[科学技术]商用航空发动机总装智能制造集成创新与应用

近日，工信部公布了2018年智能制造试点示范项目名单。中国航空发展上海商用航空/发动机制造有限公司(以下简称“商用制造”)的商用航空空发动机智能装配试点示范就是其中之一，这无疑肯定了商用制造正处于面向全球新一轮技术和产业变革的智能制造阶段。 尚发制造深刻认识到，智能制造将是公司实施创新驱动发展，实现研发模式转型升级，尽快赶上世界先进航空空产业水平的关键举措，并提出了重点建设中国首个商用航空空发动机智能工厂的战略规划。

尚发制造是国内大涵道比商用航空空发动机总装交付中心，承担航空空发动机产品的制造、测试、测试、装配和调试任务，最终交付符合设计要求和客户要求的产品。全球范围内，只有美国(通用电气、普惠)和英国(劳斯莱斯)有能力自主研发大涵道比民用涡扇发动机。西方国家明确禁止相关技术出口。

作为中国大型客机发动机发展的主体和主要制造商，尚发制造深刻认识到，智能制造将是公司实施创新驱动发展，实现发展方式转型升级，尽快赶上世界先进航空空工业水平的关键举措，并提出了重点建设中国首个商用航空空发动机智能工厂的战略规划。被工业和信息化部选为2018年智能制造试点示范项目。公司对智能制造的探索，对于打造强大的“中国心”，助推中国的“中国梦”具有重要意义。

秉承国家意志，商业开发制造自主开发商用航空空发动机。作为创新驱动型企业，商业开发制造计划通过数字化、网络化和智能化工具，逐步构建创新的自主研发体系，实现产品的数字化定义、数字化制造和数字化管理，推动异地协同设计和协同制造，最终提供商业aviation/き

智能制造的战略规划构想

自2015年初以来，公司启动了智能制造建设的规划，并根据适航要求和空航空发动机发展特点，以商用航空空发动机的一个关键工序为实施载体，通过国家和区域智能制造专项项目，先后进行了试点建设，实现了智能制造和业务并行。应用先进的信息技术、智能机器人技术、智能传感与决策技术、先进的制造技术和高度可信的网络技术，开发智能装配机器人，构建异构dnc网络制造环境，逐步提高民航空发动机试航过程的质量控制水平，打造民航空.

围绕商业开发制造作为商业开发公司总装交付中心的定位，承担商业航空空发动机产品的制造、测试、测试、装配和调试，最终交付满足设计要求和客户需求的产品，商业开发制造提出实施智能制造战略的总体目标:

商业开发制造智能工厂的总体目标是以产品生命周期数字化和卓越性能集成管理系统为基础，以商用航空空发动机工装/过渡段/核心零部件加工、零部件/单元/整机装配和零部件/核心机/整机测试三大核心业务为重点，与aviation /きだ开展具有网络互联、人机交互、智能传感等特点的业务cps建设，最终打造一个能够持续满足客户需求、实现卓越交付的现代商用航空空发动机智能工厂。

商业制造智能工厂总体目标的制定原则是充分满足“中国制造2025”定义的智能制造四大特征:以智能工厂为载体，以智能关键制造环节为核心，以端到端数据流为核心，以网通互联为支撑。总体目标对应的实施期为2016-2025年，分为三个阶段。每个阶段的目标是:

第一阶段(2016 -2019年):完成智能工厂总体基础设施规划，完善智能制造安全、标准、网络、基础技术研究等基础保障条件建设，突破以大部件精确对接、高压压气机转子直线装配、自锁螺母拧紧、发动机同心度评定为代表的智能装配关键技术，基本实现大旁路导航/“”

第二阶段(2019 -2022):不断完善智能工厂基础支撑设施建设，重点突破核心部件自适应加工、智能装夹、加工过程在线监控等智能加工技术，以智能生产线或智能车间建设为载体，实现核心部件智能加工。进一步增强大涵道比发动机核心发动机的装配能力，实现整机智能装配和智能试验测试的突破；

