柔性制造系统在航空制造领域的应用研究

柔性制造系统在航空制造领域的应用研究

左文宝 韩志斌 张睿刘煜 李许飞

陕西省汉中市航空工业陕西飞机工业有限责任公司  陕西省汉中市723213

摘要：在航空制造领域，充分发挥柔性制造系统功能，做好航空零部件生产加工制造作业，需要构建柔性生产线，量化柔性生产程序，编制相关程序，做好航空零部件加工测控工作，正确运用自动化加工工艺。本文将简单分析柔性制造系统在航空制造领域的应用方案，希望能为航空机械零件加工作业提供参考与借鉴。

关键词：柔性制造系统；航空制造领域；应用方案；航空机械零件

航空设备结构组合复杂，对零部件的精密性、安全性、牢固性、可靠性与轻量化的要求非常高，航空机械设备工作的环境也非常恶劣。确保飞机的安全质量，做好航空机械零件加工生产作业，需要建立柔性制造系统。本文将简单分析航空机械零部件的特征，并从建立柔性生产线，做好在线检测工作，启用自动化加工工艺，做好航空零部件加工测控工作等四个方面浅谈柔性制造系统在航空制造领域的应用方案。

一、航空机械零部件的特征

从整体上分析，航空机械零部件有三大特征：第一，品种多，批量小。航空设备组合有数万个不同类型的零部件，在壳体类、轴类与壁板类机械中均有安装应用。随着中国航空事业的迅速发展，飞机的型号更新也很快，这样使得航空机械零部件的生产批量比较小，刚性生产线自然无法满足这些零部件的生产需求，因此，要启用灵活性良好的柔性生产线。第二，机械零部件结构复杂，加工制造工作难度高。飞机组合零部件构成复杂，对零部件的承力与轻量化性能的要求很高，所以会导致机械零部件加工作业的难度很大，在具体加工制造过程中，必须谨遵标准要求，严格选用刀具、机床和夹具[1]。第三，机械零部件的尺寸精度要求极高。确保航空安全，延长飞机使用寿命，优化飞机性能，必须严格做好组合零部件加工作业，充分确保机械零件的尺寸精度。简而言之，航空机械零部件对尺寸精度的要求非常高，公差很小，在加工作业中，必须充分确保加工工艺的一致性与高精度。

二、柔性制造系统在航空制造领域的应用方案

（一）建立柔性生产线

发挥柔性制造系统在航空制造领域的应用价值，首先要建立可行的柔性生产线，将航空机械零部件加工流程纳入到自动柔性生产控制系统中，对柔性生产系统控制功能进行全面优化[2]。其次，需要建立柔性生产管理平台，设置五项基本功能模块：其一，管理定制模块。该模块主要用于为航空机械零件加工生产工作提供完善的管理配置，同时，能够完成日志管理作业，对界面风格进行合理配置。其二，生产模拟功能模块。运用该模块能够建立直观化模型，对机械零部件的加工生产流程进行全面模拟，确保零件尺度精准化。其三，数据管理功能模块。运用该模块可以对航空机械设备零件加工生产信息实施全面收集、分析、整理、存储与应用，确保机械零部件加工作业的顺利完成。其四，内置工作流引擎功能模块。运用该模块能够对航空机械零部件加工流程实施全面控制，促进加工环节的紧密衔接，收集好各项信息，通过信息配置来判断零件加工尺寸是否符合高精度要求。其五，报表管理模块。该模块能够对航空机械零件加工数据进行集中展示，做好零件尺寸参数的标准化设计作业，同时，对航空机械零部件的制造数据标准进行统一，搭建完整的数据模型，不断优化航空机械零件制造数据管理系统，满足小批量生产工作需求。再次，要注意改善机械液压传动系统，该系统组合主要包括五部分：其一，液压动力元件；其二，系统执行元件；其三，辅助元件；其四，系统控制元件；其五，所需要的工作介质。液压动力元件以液压泵为主要设备，它能够将原动机机械能顺利转化为液压能，从而为液压系统持续提供充足的动力。目前，选用变频调速液压泵可以有效改善节能质量。部分航空零件属于飞机液压传动系统组合部件，因而，在机械液压传动系统应用设计中，要控制好系统参数，一般来讲，在液压泵的参数控制中，要将排量控制到34.7mL/r（毫升/转），液压泵的转速为1500r/min（转/分），将液压泵的流量控制为44.24mL/min（升/分），工作压力为7MPa，液压泵的计算压力是9.1MPa，液压泵的额定压力是10MPa。对于液压缸，需要将油缸的缸径控制为150毫米，活塞杆的直径为80毫米，油缸的行程为400毫米，油缸压力控制为88.51KN，油缸的推速度是2.5m/min（米/分），油缸的拉速度是3.5m/min（米/分），推出油缸的时间是9.59秒，拉回油缸的时间是6.86秒。在油箱配置工作中，需要根据实际需求，选定容积系数，其参数范围通常是一般液压的3到6倍，是冲压锻压的6到12倍，油箱的容积是265.46L。管道的容积是3.69L，内径为15.33毫米，管内的许用流速是4m/s（米/秒），油管总长是2000毫米。另外，提升航空机械液压传动系统运行效果，必须配置好过滤器，维护系统设备清洁。需要注意的是，过滤器的使用效果和液压油液的质量关系紧密，尽最大努力避免油液污染问题，必须重视改善过滤器的使用性能，配置高性能的液压过滤系统，从而使液压系统内外部的污染物得以减少，不断提升油液的清洁度，避免发生系统泄露问题。当前液压系统内部所使用的油液是由多种化学物质共同组成，其中含有大量的化学杂质，在设备安装以及使用过程中，如果没有及时进行清理，必然会使机械液压传动系统元件上附着大量的塑料铁屑和金属涂层材料，一旦直接掉入液压油缸内，就很有可能导致整个液压油系统被严重污染，因此必须及时做好相关清洁工作。需要注意的是，在储存和运输液压油的过程中，外界污染物有可能会侵入到油箱中，对此，必须全面做好安全防护管理工作，避免受到污染。在液压燃油进入燃气系统之前，需要经过液压过滤器的过滤，以此减少杂质对液压系统内部的污染。

