发动机智能制造研究与实践

GXF360 2019-11-03

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航空发动机部件材料的耐高温水平越来越高，超高温合金材料和尖端制造技术不断突破，使得发动机性能不断提升。随着新型整体结构和精密、高效和低成本制造技术迅速发展和应用，航空发动机（见图1）性能越来越高。

(2)临时库到标准库。标准库是标准结构的数据库，它是完全参照地籍数据库的标准来创建的，建库的起始工作大都在标准库中进行，所有数据的内容必须参照标准库的要求完成转换。按照地籍数据库的标准创建标准库，将非标准格式的数据转换成为严格的国标数据，SuperMap很好地解决了这一问题，利用数据转换模型功能，先将临时库中的数据和标准库一一对应，再将处理好的数据导入到标准库中。

1. 航空发动机智能制造主要特征

智能制造包括网络化、数字化和智能化3个核心要素，其中网络化是基础，数字化是手段，智能化是方向。通过本地网络环境、支持不同设备间“数在线”链接及数据流动，建立协同系统。特征表现为能力单元动态配置和优化，是实现本地资源集成，实现产品生产生命周期各个阶段集成和模型贯通的手段。另一特征表现为制造过程模型化，定义制造的产品、过程和资源模型，通过仿真、分析和优化，实现机器驱动代码的自动生成。采用模型驱动的方法，通过虚拟环境中的仿真和优化，指导物理环境中的制造过程，实现生产过程的自适应化，延展自主化能力，提高自适应程度。

综上，融合发展的目标在于建构命运共同体，包括利益攸关的经济共同体、相互认同的社会（文化）共同体、互信包容的政治（安全）共同体［8］，以夯实反分裂工作的基础。

智能制造通过动态感知、全面感知、检测生产线设备以及产品的实时运行状态，对获取的实时运行状态数据进行及时、快速的分析，即实时分析。自主决策，按照设定的规则，根据分析结果，自主做出判断决策，精准执行决策，控制产品、设备和生产线的运行，实现自适应调整。

图1 国外先进航空发动机

图2 智能数控机床

2. 智能数控机床

数控系统的开发创新，对于数控机床智能化起到了极大的推动作用。智能机床（见图2）能够对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化和控制。智能数控设备的主要功能包括：全面感知、检测生产线、设备以及产品的实时运行状态。主要功能包括自动检查机床零点和几何精度、系统检测各轴状态、连续自动的检测辅助时间和碰撞保护系统等。

通过这些措施，常见的停机原因，如碰撞、精度偏差、漏油或漏气以及灰尘或腐蚀等可以检测出来，可以在机床真正停机或加工出废品之前采取措施。同时具有工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析和实际加工负荷监视等功能。产品加工将全程自动化，全自动化物料输送物流能力下，产品工艺路线将比传统工艺路线缩短75%左右，将使生产线实现智能化管控。

田卓听完汇报也很兴奋，鼓励大家再努力一把，争取在两个月之内，就给这个活动画上一个完美的句号。临散会的时候，田卓还专门安排高潮说，高先生，你该提前做新的项目策划了。从田卓的话音里，高潮可以感觉出她对自己的策划能力认可了，心里的兴奋又陡增了几分。

3. 智能刀具管理

机械加工是智能制造的主战场！90% 的零件材料去除加工仍然是依靠切削加工来完成。

在零件加工过程中将加工刀具、加工参数和走刀路线在程序中设定并固化。在零件的加工过程中，无人控制、无人换刀以及无人测量，是数控机床高智能化加工的完美体现。

机械加工中刀具的质量寿命尤其重要。刀具的质量寿命是刀具使用过程中，即在精加工条件下，能够保证表面质量标准的刀具有效切削时间。对于刀具来说，只有刀具质量寿命稳定才能在智能化制造中发挥作用。

加工现场配备带有刀具管理软件的专用刀具柜，可简易地经由触摸屏的操作，方便地提取刀具、返还刀具以及管理刀具。可通过更方便高效地进行刀具消耗品的分发、管理，达到减少刀具使用成本、减少机床停机时间、提高生产效率以及方便库存管理等目的，从而实现智能化刀具管理。

SMAP卫星[3]是NASA于2015年1月31日成功发射人类首颗用于“土壤水分主被动观察卫星”。SMAP卫星天线采用周边桁架式可展开机构，外圈是通过平行四边单元组成，通过改变对角线长度来实现机构的整个天线收拢展开，展开口径达6 m(图2)。

4. 智能制造与自适应加工

目前的零件切削加工制造过程中所用的刀具多数为通用半通用刀具，无感知反馈能力，性能得不到充分利用，加工过程的可控性差。在生产准备以及零件加工过程中人工干预较多，加工效率一般。刀具磨损快、效率低导致加工成本较高。加工过程不稳定，各零件的一致性较差。加工过程信息的获取和控制还不能实现自动化。刀具状态监控方面，刀具折断和磨损、切屑缠绕等无法提前预见，刀具寿命对于经验的依赖性更强。

在自适应监控系统方面，新一代的自适应监控系统可以实时检测刀具使用状况，并具有过载保护、冲击保护和自适应加工的功能。对于加工过程监控做到实时、准确，极大减少空切削时间。

自适应加工系统的特点：自动实时识别零件加工过程的异常情况，确保加工过程稳定；减少加工风险，降低生产成本；提质增效。可以记录加工过程的实时状态，保护整个加工系统，延长刀具的质量寿命。提高加工过程的安全性和机床的稳定性，实现高效加工和无人值守。

在使用自适应加工系统前机床操作人员主要通过查看机床负载、听加工时的声音，目测零件切削加工中排屑是否通畅，感受机床振动是否增大。这样做的最大缺点是：人为观察和判断有可能不及时、准确度不高，无法对加工效果做出正确评估。

自适应控制系统通过检测机床主轴的负载，采用专家系统对采集的主轴负载信号和相应的刀具以及材料进行分析处理，调整数控设备的进给速度，使数控设备处于最佳的工作状态。

为了找出相同听力水平班级和不同听力水平班级在主测1和主测2中的平均分数是否存在显著不同，所有原始数据都进行独立样本T检验和配对样本T检验。数据统计结果如表2和表3所示。

使用自适应加工系统可以准确判断零件加工异常，快速发送警告或暂停机床指令，有效评估刀具寿命，自动显示换刀提醒。在程序设定的基础上根据材料性能特点及实际零件余量自动调整切削参数。

刀具磨损自动进给调节：技术人员针对刀具情况设定进给速度，在加工过程中刀具逐渐磨损、主轴的负荷会逐渐增加，自适应系统每隔一定时间测量一次实时功率，专家系统根据刀具的磨损情况自动调节进给速度，以满足加工中主轴负荷恒定的要求。刀具的切入、切出过程以及材料的余量变化都会对零件和刀具产生冲击，自适应系统可以对刀具和工件进行有效的冲击保护。当刀具在切入工件的一瞬间，自适应系统会根据负载的大小降低进给速度，并且持续一段时间后恢复到合理加工状态。自适应系统通过降低进给速度，减小因刀具碰撞所带来的损害，达到延长刀具质量寿命的目的。

加工过程优化：在加工过程中，系统要对进给量进行实时测量、调整，避免切削力过大或突变对刀具和工件造成冲击，降低机床颤振，保证机床精度。同时使零件的加工表面颤纹减小，提高加工零件的表面质量，缩短加工时间，真正达到提质增效的目的。可以促进部分工序达到无人值守的水平，为零件加工工艺优化提供实时数据支持，使零件的加工质量及效率得到提高。