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数控机床与飞机数字化制造
小巨人机床有限公司黄建文

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航空航天工业以其特殊的要求，集成了当今社会发展的最新成果，对材料、加工、电子、通讯等领域的发展起到了相当大的推动作用。一方面，航空航天工业的发展需求推动了相关行业如机床行业的发展，另一方面，它的许多零部件最终要依赖机床的加工来最终实现，因此航空航天工业的发展和机床的发展相辅相成。飞机制造对网络化、信息化的迫切要求世界上第一台数控机床就是为生产飞机螺旋桨叶片轮廓而设计生产的，这是制造业发展过程的一个革命性突破，标志着制造业领域中数控化加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，它的发明对于制造业特别是航空航天行业的发展具有划时代的意义和深远的影响。随着电子技术的不断发展，数控装置经历了电子管、晶体管、集成电路等发展阶段，由于计算机和微处理器的出现，采用计算机控制的数控系统得到了飞速发展，使得数控装置在功能、速度、精度、智能化和网络化方面也得到相应的发展。从第一台数控机床诞生到现在的60年中，数控机床随着机械加工技术、电子技术、计算机技术和网络技术的发展而发展，并成功应用到工业生产的各个领域，对于当今最为复杂和庞大的航空航天行业来说更是首当其冲。航空航天行业涉及领域众多，集最先进的电子、材料、软件、通讯和制造技术于一身。航空航天行业的整机生产高度集中，其中大型整机制造更是高度集中在少数几个核心公司手中。但由于航空制造业又是高度复杂的行业，单凭几个公司之力根本无法完成如此巨大的工程，故而必须利用全国甚至全球的资源配套来完成。同时，这么庞大的系统工程还必须借助网络来实现各个系统的调度和协调。因此，网络技术正在加速航空业的全球化进程，也在改变着制造业的生产和管理方式。借助互联网把分散在全国乃至世界各地具有不同优势的公司联系起来，把不同企业的优势技术集成为整体的强大合力优势，建立起网络制造的联盟，形成跨行业、跨地区、跨国界的协同设计和制造模式。通过集合众多企业的不同优势，产品的开发周期得以大大缩短，产品的开发风险也显著减小。由于航空零部件的制造工艺非常复杂，这些庞大而复杂的制造过程如何管理和运行就变得非常棘手；此外，航空工业对于安全的苛刻要求也同样传递到了下游的配套企业，导致这些核心公司如何管理和协调各个配套企业的生产交货周期和监督产品的质量成了一个关键问题。机床信息孤岛催生数字化制造为了管理这个庞大而复杂的系统，航空制造业借助日益发达的计算机软硬件技术，非常圆满地解决了设计和管理方面的问题。但是在零件加工制造的过程中却遇到了瓶颈——加工设备始终无法融入到网络中，零件制造过程中的相关信息也无法反馈到网络中来，使得生产设备变成了一个个信息孤岛，阻碍了数字化技术在航空航天行业的发展和应用。这种情况下，对生产制造关键环节的信息化要求就越来越迫切。尽管为了适应制造业网络化、信息化的要求，数控机床借助计算机和网络技术也得到了长足的发展，但长久以来其网络化应用多停留在由计算机向机床传输程序、机床参数和加工参数等原始的应用内容上，而机床的工作状况并不能反馈回来，显然这样的数控机床很难跟上时代的步伐，无法适应当今智能化、网络化和信息化的需要，也制约了数字化的应用和发展。尤其是在航空航天如此复杂且需要全球合作的行业，人们迫切需要一种新的技术来改变上述问题，数字化制造应运而生。数字化制造是指将数字化技术用于产品的制造过程，通过信息建模和信息处理来改进制造过程，提高制造效率和产品质量，降低制造成本所涉及的一系列活动的总称。最初的数字化制造主要用于产品的设计，后来逐步向工艺、编程、虚拟加工、刀具准备、生产计划和过程监控等方向发展。