 围绕面向航空企业的“高档数控机床在梁框肋等典型飞机结构件制造领域的综合示范应用”项目，沈阳精锐数控机床有限公司与沈阳华飞智能科技有限公司携手，根据飞机铝合金复杂结构件加工生产线多品种、变批量柔性加工的特点，开展了零件加工工艺适用性研究，建成了多条以国产加工装备为核心的集成式柔性加工生产线，对加工装备的综合性能及柔性加工生产线的可靠性和稳定性进行了测试验证。 融入飞机复杂结构件数控加工工艺的柔性智能加工生产线，由2台四轴卧式加工中心、2台五轴卧式加工中心、一套生产线中央刀库及刀具机械手、一套生产线物料库及物料机械手组成。通过将4条这样的生产线组合在一起，形成了一个生产线群，名为蚁群柔性加工巢。 柔性加工生产线布局图 柔性加工生产线俯视图 柔性加工生产线右视图 柔性加工生产线左视图 航空复杂结构件柔性智能加工生产线群 该柔性智能加工生产线实现了三国六化一核心：2. 六化包括： （1）装备自动化：机床装备的高端化、加工过程的自动化与智能化、物流的自动化与智能化，以及加工工件自检测的自动化。 （2）工艺数字化：加工工艺的数字化。 （3）生产柔性化：可实现多任务混流并行加工，具有自动排产功能，适应各种加工工艺，能满足多品种、变批量的混流加工要求。 （4）过程可视化：实现加工过程的可视化监控和数字孪生。 （5）信息集成化：加工设备的信息互联互通。 （6）决策自主化：生产管理自决策、生产管控自组织、加工制造过程自执行和设备状况自检测。 3. 一核心（智能生产线的大数据）包括： （1）设备数据信息：生产线中的设备编号、设备名称、设备类别、设备是否可用以及总任务数量、加工完成数、正在加工的数量、未加工数量、完成比例、加工开始时间、加工结束时间、加工耗时、机床刀具数和刀库各库位状态等。 （2）物料数据信息：物料类型编号、物料类型名称、物料材质、物料图号、物料库各库位托盘类型，以及状态和RFID值、物料机械手是否可用、上下料站是否有托盘、对应的托盘RFID号、各托盘位置信息和状态信息。 （3）刀具数据信息：生产线中央刀库、机床刀库、正在加工使用的刀具以及刀具机械手上的刀具信息。具体数据为：刀具所在的位置、刀柄编号、刀柄类型、刀简号、刀长理论值、刀长上下偏差、刀头类型、刀具直径、刀具悬长、刃长、R角、刀具RFID以及刀头理论寿命（h）、刀头预估寿命（h）、刀具长度磨损量和刀具半径磨损量。 （4）设备故障数据信息：设备编号、故障等级、故障描述、报警编号、故障产生时间、故障处理状态和设备故障历史信息。 （5）生产线性能分析数据信息：机床实际开机时间（h）、日历时间(h)、开机率、加工效率数据、加工总件数、加工总时长和机床报警总次数。 （6）生产线动作数据信息（数字孪生的数据源）：动作指令编号、动作指令描述、动作设备名称、动作设备编号、动作开始时间、动作结束时间、动作设备起点坐标信息和终点坐标信息、动作实施对象（刀具或托盘）及实施对象的RFID编号和信息、动作执行情况（成功或失败）。 （7）数控系统内部数据信息：机床运行状态数据，涉及系统开机、关机时间，加工起始、终止时间，报警/故障信息，加工程序文件名，刀具号和刀具参数，当前程序行号，进给速度和倍率，主轴转速和倍率，主轴功率，各轴速度和负荷等；机床运行实时数据，涉及各坐标轴指令位置和跟踪误差、各坐标轴电流数据和误差补偿信息、机床坐标系信息、数控系统控制参数，以及各伺服轴、主轴控制参数、PLC等。 （8）数控机床外置传感器数据信息：机床关键部件的外置传感器的温度、振动和声发射等数据。 该柔性智能加工生产线的主要功能特点为：▶ 2. 混流并行柔性化加工生产管控能力：具有多任务混流并行加工的能力，适合各种加工工艺，满足多品种、变批量的混流加工需求，既适合多品种、小批量的加工模式，也适合少品种、多批量的加工模式。 ▶ 3. 对生产过程故障的容错和并联管控功能：生产线上的数控机床具有联线和脱线加工的能力。处在故障状态或单机打样加工状态（人工控制）下的数控机床，可自动脱线，生产线管控系统暂停对其排产（生产线管控系统依旧保持数据采集和监控状态）加工规划；数控机床连线后，生产线管控系统恢复排产加工规划。 ▶ 4. 生产线大数据库功能：拥有生产线大数据管理库，可对生产线上的生产设备进行大数据实时采集，具有控制指令实时下发功能（双向数据交换），为生产管理和智能化应用的二次开发提供基础条件。 ▶ 5．智能排产调度功能：根据生产计划要求和设备资源状况，自动、实时且动态地安排生产计划，对生产过程进行管控，对资源进行配置。 ▶ 6. 生产线的自动化生产管理功能：生产线自动化控制及管理、生产线设备的可视化监控管理、数控机床的控制及可视化监控管理。 ▶ 7. 生产线的智能化功能：基于大数据的数控系统指令域示波器及数控加工可视化工具、加工工艺优化功能、断刀检测功能、设备健康监控保障功能、刀具寿命管理功能、多种传感器的接口和信息处理及应用功能。 ▶ 8. 数控云管家功能：集中显示生产线群的设备分布图、设备信息管理、设备状态时序图、状态分布时间统计、加工件数统计、机床报警统计、G 代码加工程序管理、机床加工状态监视、机床刀具状态和参数信息、机床开机时间/运行时间统计、机床故障持续时间统计、机床产量统计、机床或生产线的运行时间排名、产量排名、不同产品产量统计等。 ▶ 9. 生产线中数控机床的主轴利用率＞80%，单机数控机床加工的主轴利用率20%～40%。 针对多品种、小批量的生产模式，该柔性智能加工生产线的功能如下：▶ 2. 生产线加工工艺文件包编制及管理。 ▶ 3. 生产线大数据采集和管理。 ▶ 4. 生产线自动化控制及管理： （1）加工工艺包与工单信息的导入； （2） 生产线智能排产调度； （3）生产线的刀具管理与调度控制； （4）生产线的物料管理与调度控制； （5）生产线中数控机床、刀具机械手和物料机械手的自动化控制。 ▶ 5. 生产线状态的可视化监控管理。 ▶ 6. 生产线的MES管理系统。 ▶ 7. 生产线的智能化控制功能。 该柔性智能加工生产线的工作流程为：▶ 1. 生产线的管控系统根据工单和加工工艺包的要求，对生产线中的资源管理（加工设备、刀具和物料）自动进行生产排产动态规划，依据该规划自动调配加工资源（加工设备、刀具、物料和加工程序）至目标数控机床，并自动控制数控机床的运行，保障数控机床的均衡生产。 ▶ 2. 生产线的物料机械手根据工单和加工工艺包的要求，通过生产线的物料线边库自动抓取/存放工件，保障数控机床的连续运行，提高主轴的有效工作时间和主轴利用率（单机数控机床加工的主轴利用率：20～40%，生产线的数控机床主轴利用率＞80%）。 ▶ 3. 生产线设有线边物料立体库（即缓冲区），保障机床加工准备区的工件能持续地供给和取出。一旦工件（托盘）进入生产线的物料线边库，即自动启动生产排产动态规划，保障机床加工的连续性。 ▶ 4. 生产线设有中央刀库，中央刀库含200～500把刀，同时，每台数控机床还自有含20把刀的刀库。生产线的刀具机械手根据工单和加工工艺包的要求，通过生产线的中央刀库对数控机床的自有刀库进行自动配置，并对数控系统的刀具参数进行自动设置，保障数控机床加工的柔性化、自动化和智能化，保障生产线具有小批量、变品种的加工模式。 ▶ 5. 所有数控机床均为并联布置，各数控机床之间相互独立，无工序承接关系，不用停机就可以同时加工不同种类的零件或同一种类零件的不同工序，保障了小批量、变品种、订制化和个性化的工件得到高效自动化的连续生产（相比之下，如果为串联生产线，则在更换工件规格品种的初期和结尾，需停机等待上下工序的交替，导致小批量、变品种、订制化和个性化生产的待机时间太长），且单机发生故障时，其他机床不用停机，生产进度不间断，整体生产进程不受影响。 ▶ 6. 配有工件/托盘身份识别系统，能自动识别工件的规格种类，记录工件的加工状态，并根据实际生产状况自主安排、自主调度工件的加工顺序，优化工件的加工流程；根据工件种类/工序，安排自动更换加工程序及刀具，使加工流程更合理、顺畅，保障生产线无人值守功能的实现（关灯加工生产模式），节省人力成本。 ▶ 7. 刀具管理系统具有刀具寿命管理和刀具断刀检测功能：寿命已到或断刀的刀具，自动撤离数控机床，新刀具自动替补至数控机床，保障了生产线无人值守功能的实现（关灯加工生产模式），节省了人力成本。 ▶ 8. 物料管理系统具有工件、夹具和托盘的三级误差自动补偿功能，具有同一托盘在不同数控机床上进行上料时的误差自动补偿功能，保障了生产线无人值守功能的实现（关灯加工生产模式），节省了人力成本。 ▶ 9. 生产线的管控系统根据工单和加工工艺包的要求，具有在线工具测量和刀具测量功能，保障了生产线无人值守功能的实现（关灯加工生产模式），节省了人力成本。 ▶ 10. 生产线配备集中排屑系统，可以将切屑及时运送出加工区，最大程度地节省了人力成本。 ▶ 11. 物料上下料站具有双工作位，具备双上、双下和一上一下的功能。刀具上下刀站，实现了在整个生产线和所有数控机床上集中上下刀具的功能。 ▶ 12. 生产线管控系统自动对物料库的库存物料进行排产规划和加工生产管控。 |
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