第三阶段(2023 -2025年):基本建成基于工业互联网、全过程数字化、具有一定自适应性、满足发动机装配、试验和大涵道比试验任务需要的商用航空空发动机智能工厂，到2025年达到年产x台大型客机发动机的高质量批量交付能力。

COMAC本着统筹规划、分步实施的原则，在充分借鉴了rami4.0等国内外智能制造标准模型和我国《国家智能制造标准体系建设指南》的基础上，结合自身业务特点，提出了COMAC智能工厂的总体框架。架构自上而下由企业层、商业开发制造云、业务cps层、基础支撑层组成，各层规划如下:

企业层:整个企业的管理业务层(企业门户)，负责整个商业制造厂的管理业务。

商业开发制造云:商业开发制造的私有云，指整个智能工厂的资源共享云平台，包括业务云服务和数据云服务。

业务cps层:车间级网络物理系统，分别实现商业制造的智能处理、智能装配、智能测试等服务

基础支撑层:为业务cps、商业开发制造云和企业层提供的一些支撑技术和规范，以及一些共享的基础资源和基础建设。

COMAC智能制造建设工作将按照上述阶段目标和总体结构稳步推进。

智能制造实践的现状与效果
智能工厂的建设是一项复杂的系统工程，需要高度的集成与协作。智能工厂的建设和运营需要一个强大的管理系统和相应的通用基础平台来支撑。智能制造在商业制造中的实际地位主要体现在智能制造的总体基础设施和试点建设上。在总体基础设施、管理和技术体系建设方面，尚发制造致力于建立异地多功能协同工作体系和平台，通过流程、标准、规范、指令、检查表及其相应的信息载体，实现智能制造建设的有效控制。在信息化建设方面，公司建立了集成管理系统、项目管理系统和产品数据管理系统，目前正在建设数字化工艺管理系统、装配执行系统、测试信息集成管理系统、分布式数控管理系统和设备管理系统。未来还将建立生产线仿真系统、供应链管理系统、生产计划管理系统、物料管理系统，旨在建立一个支持设备级、车间级、企业级、外部供应链级智能工厂运维的信息化系统。

2015年，公司申报的“商用航空空发动机总装智能装配新模式”入选工业和信息化部2015年专项智能制造项目，智能制造试点建设正式启动。本项目以民航空发动机总装低压涡轮的安装为实施载体。根据适航要求和航空空发动机的发展特点，开发了一种智能装配机器人，以构建异构dnc网络制造环境，构建商业aviation /きだ。目前，该项目正在开展大部件自动对接技术、dnc网络互联技术、网络信息安全和装配系统等智能制造关键技术和基础条件的研究。该部分涉及的信息化建设已纳入图纸的实际施工过程和规划，后续将成为智能工厂建设的重要支撑基础。

本项目的目标是以民用航空空发动机整体装配中低压涡轮的安装为实施对象，通过构建集成管控平台、集成设计制造云平台、智能装配平台、敏捷运营支撑平台和工业信息安全系统，初步形成商用aviation/だよ0/发动机的大数据和知识工程，实现航空空发动机装配中低压涡轮的智能安装。 解决低压涡轮安装问题，提高装配的一致性和稳定性，实现缩短产品开发周期20%，提高生产效率20%，降低运行成本30%，降低一次装配合格率10%，提高能源利用率4%的目标，探索全新航空

典型案例:民航空发动机总装智能装配新模式

2015年6月，商业开发制造申报的“商用航空空发动机总装智能装配新模式”项目获得工业和信息化部批准并正式启动。本项目由尚发制造有限公司牵头，由上海工业自动化仪表研究所和上海龚俊智能科技有限公司作为参与单位完成。

本项目的目标是以民用航空空发动机整体装配中低压涡轮的安装为实施对象，通过构建集成管控平台、集成设计制造云平台、智能装配平台、敏捷运营支撑平台和工业信息安全系统，初步形成商用aviation/だよ0/发动机的大数据和知识工程，实现航空空发动机装配中低压涡轮的智能安装。 解决低压涡轮安装问题，提高装配的一致性和稳定性，实现缩短产品开发周期20%，提高生产效率20%，降低运行成本30%，降低一次装配合格率10%，提高能源利用率4%的目标，探索全新航空