智能化、网络化的数控系统针对数字化制造对机床的要求，MAZAK公司开发了新一代具有人机对话式编程方式的智能化、网络化数控系统（图1）。该系统将CNC和PC融合在一起，实现了二者的双向通讯，因而兼具传统CNC和现代PC的优势，使很多智能化和网络化的功能得以实现。（图片）采用人机对话式编程方式的MAZATROL数控系统大大降低了对编程操作人员的要求，同时也提高了编程的准确性和效率。系统具有语音提示和导航功能，可提示操作者机床的状态并做安全确认，此外还具有智能安全保护和虚拟加工功能。另外，刀具的寿命管理功能、机床维护保养提示和在线服务等智能化的功能也为机床的使用和维护提供了很好的手段。配置了MAZATROL的机床通过PC和CNC融合了技术、丰富的自动统计和自我管理功能，使加工装备实现了智能化和数字化，为客户的工厂实施数字化制造提供了前提。智能生产中心随着企业不断发展以及生产规模不断扩大，企业需要更多的生产设备来满足生产的需要，但生产设备的增加也导致生产管理的工作量越来越大，因此MAZAK公司在单机的智能化、网络化基础上，开发了智能生产中心（CPC）管理软件（图2），只需一套软件便可管理多达250台的数控机床。该软件包含以下4个独立模块：加工程序自动编制、智能日程管理、智能刀具管理和智能监控。（图片） CPC软件通过结合MRP、PDM和ERP等管理软件，可全过程控制订单输入、产品设计、库存管理、生产制造订单发行、生产购买订单发行、生产制造、半成品和成品管理，并可实现作业日程安排、工艺管理以及数控机床运行状态的监控，使生产全过程控制由车间级细化到每台数控机床，保证了生产进度和生产成本控制，机床开动率得以大幅提高。另外，系统还可对所记录的工作状况进行运算处理，并用图形直观地显示出机床每一天每一时段的状态，以及一段时间内各种工作状态所占的比率，这样非常便于统计机床的开动率，工厂的管理者和计划人员可以依据这些信息进行管理和计划。网络制造所带来的变革由于MAZATROL 640系统将PC和CNC融合在一起，因而具有非常强大的网络化功能，可以方便地接入任何类型的计算机网络环境，这些功能都可以通过软件和网络来实现，意味着无论你在办公室、家里还是出差，只要有网络存在，都可以通过计算机网络对机床进行全方位监控，这样就实现了机械加工的信息化，完全满足现代化、信息化管理的需要，给传统的制造业经营管理模式带来了巨大变革，可将数字化技术和数字化、智能化的生产设备结合起来，集成数字化设计、制造、管理一体化的解决方案，减少人为因素造成的影响，发挥数字化设备的优势，增加企业制造复杂零件的能力，优化加工零件的精度和质量，实现航空航天零部件的高效高速加工。航空零部件生产的特殊性要求各级管理人员随时了解生产现场的状况、计划完成的情况，为此MAZATROL还可以专门为客户开发生产线信息显示系统，随时显示计划、实时的计划完成情况、实时的机床开动情况和实时的在线监控，并把这些信息显示在生产线现场设置的大屏幕显示装置上，使所有现场人员随时了解生产线的运行状况。当然这些信息也可以通过网络显示在每一位管理人员的电脑上，无论身在何处，只要有网络便可以随时了解现场状况。基于网络的制造已经成为21世纪的主要制造模式，各个行业无不在互联网平台上进行产品的开发设计、制造、销售和服务，可以说互联网贯穿了整个产品的生命周期，成为企业快速响应市场需求，不断推出新产品来满足用户要求、赢得市场竞争和自身不断发展的主要手段。具有智能化、网络化的MAZATROL系统和CPC软件可使机械加工这一瓶颈环节迅速融入到现代信息社会中，为航空企业的发展提供了有力的工具。结束语机床控制系统朝智能化、网络化的发展趋势，使航空制造企业的加工质量和效率大大提高，并改变着它们的生产和组织管理模式；而航空制造企业的日益发展也为设备制造商提供了发展方向和广阔市场，正是这种互相推动才促进了各自的不断发展。 1/4/2013


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