飞机结构件先进制造技术:从数字化到智能化

本书系统总结了飞机结构件数字化制造的研究成果和实践经验。全书共分3篇，篇为飞机结构件数字化制造现状，分别对飞机结构件的发展、数字化制造技术和数字化装备飞机结构件进行了概述，第2篇为数字化制造关键技术，分别对数字化工艺设计技术、加工过程监控技术、数字化设备保障技术与生产过程数字化管控技术进行了介绍和论述，第3篇为飞机结构件智能制造探索，作者结合自己近年来在飞机结构件智能制造方面开展的研究与应用经验，分别对智能制造的资源保障解决方案、生产执行解决方案以及过程管控解决方案进行了详细论述。

前言篇飞机结构件数字化制造现状1章飞机机构件发展概述21.1飞机结构件的特点31.2飞机结构件的材料41.2.1材料性能要求41.2.2常用材料类型51.3飞机结构件的整体化81.4飞机结构件加工的难点91.5飞机结构件的发展趋势10第2章数字化制造技术概述122.1数字化制造的概念122.1.1数字化制造的定义与内涵132.1.2数字化制造涉及的主要内容172.1.3实施数字化制造的重大意义232.2数字化制造的发展历程252.2.1数字化制造的诞生与发展252.2.2数字化制造的应用332.2.3数字化制造的发展方向42第3章数字化制造装备概述443.1数字化制造装备的特点443.2数字化制造装备的分类453.2.1按加工工艺及机床用途分类453.2.2数控切削类机床的分类473.2.3数控切削类机床的选用513.3数字化制造装备的发展553.3.1传统数控机床的发展553.3.2高端数字化制造装备现状583.3.3数控机床的发展趋势63第2篇飞机结构件数字化制造关键技术67第4章数字化工艺设计技术684.1工装技术684.1.1飞机结构件装夹技术现状684.1.2基于特征的飞机结构件装夹方案设计684.1.3面向飞机结构件柔性生产线的装夹方案744.2刀具技术774.2.1发展状况及应用情况774.2.2刀具材料784.2.3飞机结构件数控加工刀具种类794.2.4 飞机结构件数控加工刀柄系统814.3高速高效切削技术834.3.1高速高效切削技术应用现状834.3.2铝合金结构件高效切削技术844.3.3钛合金结构件高效切削技术874.3.4复合材料的高效切削技术894.4数控编程924.4.1发展历程924.4.2数控编程现状934.4.3基于特征的智能数控编程技术944.5后置处理1034.5.1后置处理概述1034.5.2后置处理技术内容1034.5.3后置处理发展历程1054.5.4睿思后置处理软件106第5章加工过程监控技术1165.1刀具状态监控技术1165.1.1重要性及监控方式概述1165.1.2刀具寿命预测及管理1165.1.3刀具磨损破损监测1195.2零件加工精度在机测量技术1205.2.1零件测量方式概述1215.2.2在机检测技术现状及发展趋势1215.2.3基于特征的在机检测技术122第6章数字化设备保障技术1376.1数控机床精度检测与补偿技术1376.1.1误差源分析1376.1.2几何误差检测1386.1.3几何误差补偿1426.1.4热误差检测与补偿1446.1.5基于试件的误差评价1466.2预防性维修技术1496.2.1预防性维修的意义1496.2.2预防性维修的方法1496.3设备故障预警与故障诊断技术1506.3.1机床故障的诊断与维护1506.3.2智能故障诊断技术154第7章生产过程数字化管控技术1587.1数字化生产管控中心架构1587.2智能生产计划排程技术1607.2.1订单管理1617.2.2工艺规程管理1637.2.3约束管理1637.2.4排程管理1637.3加工过程数据采集技术1657.4制造资源保障技术1667.5作业调度技术1677.6数字化管控体系构建1697.6.1当前数控加工过程管控存在的问题1697.6.2数字化管控体系构建总体思路170第3篇飞机结构件智能制造探索173第8章智能制造资源保障解决方案1758.1面向智能制造的工艺支撑技术1758.1.1面向智能制造的工艺方案优化1758.1.2基于特征和知识的智能工艺决策系统1788.1.3基于特征的智能编程技术1838.1.4面向自适应加工的仿真技术1858.1.5快速装夹技术1908.2面向智能制造的设备运行保障体系1928.2.1智能车间设备精度保障技术1928.2.2设备信息化管理系统开发1978.3面向智能制造的生产资源保障技术1998.3.1物流控制系统1998.3.2工装管理系统2018.3.3刀具管理系统2038.3.4加工过程控制系统204第9章智能制造生产执行解决方案2069.1总体技术路线2069.2物流自动化条件建设2069.2.1自动上下料系统2069.2.2自动换刀系统2079.2.3刀具/物料自动运输系统2079.2.4快速定位与装夹系统2089.2.5机外集中装卸平台2099.2.6自动防护门2109.2.7物流控制系统2109.3刀具寿命管理及状态监控 2119.3.1刀具寿命预测及管理2119.3.2刀具防错及磨损破损状态监控2129.4加工过程检测及分析2139.4.1基于接触式探头的快速找正2139.4.2基于特征的加工状态在线检测2139.4.3基于检测结果的SPC数据分析与质量控制2169.4.4基于在机检测的自适应控制2180章智能制造过程管控解决方案22110.1智能排程与调度22210.1.1提取系统基础信息22210.1.2智能排程方法22210.1.3动态调度方法22410.1.4智能排程与动态调度方案验证及优化22410.1.5智能排程与动态调度系统22510.2虚拟三维生产线建模与仿真22710.2.1虚拟生产线建模与仿真模块22810.2.2开发模式与开发平台22910.2.3虚拟生产线建模与模型库23010.2.4虚拟生产线运行管理23110.3生产过程数据处理及可视化监控23210.3.1生产过程数据处理与可视化监控模块23210.3.2运行数据处理与显示23210.3.3统计数据处理与显示23310.3.4关键指标数据处理与显示23410.3.5数据显示方式及具体形式23410.4生产线管控数据管理平台 23410.4.1内外部接口数据管理23510.4.2生产计划与准备23610.4.3生产运行过程数据管理23610.5数控系统监控23710.5.1加工过程数据采集23710.5.2数据处理与传输网络23810.5.3数控机床加工控制239参考文献240