（二）做好在线检测工作

确保航空机械零部件加工精度与安全质量，必须在运行柔性生产线的过程中，做好零件产品加工在线检测工作，首先要实现校对自动化，执行补偿加工程序，结合实际需求，为机床配备机内对全面性检测系统，该系统分为四个子系统：第一，刀仪检测系统；第二，接收器检测系统；第三，测头系统；第四，刀具方位检测系统[3]。运行全面性检测系统，能够对机床的精度实施自动校正，准确检测零件的安装情况，自动设置好零件的中心，对零件产品的尺寸进行自动测量，并做好自动清洗工作。与此同时，做好在线检测工作，必须编辑相应的宏程序，确保柔性生产线上机床具备九项集成功能：第一，机床精度的自动化校对功能；第二，零件安装流程自动化监控功能；第三，零件中心自动化设置管理功能；第四，刀仪自动化校对功能；第五，刀具直径、长度参数自动化检测功能；第五，刀具磨损自动化补偿功能；第七，主轴过载自动化保护功能；第八，零件成品精度自动化检测功能；第九，零件自动化清洗功能。其次，要严格遵循异常性负载检测原理。在自动化加工运行期间，如果存在异常现象，该原理会在原机床系统的基础上做好异常性负载检测功能开发作业，发挥SERVO GUIDE这种软件的自动化测定功能，对正常加工作业下的负载参数进行准确检测，按照实际需要设定好如果发生碰撞或者出现刀具破损等异常负载条件下的预警参数，自动化控制系统也会结合负载自动判断出异常负载条件，及时发出报警信息，这样控制机床能够迅速达到自我停机保护的作用。从生产应用试验来看，如果发生了碰撞，柔性制造系统会自动实施1ms的监视工作，使机床停止时间得以缩短，系统会对施加到电机上的外力干扰负载转矩进行自动化计算，同时做好1ms的外力干扰负载转矩监视作业，及时进行基于异常负载检测的电机停止处理工作。紧接着，系统会将外力干扰负载转矩数据传输给系统生产及物料控制窗口，设定异常检测水平，通过启用生产及物料控制端应用程序和生产及物料控制梯形程序来保护机床，并运用数控软件来提高产品加工精度，改善刀具状态监测设备功能。再次，在航空机械零部件加工过程中，要注意控制好零件装配孔尺寸的公差精度，谨遵设计图纸与尺寸公差设计参数，做好起落架扭力臂零件的反复加工作业，严格进行检测，并予以高精度的补偿。与此同时，要注意优化柔性生产线系统软硬件配置，改善机床精度自我校对调整功能，满足机床生产刀具长度自动化检测、机械零部件尺寸自动化抬刀、零件中心自动化检测、自动化检测补偿加工、零件装夹自动化检测以及刀具破损、异常碰撞自动停机工作需求，不断提高航空机械零部件柔性加工质量与效率。