智能装配平台示意图

基于商业发展制造有限公司的业务，整合智能制造的要素，构建商业航空空发动机装配协同平台和敏捷制造平台，建立商业航空空发动机智能装配物联网，完成商业aviation /き基于专业大数据和知识工程的产品设计、智能装配、标准检验、动态装配调度、资源动态调节和制造过程智能控制。 开创民航空发动机装配智能装配新模式，构建全新的民航空发动机智能装配环境。 通过建立工业信息安全系统，提高民航空发动机装配过程的稳定性和一致性，提高管理水平，保证整体运行的安全性，开创民航空发动机装配的智能装配新模式，实现低压涡轮的智能安装。

本项目以商用航空空发动机大型零部件的装配为实施载体，包括从产品设计/工艺设计/工装准备到装配的全过程控制。基于某型民用航空空发动机低压涡轮对接装配工艺:
[/h针对低压涡轮在民用航空空发动机整体装配中的安装工艺，建立了民用航空空发动机装配过程中综合受力、多维姿态对接测量、分析和反馈的多维智能数据采集、分析和控制机制，建立了集成传感器和激光对接的多维自控系统

2)搭建工业物联网，搭建敏捷制造平台。实现装配设备、3d打印设备、数控加工设备、物流设备的异构敏捷制造，实现设备间数据互联互通，进而实现生产资源的统一调度和动态控制。

3)研究低压涡轮安装的产品设计和工艺设计方法，搭建设计制造一体化云平台。基于工艺知识进行民航空发动机机体装配结构工艺设计，通过装配工艺仿真分析优化装配工艺，提高装配工艺的正确性、可行性和经济性。

4)建立基于rfid的智能物流系统，具有灵活的可追溯性和智能的物流配送，改变传统的人工配送、单一设备加工、人工组装的制造模式，减少生产各个环节的浪费。

5)基于大数据和知识工程进行智能决策分析和优化，建立集成管控平台。

6)工业信息安全系统。根据iso27001信息安全管理体系，建立了商业航空空发动机行业的信息安全体系和系统，以确保制造平台和数据的安全。

民航空发动机新型智能装配模式总体方案

从技术实现的角度来看，商用航空空发动机新的智能装配模式是基于工业物联网、大数据技术和智能设备，实现物流自动化、装配自适应调整和智能生产控制，如图所示:

智能分析决策层:利用知识和工具进行优化决策和执行判断。

商用航空空发动机总成大数据层:是航空空发动机智能总成的大脑，完成信息集成，实现数据和实物的融合计算，对数据进行分类和清理，根据需要对信息进行分类，形成数据中心知识库。

数据物理交互层:是航空空发动机智能装配的中枢神经，包括各种传感器和现场网络的接口和通信控制，实现生产实施信息采集和数据物理交互。

智能设备物理层:是航空空发动机智能装配的传感系统，包括生产系统中涉及的设备、工装、人员和物流设备，以及用于传感和传输物理对象的rfid识别工具、传感器和工业物联网。

航空空发动机智能装配新模式的构建

下一个智能升级计划

后续的商业制造将以纲领性文件《商业制造智能工厂建设规划计划》为基础，同时考虑已经开展的智能制造项目，按照“业务导向、顶层规划、项目驱动、整体推进”、“整体规划、协调推进”的建设思路；先落实基础，循序渐进；本着“开放合作、创新发展”的原则，规划方案将逐步实施。预计到2025年，将建成具有产品生命周期过程数字化、科研、生产和运行过程管控网络化特点的航空空发动机智能工厂，持续满足客户需求，实现卓越交付。

智能制造一直是中国制造2025的主要方向。航空空发动机作为飞机制造业的皇冠上的明珠，是智能制造的最佳工程实践，也代表了一个国家制造业的水平和能力。相信COMAC在智能制造方面的先进实践，对于打造“中国心”、实现“中国梦”具有深远的意义。