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航天智能工厂的“十八般武艺”
发布时间:2021-01-29 作者: 信息来源: 八院

近日,上海市召开智能制造推进工作大会,授牌首批20家“上海市智能工厂”,149厂依托航天器复杂构件制造获得授牌。航天器复杂构件智能工厂以航天复杂构件生产研制过程为核心,开展了智能工厂总体设计,围绕“制造装备国产化、智能化,制造过程数字化、网络化”的总体目标,持续推进国产高端数控装备、机器人、增材制造装备、传感与控制系统等研究与应用,不断夯实智能制造的基础条件。

工艺设计数字化,打通生产制造“上下游”

在智能工厂的建设中,149厂以数据为核心,构造以“ERP+PDM+MES+大数据”为核心的信息系统,打通工艺、生产准备、制造、交付、管理等过程数据流。

149厂把“数字化工艺设计”作为了第一根“硬骨头”,基于八院中心域实现上下游相关业务数据的跨域预审、会签、发放等;建立标准体系及知识库,并与上下游企业协同,完成了MES等系统的建设及升级优化,实现了设计制造协同、基于模型的三维结构化工艺设计、生产过程透明管控和以项目为主线的集成运营管控。在此基础上构建企业大数据平台,推动制造智能与运营智能分析决策,为企业运营管理和生产管控提供决策支持。

MES系统为例,149厂将生产制造管理融入到工艺设计前端,打破原有按照设计文件编工艺的方式,工艺从关键参数、参装件、检验全面实现结构化;结合企业精益管理理念,构建全厂统一的MES系统,规范车间现场作业流程,建立产品加工全过程监控体系,实现生产透明化管控能力。研制人员可以通过MES系统搭建的自动检测设备实施记录现场数据,构建质量数据包系统,建立全闭环的产品质量追溯体系,提升产品检验检测效率,提高质量管理效率。

2020年,长征五号系列运载火箭助推器生产过程中正式运用了该系统的支持,在总装现场实现了“一站式“柔性装配生产线的建立,形成了全流程贯穿的高效益生产模式,总装时间缩短了1/6。

生产过程智能化,提升结构件整体制造能力

149厂通过系统集成、智能改装、自主研发等方式,形成了系列自主知识产权、面向航天复杂构件制造的智能化装备和生产线,其中构建了贮箱箱底整体充液拉深成形、贮箱特种焊接生产线、航天器舱体结构智能铆接等,有效提高生产效率和产品质量,提升我国航天器结构件的整体制造能力。

在运载火箭箭体结构中,每个贮箱两端两个半球状的底面被称为火箭的“皇冠”,它们的整体式加工制造一直被视为国际性难题。149厂智能工厂围绕如何保证“皇冠”既能消除焊缝,又保证强度,同时兼具美观和实用,开展了长达七年的研制历程。

面对成形装备、加工工艺、成形模具、生产配套设施等多方面的挑战和限制,团队通过多轮方案迭代,先后形成了超大容积流体成形控制系统、超宽板材辊底式固溶热处理设备等产线建设,推进了“一体轻量化”整体成形产品化,实现了产品化的生产流程、去任务化的产品配套,从单件生产走向了产品组批生产的模式,形成了运载火箭三米级整体箱底全流程制造布局,形成了生产过程智能化的“专属生产模式”,以单件成形时间计算,整个过程被缩短到了1小时之内,产品的壁厚分布更为均匀,抗拉强度也比原始板材提高10%以上。

制造装备自动化,实现箭体产品精准制造

近年来, 149厂一个个崭新的智能装备座落在各个厂房里,有应用于贮箱整体制造的航天大型复杂结构件特种成套制造装备,有应用于生产中的低温贮箱绝热层喷涂与打磨装备,还有应用于总装现场的运载火箭柔性自动装配设备,智能化设备的成功研制及运用标志着智能工厂建设的初步成效。

149厂瞄准我国运载火箭批量化生产的迫切需求,以运载火箭贮箱生产焊接制造为例,团队针对火箭箭体大型贮箱及铆接舱段制造的关键工艺流程,用数控搅拌摩擦焊替代了人工熔焊、用数控自动静压钻铆替代手工冲击钻铆、用数控箱体总装对接车装焊一体化制造替代多工序多工位加工,自主研制了五套具有数字化、智能化、多工艺原位集成、多工序复合加工和节能环保特点的火箭箭体成套数控制造装备和制造工艺。该智能装备荣获了国家科技进步二等奖,首次实现了火箭舱段车装焊一体化精密装配和自动化精密钻铆。

如今,149厂依托于“工艺设计智能化”“生产过程智能化”与“制造装备自动化”的智能装备逐步实现升级优化,运营成本逐步降低,生产制造、物资管理等效率提升

随着智能工厂建设的开展,149厂将“工艺设计数字化”“生产过程智能化”与“制造装备自动化”的思维融入到服务生产制造的前端建设,深入构建“工业互联网平台”,逐步发展“业务上云、数据上云”的互联网应用生态,实现装配流程驱动的可视化装配场景。今后,149厂将继续推动从任务化的工厂向产品化、模块化、自动化、智能化的智能工厂转型,逐步形成面向航天器复杂构件智能制造新模式,满足航天制造全产业链的智能化要求,为拥有先进制造技术及国产高端装配的型号应用做好充分的准备。

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