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化”為特征，推行智能制造以改造傳統工業(yè)并進(jìn)行再工業(yè)化。

構建需求分析
多年來(lái)，我國航空發(fā)動(dòng)機制造企業(yè)將數字化生產(chǎn)線(xiàn)建設作為企業(yè)信息化重點(diǎn)，并初見(jiàn)成效，改變了傳統的生產(chǎn)制造模式，有力保障了科研/批產(chǎn)型號任務(wù)的交付。但根據我國航空發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)多品種、小批量，科研、批產(chǎn)混線(xiàn)生產(chǎn)的特點(diǎn)以及生產(chǎn)線(xiàn)總體水平的現狀，建設具有“數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化”特征（見(jiàn)表1）的智能制造生產(chǎn)線(xiàn)，還需進(jìn)行3 個(gè)方面的改進(jìn)：

（1）制造工藝的進(jìn)步：面向工序的工藝到面向過(guò)程的復合工藝管理。傳統的工藝設計較多關(guān)注了面向工序的關(guān)鍵制造工藝研究，開(kāi)展智能制造需要建立產(chǎn)品、工藝、制造緊密關(guān)聯(lián)的工藝模型；同時(shí)精細工藝，實(shí)現工藝過(guò)程關(guān)鍵因素可監測、可控制、可優(yōu)化；減少對人的經(jīng)驗的依賴(lài)，消除人為影響，知識顯性化、結構化、自學(xué)習、自進(jìn)化，從而促進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)整體能力增效。

（2）信息化發(fā)展：由傳統信息化應用向信息物理融合的一體化軟硬集成體系發(fā)展。通用工具（CAD/CAM/CAE）向以產(chǎn)品對象為專(zhuān)業(yè)化應用核心的專(zhuān)用工具集發(fā)展；系統集成不僅僅要解決IT 工具的集成，更關(guān)鍵的是解決設備聯(lián)網(wǎng)、軟硬集成和相互嵌入；開(kāi)展信息物理一體化建模、標準化、支撐大數據/ 云計算環(huán)境的建立等。

（3）裝備配備的轉變：由傳統工藝流水配置裝備向與智能制造匹配配備。推行智能制造，引進(jìn)機器人，不僅降低人工成本，高度的自動(dòng)化和柔性化更符合智能制造需要，通過(guò)設備聯(lián)網(wǎng)組建智能化裝備集群，逐步推進(jìn)自適應加工，人和機器的融合，探索3D 打印等新技術(shù)，簡(jiǎn)化制造過(guò)程。航空發(fā)動(dòng)機智能制造生產(chǎn)線(xiàn)架構研究

智能制造生產(chǎn)線(xiàn)的內涵
航空發(fā)動(dòng)機智能制造生產(chǎn)線(xiàn)是在繼承傳統數字化生產(chǎn)線(xiàn)基礎上，基于企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和自動(dòng)化制造裝備，引入智能傳感技術(shù)，建設生產(chǎn)線(xiàn)賽博物理系統，旨在提高生產(chǎn)線(xiàn)柔性、快速響應能力及制造能力，適應航空發(fā)動(dòng)機多品種、小批量生產(chǎn)模式帶來(lái)的定制需求挑戰，提高航空發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品研制質(zhì)量和效率。

智能制造生產(chǎn)線(xiàn)主要組成

01.生產(chǎn)線(xiàn)智能管控
建立涵蓋技術(shù)、質(zhì)量、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)綜合管理的生產(chǎn)線(xiàn)指揮調度中心，基于生產(chǎn)線(xiàn)智能決策系統，對生產(chǎn)線(xiàn)運行狀態(tài)及時(shí)掌握，對生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的延期交貨、物料短缺、設備故障、人員缺勤等各種異常情形進(jìn)行快速處理，如圖2 所示。

生產(chǎn)線(xiàn)智能決策系統是基于商務(wù)智能決策技術(shù)建立生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)管理、計劃管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)績(jì)效等智能管理業(yè)務(wù)模型，利用現場(chǎng)服務(wù)總線(xiàn)、分布式存儲和大數據分析技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)線(xiàn)人、機、料、法、環(huán)、測6 個(gè)要素的運行數據，進(jìn)行深入地挖掘與分析，實(shí)現現場(chǎng)管控和智能化決策，進(jìn)而實(shí)現數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化的高效生產(chǎn)模式。

