运载火箭智能制造标准体系架构及实践_梁丹.pdf
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1、航天标准化2022 年第 4 期运载火箭智能制造标准体系架构及实践梁丹刘苏(首都航天机械有限公司,北京,100076)文摘:标准化是推动智能制造科技发展与实施强有力的工具,为推进运载火箭智能制造,基于国家智能制造标准体系架构,结合运载火箭研制特点,搭建运载火箭智能制造标准体系框架,据此开展数字化生产线试点项目即数字化生产线标准制定,为航天制造向智能制造转型升级提供先行示范。关键词:运载火箭;智能制造;标准体系;体系架构;标准化。专业实践近年来,发达国家已纷纷实施“再工业化”战略,全球产业竞争格局面临大调整、大变革和大发展;我国正加快实施“中国制造2025”战略,着力构建新型制造体系。同时,各种
2、先进理念和先进技术层出不穷,如何与制造业务相结合,实现“两化”(信息化和工业化)融合的落地实施,实现智能制造,制造企业面临着巨大的机遇与挑战。“航空航天装备”是“中国制造2025”十大重点领域之一,航天智能制造需要实现贯穿企业协同层、车间层、控制层、设备层等不同层面的纵向集成,以及涵盖航天产品从设计、制造、服务的端到端集成。本文在“智能制造、标准先行”的共识下,通过开展运载火箭智能制造标准体系研究,使用标准指导实现复杂系统间的数据识别与采集、横向业务流程的贯通、异构系统间的集成等工作1。1运载火箭研制生产特征1.1运载火箭的制造特点运载火箭的贮箱、壳段、整流罩等大型薄壁连接结构,在装配、焊接、
3、铆接等方面的技术难度较大。同时,火箭需要在严苛的空间环境下飞行,要求产品具备很高的制造精度,对产品质量要求严格。在产品的研制生产过程中,大量的新结构、新材料、新技术、新工艺、新装备被采用,需要采用更加先进的集成制造技术和创新管理方法来确保产品研制。运载火箭生产为多品种单件或小批量生产,随着任务形式的不断深化,呈现出多型号并举、研制与批产并存的生产特点。研制产品需快速响应,批产任务需按要求完成,是典型的离散式制造模式。同时,由于配套产品的品种多、零件数量多,生产部门分布在不同的地区,生产组织具有跨地域、跨专业、跨单位的大协作特点。目前,运载火箭采用三维IPD(集成产品开发)协同研制技术,逐步打破
4、专业、部门界限,改变了原来按专业和部门职能管理的研制模式,满足多专业三维协同设计的实际需要,实现数字化条件下的设计制造一体化协同研制2。1.2运载火箭智能制造面临的问题和挑战1.2.1生产模式面临的问题目前运载火箭制造采用的是单件小批量、多品种多型号混线生产模式,这种模式的运载火箭制造过程存在生产装备的适应性问题、生产排程的精细管控问题、物资配给的效率问题等。往往使得运载火箭制造企业面临制造效率低下、投入资源浪费严重、质量管控难度较大等难题。9-DOI:10.19314/ki.1009-234x.2022.04.003航天标准化2022 年第 4 期运载火箭智能制造标准体系架构及实践 梁丹/刘
5、苏1.2.2质量与可靠性保障面临着巨大考验在面临更为复杂的航天装备系统制造、更为先进的技术指标要求和大幅度缩短的研制周期等挑战时,产品质量与可靠性保障面临着巨大考验。有必要通过工业化和信息化的深度融合,以及制造过程的传感、监控、互联互通等工业互联技术的应用为未来航天产品品质溯源和可靠性提供有效途径。1.2.3生产的不均衡性带来的制约航天技术快速发展,产品更新的速度越来越快,新产品研发的周期大幅缩短,产品生产的批量成数量级的增加,新研产品大量涌现,批产数量日益增加,传统的制造模式、布局方式难以适应新时期航天任务形势,成为航天快速发展的制约。2运载火箭智能制造标准体系2.1标准体系结构设计“智能制
6、造、标准先行”,加快研究并推进智能制造的标准化工作,是实现智能制造的重要技术基础。中国工业和信息化部及国家标准委发布的 国家智能制造标准体系建设指南 从生命期、系统层级、智能功能等3个维度建立了智能制造系统架构,并 建 立 了 包 括“A基 础 共 性”“B关键技术”“C行业应用”等3个部分的标准体系结构3,结合运载火箭制造模式特点,根据国家智能制造参考模型,笔者分析运载火箭智能制造标准体系建设与其他领域的差异。a)生命周期维度:运载火箭的生命周期基本涵盖了设计、生产、物流、销售和服务等活动,但其要求与民用领域有较大差异。b)系统层级维度:在单元层、企业层级运载火箭领域与国家通用要求差距不大,
7、优先选用成熟的通用控制系统。但基于产品的制造特点、制造模式和应用需求,在设备层、车间层和协同层级,涉及柔性数字化制造单元、智能装备等,有一定的特色性。c)智能功能维度:运载火箭领域对制造设备和生产资源的需求具有明显的特点。例如针对航天产品自行研制的专用工装,由于信息安全的要求,采取的互联互通技术手段以及融合共享技术与民用领域相比存在一定差异4。此外,目前运载火箭系统集成目标侧重在智能生产线、数字化车间的实现,智能工厂属于偏长远的目标。2.2标准体系框架综合国家智能制造系统架构各维度逻辑关系,将智能制造系统架构的生命周期维度和系统层级维度组成的平面自上而下依次映射到智能功能维度的多个层级,结合运
8、载火箭智能制造发展的特色,增加修改相关模块,结合对智能装备、智能工厂、智能服务、工业软件和大数据、工业互联网等5类关键技术进行组合分析,考虑并列或作为下层级处理,与基础共性标准和重点行业标准共同构成智能制造标准体系框架。对体系框架进行逐级细化,对标准明细需求进行全局整合,将国家标准体系中的“AE评价”整合到“C智能工厂建设”中(CC评价),与智能工厂的设计、建造交付、评价放在一起。将“B关键技术”进行拆分为“B智能装备”“C智能工厂建设”“D智能工艺设计”“E智能物流与现场管理”“F智能生产”“G智能服务”“H智能经营”7个一级模块,运载火箭智能制造标准体系框架见图1所示。a)A基础共性标准基
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