（三）启用自动化加工工艺

启用自动化加工工艺，确保航空机械零部件柔性加工质量，要依次做好以下工作：

1、做好编码设置工作。每一种可行的机械产品柔性制造工序加工排序方案均可由一个粒子来指代，这些粒子能够将多个工件的编号设置为一列，工件编号能够多次出现，同一个工件编号所出现的总次数代表这一工件的工序总数。如果有多个可供选择的加工设备，就需要对编码进行补充，用以表示所选择的设备编号。

2、设置初始化种群。在具体调度过程中，某航空机械制造企业为了避免产生无效粒子，会采取对范围实施限制、随机生成整数限制范围以及启发式规则，这样能够生成更为散落的种群，进一步提升算法的搜索准确率和时效性。

3、做好解码工作，准确计算适应度。在生成粒子后，在调度工作中，需要通过解码将粒子纳入甘特图中，运用甘特图所呈现的信息来预测完工时间，准确计算负载率和粒子的适应度。

4、做好粒子更新工作。某航空机械制造企业会结合竞争规则，对两组粒子进行比较分析，让胜利的一方进入下一代产品，对于失败的一组粒子，就要对其进行更新后再进入下一代。同时，会结合实际效果，制定科学的粒子保留方案，实现种群多样性[4]。

5、满足终止条件。在这一步，需要设置最大迭代次数和最小粒子的方差，这样才能终止算法。

此外，优化柔性生产线，做好自动化生产加工作业，提高航空设备机械零件产品生产加工精度与效率，必须紧密结合飞机型号和零件性能需求，不断创新零件加工生产方式，制定自动化生产程序，着重优化柔性制造系统。在新时代背景下，科技发展迅速，柔性生产工艺更先进，航空机械产品加工工艺流程也步入了自动化与智能化。在具体加工作业中，需要配合使用人工智能，运用先进的制图软件绘制零件结构图，按照图纸做好各种零部件加工设计作业，充分确保零件产品的精度与质量，尽可能延长零部件的使用寿命。

（四）做好航空零部件加工测控工作

做好航空零部件加工测控工作，理应发挥传感器技术和虚拟仪器技术的作用，通过配置智能化传感器、电磁传感器和超声波传感器等了解航空机械设备零件加工生产流程信息。不可忽视的是，为了准确获取航空零件加工信息，则必须做好传感器的安装工作，避免传感器安装位置不当和松动。同时，需要对仪表实施准确定位，控制好传感器的精度，结合航空机械零件产品加工生产工作状况，发挥不同传感器的作用。在运用虚拟仪器技术开展航空零部件加工测控工作期间，需要以计算机网络技术为支撑，深度融合符合标准要求的测控数据信息，充分运用测控系统增强航空零部件加工生产测控力度，提高测控质量与交互性水平，确保柔性生产系统的安全运行。在应用虚拟仪器技术时，工作人员需要根据实际状况和工作需求，选用最佳测控模式，借助精密仪器获取最精准的测控数据信息，全面掌握柔性生产线的工作状态，确保柔性制造系统的安全运行。

结束语：

综上所述，优化柔性制造系统在航空制造领域的应用方案，首先要建立可行的柔性生产线，将航空机械零部件加工流程纳入到自动柔性生产控制系统中，对柔性生产系统控制功能进行全面优化。在航空机械零件加工过程中，要注意做好在线检测工作，发挥自动化加工工艺的作用，通过运行全面性检测系统对机床的精度实施自动校正，准确检测零件的安装情况，自动设置好零件的中心，对零件产品的尺寸进行自动测量，并做好自动清洗工作。另外，要做好航空零部件加工测控工作，合理运行柔性制造系统，不断提高航空机械零部件加工精度与质量。

参考文献：

[1]罗松保，张建明.航空航天制造技术及设备的现状与发展趋势［J］.制造技术与机床，2018（6）：5-7.

[2]高丽,徐克林,杨娜娜.多品种柔性生产企业的订单调度模型及其遗传算法[J]. 数学的实践与认识,2021,42(21):154-161.

[3]范牧昌，李玲.柔性制造系统中刀具管理系统的研究［J］.现代机械，2021（3）：40-42.

[4]徐震浩,周畅,张凌波等.柔性作业车间的成套订单调度问题[J].华东理工大学学报(自然科学版),2020,46(01):58-67.