淺談建設航空智慧生產線的思考論文

　　隨著IC技術的快速發展,使小型化、輕量化的航空智慧感測器成為可能,在此基礎上,提出一種智慧感測器網路技術,該技術的應用可優化和改良現有的航空資料採集網路,減輕飛機的電纜重量,便於測試。以下是小編今天為大家精心準備的：淺談建設航空智慧生產線的思考相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　淺談建設航空智慧生產線的思考全文如下：

　　【摘要】：智慧生產線將先進工藝技術、先進管理理念整合融合到生產過程,實現基於知識的工藝和生產過程全面優化、基於模型的產品全過程數字化製造以及基於資訊流物流整合的智慧化生產管控,以提高車間/生產線執行效率,提升產品質量穩定性。

　　【關鍵詞】： 智慧製造;數字化製造;生產線建設;生產過程;質量穩定性;整合控制;製造資料;決策規則;人工智慧技術;排產;

　　智慧生產線將先進工藝技術、先進管理理念整合融合到生產過程，實現基於知識的工藝和生產過程全面優化、基於模型的產品全過程數字化製造以及基於資訊流物流整合的智慧化生產管控，以提高車間/ 生產線執行效率，提升產品質量穩定性。

　　智慧製造是全球製造業發展的趨勢，智慧製造系統作為智慧製造技術的整合應用環境，目前已成為主要工業發達國家提早佈局的重點。德國提出“工業4.0”概念，美國也推出工業物聯網、互聯企業等類似概念，其主要特徵都是智慧和物聯。根據德國“工業4.0”描繪的美好前景，在現代智慧機器人、感測器、資料儲存和計算能力成熟後，現有工廠將能通過網路把供應鏈、生產過程和倉儲物流智慧連線起來，真正實現生產過程全自動化、產品個性化、管理智慧化。

　　工業4.0 描述的智慧工廠系統完全不同於傳統的工廠自動化系統，智慧工廠採用面向服務的體系架構，在生產現場層面使用物聯網技術;在控制級採用資訊物理融合生產系統***CPPS***技術;上層的監控管理層級連線到安全可靠和可信的雲網絡主幹網，採用服務網際網路的方式提供服務。

　　我國製造業也將智慧製造作為新一輪產業技術變革的主要方向，致力於構建自己的智慧製造產業體系。智慧裝備、智慧工廠等未來生產手段和方式將廣泛替代傳統的生產方式。建立符合航空產品生產特點的智慧車間/ 生產線，可以有效提升產品的質量穩定性和生產效率，並滿足多品種、小批量、柔性化生產需求。

　　生產線概述

　　生產線是按物件原則組織起來，完成產品工藝過程的一種生產組織形式。隨著產品製造精度、質量穩定性和生產柔性化的要求不斷提高，製造生產線正在向著自動化、數字化和智慧化的方向發展。生產線的自動化是通過機器代替人蔘與勞動過程來實現的;生產線的數字化主要解決製造資料的精確表達和數字量傳遞，實現生產過程的精確控制和流程的可追溯;智慧化解決機器代替或輔助人類進行生產決策，實現生產過程的預測、自主控制和優化。

　　產品製造過程涉及物料、能源、軟硬體裝置、人員以及相關設計方法、加工工藝、生產排程、系統維護、管理規範等。生產線配備的工藝裝備與生產的工藝要求相關，通常有加工裝置、測量裝置、倉儲和物料運送裝置，以及各種輔助裝置和工具。自動化生產線需配備機床上下料裝置、傳送裝置和儲料裝置以及相關控制系統。在人工智慧技術的支援下，通過提升資訊系統與物理製造過程的互動程度，形成智慧化生產線系統，實現工藝和生產過程持續優化、資訊實時採集和全面監控的柔性化可配置，是製造業未來發展趨勢。