通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)智能管理，可依據人員角色約束為領(lǐng)導、工藝人員、生產(chǎn)計劃人員、設備維護人員等提供定制化的信息共享和交互途徑，從而為生產(chǎn)過(guò)程的精確化和透明化提供決策支持。

02.智能制造技術(shù)準備
智能化的工藝設計：采用基于全數字量表達、MBD 模型的智能識別以及信息獲取和處理能力的工藝設計方法，實(shí)現基于知識驅動(dòng)的決策、優(yōu)化的綜合工藝設計，可對工藝知識、技術(shù)進(jìn)行學(xué)習、積累和演進(jìn)，這是推行智能制造的基礎?；趲缀翁卣鞯闹悄芫幊蹋夯诹慵卣?、工藝知識庫，自動(dòng)選取相適應的加工設備、刀具、工裝等制造資源，自動(dòng)生成零件加工方法、加工軌跡、加工策略，并依據加工設備、刀具自動(dòng)生成基于規則知識庫的優(yōu)化的切削參數，這是生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現自適應加工的關(guān)鍵。

檢測路徑自動(dòng)規劃：利用零件數模實(shí)現基于零件檢測特征的自動(dòng)檢測路徑規劃，對于復雜零件可實(shí)現高精、高速在機測量，準確獲取零件加工表面尺寸、形位公差等，并對檢測結果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋與智能分析。工藝仿真驗證及優(yōu)化：借助加工仿真分析工具，通過(guò)仿真驗證與優(yōu)化，獲取優(yōu)秀的加工工藝方案，基于決策知識庫中的智能決策推送，快速推理預測零件制造工藝缺陷，實(shí)現制造過(guò)程的精準執行。

工藝決策知識庫：建立包括工藝設計、數控加工過(guò)程決策規則等的工藝決策知識庫，結合工藝設計知識、數控加工策略、刀具切削參數、刀具/ 工裝/ 設備/ 機床等制造資源，為工藝設計、數控編程、工藝仿真、檢測、裝配等智能化工藝設計提供有力支撐。

03.智能化生產(chǎn)管理及執行管控
智能化計劃管理：承接ERP 生產(chǎn)計劃，應用優(yōu)質(zhì)排程技術(shù)，滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)多品種、小批量、計劃變化頻繁的需要，并通過(guò)實(shí)時(shí)分析生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)進(jìn)度的匹配情況，在異常情況發(fā)生時(shí)（如設備宕機、物料短缺等）進(jìn)入自動(dòng)運算模式，對當前的任務(wù)隊列進(jìn)行動(dòng)態(tài)排產(chǎn)，更大程度地降低生產(chǎn)變化對計劃的影響和沖擊。智能化制造執行：通過(guò)生產(chǎn)現場(chǎng)信息終端，生產(chǎn)工人能夠知道做什么、怎么做、用什么做、做的怎么樣的一體化管理；一些典型數控加工零件基于工況的工藝快速決策和在機過(guò)程檢測可進(jìn)行自適應加工；生產(chǎn)管理人員通過(guò)智能管控平臺可及時(shí)了解生產(chǎn)現場(chǎng)運行情況，如圖3 所示。在生產(chǎn)現場(chǎng)終端上，工人通過(guò)掃描身份識別條碼，能夠自動(dòng)獲取班產(chǎn)派工任務(wù)，同時(shí)也可以瀏覽工藝規程相關(guān)信息，接受派工任務(wù)后，數控加工代碼自動(dòng)傳輸到機床上。準時(shí)化物料配送：通過(guò)對生產(chǎn)計劃與物料的關(guān)聯(lián)管理，自動(dòng)化送料設備在需要的時(shí)間將物料送達需要的地點(diǎn)。

