虚拟现实可视化技术的实际应用效果图。全工艺流程U型产线工艺布局。真空集中排屑系统设备。AGV自动物流运输。

王晓峰
　　近十年来，数字化、信息化、网络化、自动化和人工智能技术等高速发展，促进了制造业的复苏，与此同时，国防科技工业制造能力也到了升级转型的紧要关头。在航空结构件的制造领域，单机生产、机床上装夹与拆卸、工艺稳定性不高、人工配送、串行工作排布、无序管控、工具工装长时间等待、生产节拍松散等现象普遍存在，造成产品加工效率低、质量一致性差、整体制造周期长等问题。面对诸多问题，沈飞公司忠诚履行强军首责，助力航空强国建设，结合自身产品特点和未来发展趋势，审时度势，充分发挥信息技术与制造技术的融合，在国内航空制造业率先开展航空结构件数字化生产车间的构建研究。
　　采用全工艺流程环形车间布局
　　航空结构件数字化车间采用环型单向物流产线布局。该布局在设计过程中采用了PDCA（plan-do-checkact）循环模式，即先标识出清晰的零件加工过程，零件的工艺周转过程，设计出初步布局，然后通过建模仿真模拟出布局，再对布局根据各个关键项进行详细的评估，如果发现问题，则反复迭代PDC，直到选择出最好的布局结构，最后按照选出的布局方案，进行实施。这种布局方案使得上下工序衔接连贯，零件在全流程上运输距离最短，运输工作量最小；场地面积利用率最大化，各设备、工具等功能划分清晰，布局合理、紧凑；物流运输通畅、无死角，大型、中型设备区域划分清晰；绿色环保、整洁、美观、通风。
　　应用虚拟现实可视化技术实现可视化管控
视觉是人类最重要的感觉，至少80%的外界信息是通过人类视觉感知，开展虚拟现实可视化技术研究与应用，可以让管理者能集中、直观、有效地掌控车间状况，及时采取相应措施。通过解决数字孪生、虚拟现实等核心技术，打造了生产车间级虚拟现实可视化平台，实现了物理生产车间与数字化虚拟车间的完全实时同步映射，并通过融入物理设备之间内在的逻辑关联，实现以实时数据驱动数字化虚拟管控平台的运行。该技术在智能化生产线的成功应用，实现对现场的数控加工设备、测量设备、清洗设备、排屑系统、真空系统、仓储物流系统等进行可视化管控，显著提升了生产线的生产效率和管控水平。
　　实现生产现场设备的智能物联
　　通过解决异构多源设备联网及多协议融合技术、高速并发数据实时采集技术等关键核心技术，打通从设备层到车间层，再到公司层的信息通道和数据通道，打造设备互联互通平台，实现生产现场设备的智能物联。通过互联互通技术的运用，构建了整套系统的核心逻辑数据源，基于分布式服务框架，解决异构多源设备联网与多协议融合等关键核心技术，实现生产现场设备智能物联与高速并发数据实时采集；实现了虚拟轴柔性加工线、机械手、装卸站、龙门铣等机加设备的联网与实时数据采集；实现了空调系统、清洗设备、真空机组、真空排屑系统等辅助生产设备的联网和实时数据采集；实现了立体库、升降库和AGV等仓储物流设备的联网和实时数据采集；实现了三坐标测量仪等测量设备的联网和数据采集；打造了网络化云台视频采集与存储系统，提供全时间段的实时车间视频监控与存储。
　　应用自动化物流运输技术实现零件和切屑的流转
自动化物流运输是智能化生产线的重要组成部分。在该生产线中，自动化物流包含零件和切屑的流转，主要设备设施包括AGV运输车、自动化立体库、真空切削回收装置、电瓶车站点（含充电桩）等。其管控系统与车间MES集成，实现物料的快速、实时、准确运输。
　　根据智能化生产线的总体环形单向物流布局，制定零件按工序周转的AGV运输模式，结合环境条件要求，选择磁条方式的AGV导航管控，合理设置AGV充电站点，根据产能评估和零件流转需要，选用4台AGV小车。实现零件从1000mm×1000mm的FMS、2000mm×4000mm的FMS、2500mm×6000mm的FMS、备料加工区到测量区域、修整区域以及检验区域的交互循环运输，实现整条产线级的零件、工装全自动化运输。
　　航空结构件数字化车间拥有10台铝合金高效切削加工中心，2台粗加工的工艺准备设备，其每天的产屑量在222480L左右，约37094kg。面对如此大的排屑量，如何及时、有效、稳定地将铝屑排出生产线甚至车间是保证生产线持续高效运行的重要因素，同时也是巨大挑战。经过综合评比分析，选择了具有极大技术难度、在国内航空业尚无应用的真空式集中排屑方式，并且采用全地下排屑模式。该技术是利用空气动力学原理进行切屑的长距离传输。通过风机工作产生的负压风流进行铝屑传送，同时充分考虑了风压、风速、风量以及该系统的整体密封性和可维护性，突破了由于铝屑在管道内高速流动造成管道磨损/损耗的问题，并最终保证该系统的稳定运行。
　　取得显著效果
航空结构件数字化车间已建成应用5年以上，效果显著。
　　生产效率提高27倍以上：由于应用了智能化生产管理模式，实现了设备设施运行状态信息和生产执行信息的实时传递和共享，保证了生产过程的连续流动，消除了因信息不畅所导致的停产等待。采用柔性生产线技术，实现了机外换型，保证了设备的连续运转，消除了因换型所导致的停机损失。采用高转速、大功率的高效加工技术，实现金属去除率的大幅提高，保证了设备有效利用率的充分发挥，消除了因设备主轴功率发挥不充分所导致的效率损失。原有由18台设备组成的传统数控加工生产线，全年共实现7000余件零件的交付，而在采用智能生产线技术构建由12台设备组成的生产线，全年实现13万余件零件的交付，生产效率提升了27倍之多；设备综合利用率（OEE）达到90%以上。
　　有效降低了人力资源成本：通过采用多源异构互联互通技术，形成ERP、MES、DNC的信息直接贯通，实现了生产流程信息的实时传递、共享，减少采集、传递、分析生产流程信息所需的生产计划和统计人员数量。采用AGV等自动化物流技术和产线精益布局技术，实现了产品在各工序间最短路径的单向环形自动流转，减少了零件周转所需的生产准备人员数量。采用金属切削真空回收处理技术，实现了铝屑的自动回收处理，减少了铝屑回收运输所需的生产准备人员数量。采用柔性生产技术和标准化柔性快速换型工装技术，实现了设备的无人操作和零件的快速换型，减少了生产操作人员数量，降低了人力资源成本。
　　显著提高产品合格率：采用工艺流程标准化、工装标准化、工具切削标准化技术，实现了产品加工过程的标准化及对人员能力培训的标准化，减少了换型加工过程中由于频繁变换加工方法和过多利用手工修整所产生的质量损失。采用柔性加工技术，实现了数控加工过程的无人工干预，减少了由于人员操作失误所产生的质量损失。从而显著提高了产品质量。在采用智能生产线技术构建的新生产线全年交付13万余件零件的情况下，产品合格率为99.95%。
　　该数字化生产线的构建和应用，不仅在工艺、技术、质量、降低成本方面取得了巨大的成效，而且带来了显著的经济效益和社会效益，产值和利润巨大，牢牢占据了国际民机市场加工的主动权。带动了国内航空制造业在飞机结构件数控加工方面的升级改造浪潮，推动了中国航空业的良性发展；不仅具有示范、带头作用，还具有可复制可推广的宝贵经验和成果。