　　航空生產線主要按專業劃分並組織生產，分為機加生產線、裝配生產線、鈑金生產線、復材生產線等，目前不管是工藝方法、工藝裝備還是資訊化環境等都與智慧化存在較大差距。主要表現在: 工藝方法存在經驗試錯現象，熱成形、塑性變形、切削加工等製造過程中工藝方法和工藝引數的選擇以經驗為主，模擬計算的能力和工程化水平較低;工藝裝備的感測器部署和智慧決策規則尚不健全，不具備工況的感知和實時處理能力;機器人的整合應用水平低，大量危險和勞動強度大的工作仍然由人完成;生產管控能力不足，導致生產線柔性不足、整體執行效率低下。

　　智慧生產線架構與傳統生產線相比，智慧生產線

　　的特點主要體現在感知、互聯和智慧3 個方面。感知指對生產過程中的各種不同型別資料的感知和採集，並進行實時的監控;互聯指生產線所涉及的產品、工具、裝置、人員互聯互通，實現資料的整合與交換;智慧指在大資料和人工智慧的支援下，實現製造全流程的狀態預知和優化。

　　建設智慧生產線需實現工藝的智慧化設計、生產過程的智慧化管理、物料的智慧化儲運、加工裝置的智慧化監控等。圖1 為智慧生產線方案架構的示意圖。智慧生產線由3 層架構組成，製造資料準備層實現基於模擬優化和製造反饋的工藝設計和持續優化，主要針對製造過程的工藝、工裝和檢驗等環節進行規劃並形成製造執行指令;優化與執行層實現生產線生產管控，包括排產優化、生產過程的整合控制、線上測量與質量管理以及物料的儲運管理;網路與自動化層實現生產線自動化和智慧化裝置的執行控制、互聯互通以及製造資訊的感知和採集;基礎平臺的核心是提供基礎資料的一致性管理，各層級系統間資料整合及裝置自動化整合;使能技術指支撐智慧生產線建設和智慧化執行的使能基礎技術;工業物聯網技術是構建智慧生產線網路化執行環境的關鍵，基於該技術構建的工業物聯網實現產品、裝置、工具的互聯互通，並提供網路化的資訊感知和實時執行監控環境;大資料技術用於對製造過程產生的海量製造資料的提取、歸納、分析，形成一套知識發現機制，指導製造工藝和生產過程的持續優化;智慧分析基於工藝知識、管控規則分析，監控來自工藝、生產和裝置層級的問題，進行預測、診斷和優化決策。

　　智慧生產線關鍵技術智慧製造的核心是資訊物理融

　　合***CPS***技術，其中的“資訊”指演算法、3D 模型、模擬模型、工藝指令等能夠通過網路訪問和收集到的資料和資訊，其中的“ 物理”指在生產系統中的人、自動化模組、物料等物理工具和設施。智慧製造的目的就是要為製造系統構建完整的生產與資訊的迴路，使得製造系統具有自我學習、自我診斷、自主決策等智慧化的行為和能力。

　　智慧生產線將先進工藝技術、先進管理理念整合融合到生產過程，實現基於知識的工藝和生產過程全面優化、基於模型的產品全過程數字化製造以及基於資訊流物流整合的智慧化生產管控，以提高車間/ 生產線執行效率，提升產品質量穩定性。實施智慧生產線，需要解決生產線規劃、工藝優化、生產線智慧管控、裝備智慧化和生產線的智慧維護保障等關鍵技術。

　　1 生產線建模模擬技術

　　生產線作為一種特殊的產品，也有自己的生命週期，包括設計規劃、建設、執行維護和報廢。其中生產線的設計規劃直接關係到後續生產線的執行能效。在生產線規劃時，應結合產品物件的工藝要求進行相關裝置、物流及各種輔助設施的規劃建模與模擬執行，對產品生產流程、每臺裝置的利用率、生產瓶頸等進行分析評估。生產線建模的細化程度、每道工序的時間估算、裝夾等人力時間的計算以及物料工具的配送方式等都影響模擬評估的結果。