1952年台数控机床在美国麻省理工学院诞生，自此开启了数字化制造的篇章。随着计算机技术、软件技术、装备制造技术和制造工艺技术的不断发展，数字化制造的外围和深度不断得到延伸。目前，在汽车、制药等典型流程化生产中，数字化制造技术已经被广泛应用，并极大地改善了产品质量、生产效率和制造环境，为相关企业带来了巨大的成功，但是，在诸如飞机结构件制造等高度离散的生产环境中，因为需要攻克诸多个性化难题，因而数字化制造技术发展依然较为缓慢。面对这些技术挑战，国内航空制造企业和科研院所既看到了飞机结构件数字化制造所面临的重重困难，更看到数字化技术在飞机结构件制造领域应用的必然趋势和其背后所蕴藏的巨大发展前景，因此，自20世纪90年代中期，国内航空制造企业就开始围绕飞机结构件数字化制造开展相关的技术研究和应用工作。依托多个型号项目攻关任务，大力推进以基于特征识别的快速编程技术、在线检测技术、数控机床保障技术、生产现场管控技术等为代表的数字化制造技术的研究和应用，实现了飞机结构件制造过程中的数字化工艺设计、数字化装备保障、制造过程信息管控等方面的技术突破，提升了飞机结构件的加工效率和精度，促进了飞机结构件制造模式的转变，为缩短飞机型号任务研制周期提供了有力技术支撑。近年来，为响应“中国制造2025”战略规划落地，国内航空制造企业进一步围绕飞机结构件制造过程中的智能资源保障、智能生产执行及制造过程智能管控等方向开展了大量研究和实践工作，实现了飞机结构件制造的计划排程智能化、加工过程无人化、物流配送自动化，初步实现了飞机结构件数字化车间的建设和运行，并对在这一过程中所形成的一系列数字化制造技术成果，例如，智能程编系统、通用后置处理软件、数字化车间解决方案等，进行了推广应用，有效促进了国家军民融合战略的落地。希望通过总结、分享本书作者在飞机结构先进制造领域方面的研究成果和工程实践经验，为国内航空制造企业提供技术参考，并为航天、船舶、兵器、汽车等行业的结构件制造企业提供有益建议。与本书基础理论及应用技术相关的科研项目有：“国产高档数控机床在典型飞机结构件加工中的示范应用”国家科技重大专项(2010ZX04015-011)、“国产高档数控机床与数控系统在飞机筋肋梁等加工单元中的应用”国家科技重大专项（2013ZX04001-021）、“国产五轴联动数控机床柔性生产线及生产单元飞机结构件应用示范基地”国家科技重大专项(2015ZX04001-002)、“用于钛合金壁板、复合材料等典型零件加工的高速立式五轴数控机床研制及自动化生产线示范应用”国家科技重大专项(2017ZX04002-001)、“飞机大型复杂结构件数字化车间”2015工信部智能制造新模式应用项目等。本书由帅朝林、刘大炜、牟文平、宋戈、朱绍维、熊青春、李杰、陈学振所著。书中荟萃了航空制造研究院所与企业在飞机结构件数字化制造技术领域的先进理论成果和工程实践经验，概述了飞机结构件数字化制造的现状，重点介绍了飞机结构件数字化制造关键技术，并对飞机结构件智能制造进行了探索。本书既可以供相关制造行业的科技工作者使用，也可作为航空制造相关专业的教材和参考书使用。真诚地希望通过本书，使读者了解与飞机结构件制造相关的知识，在深入研究数字化制造技术的基础上，对如何实现复杂飞机结构件的优质、高效、低成本加工产生更深刻的理解和认识。在此，谨对写作过程中给予支持的西北工业大学、南京航空航天大学、电子科技大学，以及参与本书撰写、编辑与校对的工作人员表示衷心感谢。限于作者的水平，书中难免有不妥之处，诚恳希望专家和读者批评指正。帅朝林航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司