物料自動(dòng)裝夾：通過(guò)PLC 控制搬運機器人將上線(xiàn)工位上的零件搬運至加工工位，智能工裝實(shí)現自動(dòng)定位、裝夾，零件加工完畢后進(jìn)行智能檢測，并由搬運機器人完成零件的下料操作。

智能檢測：通過(guò)獲取識別后的零件待檢特征自動(dòng)生成測量主程序，確定測量軌跡、測點(diǎn)數目、測點(diǎn)布局，對測量過(guò)程產(chǎn)生的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補償，完成測量主程序與被調用宏程序的發(fā)送及測點(diǎn)坐標信息的接收；基于數控機床在線(xiàn)檢測仿真，分析測頭與待測部位接觸點(diǎn)位置信息，并通過(guò)仿真對檢測路徑進(jìn)行檢查，修正程序錯誤后繼續加工。其中加工過(guò)程是基于數控機床上的零件機內檢測，實(shí)現加工過(guò)程中，自感知加工余量，自適應調整下一步加工余量，保證加工穩定性和加工質(zhì)量。

04.硬件及基礎條件
（1）智能制造裝備。智能生產(chǎn)線(xiàn)中的智能裝備主要包括智能機床、智能機器人、智能控制裝置及系統、智能物流系統、傳感識別及信息采集裝置和智能加工單元等，對制造過(guò)程中運動(dòng)、功率、扭矩、能量、信息等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并基于預制規則進(jìn)行自主決策與自適應控制。主要包括專(zhuān)用嵌入式控制單元等智能核心部件，實(shí)時(shí)狀態(tài)監控、健康檢測、故障診斷等實(shí)時(shí)運行監控方法，基于測量反饋的多軸加工、基于力感知的加工和定位智能化執行單元，知識建模、智能決策支持系統等。

（2）智能加工單元。智能設備的運行邏輯包括狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策和精準執行4 個(gè)環(huán)節。其中，狀態(tài)感知環(huán)節可以實(shí)現對運動(dòng)狀態(tài)、I/O 狀態(tài)、力/ 熱狀態(tài)和工件狀態(tài)等的動(dòng)態(tài)監測；實(shí)時(shí)分析環(huán)節可以實(shí)現對感知到的狀態(tài)信息進(jìn)行分析，實(shí)現對位置偏差、I/O 異常、異常工況和工件誤差等的分析計算；自主決策環(huán)節根據分析結果做出處理決策，實(shí)現位置補償、工況分析、參數調整、加工指令調整等自主的處理決策；在精準執行環(huán)節基于決策結果實(shí)現相關(guān)的控制。智能設備的運行過(guò)程是4 個(gè)環(huán)節的循環(huán)過(guò)程作用的結果。以智能設備為基礎，建立以智能設備為核心的包含智能輸送線(xiàn)、搬運機器人、智能加工設備、智能工裝、智能檢測設備等的自動(dòng)化加工柔性單元，采用二維碼、RFID、嵌入式終端系統等技術(shù)，將生產(chǎn)線(xiàn)上的物料、設備、工裝、人員、數據等進(jìn)行身份標識，在物料裝夾、儲運等過(guò)程中，對身份自動(dòng)識別、匹配、運行。

（3）智能倉儲與物流系統?；贏(yíng)GV/RGV 系統、碼垛機、物流機器人以及立體倉庫等建立智能倉儲與物流系統，實(shí)現倉儲優(yōu)化調度、物料出入庫管理、庫存管理等，實(shí)現物流系統在智能工廠(chǎng)內部的安全、高效、精確運轉。

（4）企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。在符合安全保密要求的前提下，搭建企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現設備及系統互聯(lián)互通，支撐產(chǎn)品、工藝、設備、測量?jì)x器等各種指令及數據的傳遞和采集。

目前需攻克的關(guān)鍵技術(shù)

我國航空發(fā)動(dòng)機制造企業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，數字化制造技術(shù)應用取得了長(cháng)足發(fā)展，但是與國際先進(jìn)航空制造業(yè)相比仍有差距，打造智能制造生產(chǎn)線(xiàn)還有一些關(guān)鍵技術(shù)有待突破，主要表現在：