　　2 基於模擬計算和製造反饋的工藝設計技術

　　航空產品的加工和成形工藝複雜，工藝技術的改進及工藝引數的優化對於產品的製造精度和質量穩定性有決定性作用。在產品試製階段進行工藝、工裝、檢驗的規劃設計時，大量工藝引數和變形補償基於經驗資料和工藝試驗來確定，造成研製週期長、成本高昂、質量穩定性差等問題。究其原因，一方面，產品製造工藝過程的幾何模擬及物理模擬技術還不能滿足工程應用;另一方面，沒有對製造過程的歷史經驗資料進行系統分析和提煉，工藝經驗資料庫和決策規則不成體系、碎片化，不足以支援工藝的智慧化設計過程。基於經驗知識、模擬計算和製造反饋的工藝設計技術，可提高工藝設計的精細化程度，降低人為因素的影響，實現工藝設計過程的規範程度和設計效率，並形成持續改進的工藝優化機制。

　　3 生產線的智慧化管控技術

　　智慧化生產線的執行具有柔性化、自適應、自決策等特點，生產線的智慧化管控包括智慧排產、物料工具的自動配送、製造指令的即時推送、製造過程資料的實時採集處理等。支援智慧化生產的決策規則的定義、決策依據的準確實時採集是智慧化生產線正常執行的基礎;基於生產線資源佔用情況、生產計劃的執行反饋情況以及生產計劃調整而進行的動態化生產排程排產是保證生產線正常執行的前提。對於自動化程度較高的生產線，生產過程中人機的協同，如物料的配送、裝夾、工序檢驗等這些可能的人工環節與裝置自動化生產環節的協同與整合是保證準時生產的關鍵，而生產環節的防錯及質量保證措施，線上檢測的智慧化、檢測資料的實時準確採集處理等措施可以有效提升生產效率和質量。生產線智慧管控系統除了要實現生產線物料、人員、裝置、工具的整合執行與資訊流、物流的融合，還要實現與車間級資訊系統、企業級資訊系統的資訊互動與整合。

　　4 工藝裝備的智慧化技術

　　智慧裝備的特點是將專家的知識和經驗融合到生產製造過程中。工藝裝備不僅本身需要具備感知決策和精準執行能力，同時工藝裝備的智慧化整合應用水平也有著舉足輕重的作用。深度感知是裝備智慧化的首要條件，基於感知資訊的分析決策是體現裝備智慧化的關鍵，而支援分析決策過程的計算、推理、判斷和人工智慧技術、專家系統等密不可分;基於感知、決策、執行的閉環控制單元技術是資訊物理系統的精髓。面向航空產品特定需求開發研製智慧化工藝裝備，需要在理清應用環境、產品物件、工藝特點等的基礎上，針對性地研究感測器部署方案、感知資料的採集方案、分析決策機制的構架方法、反饋執行的精準和即時性等。

　　5 生產線的維護保障技術

　　先進的生產線維護保障技術是降低製造成本、增加效益的最直接、最有效的途徑。對於整合度和產能要求更高的智慧生產線，單點的故障和意外停機有可能導致生產線的整體癱瘓，所以智慧化維護技術是未來發展製造服務業的重要方向。生產線的維護保障包括針對單臺裝置的線上監測、故障診斷與預警，也包括針對生產線的整體執行情況的統計、分析、優化等。

　　與傳統維護維修方法相比，智慧維護是一種主動的按需監測維護模式，需要重點解決資訊分析及效能衰減的智慧預測及維護優化問題。因此，按需的遠端監測維護機制和決策支援知識庫是生產線維護保障的基礎技術。

　　開展生產線維護保障技術的研究，除了降低執行故障率，同時也可以對生產線上每臺裝置的使用效率、生產線的瓶頸進行分析，達到提升生產線綜合執行效率的目的。

　　6、結束語

　　實施智慧生產線，需要在借鑑國外智慧製造先進理念的基礎上，結合我國航空製造業現狀，深入開展中航特色的智慧生產線體系架構和執行模式的研究。

　　航空智慧生產線的建設既要有專業特色又要有一定的產品針對性，智慧生產線的建設應以需求牽引，不能盲目追求全自動化和智慧化。物料跟蹤、適應性加工、拉式生產、線上檢測、誤差補償、成形過程實時監控、生產和工藝優化、動態生產管控等將是智慧生產線的建設重點，需根據實際情況有所側重。

　　實施智慧生產線應首先突破共性關鍵基礎技術，在此基礎上進行小範圍示範應用，然後逐步推廣。