CN111604452A - 航天航空锻压数字化车间 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天航空锻压数字化车间，属于锻压数字化车间技术领域，其特征在于，至少包括：由基础层、执行层和管理层组成的系统架构；其中：所述基础层包括执行不同锻压工艺的锻压设备；所述执行层包括制造执行系统；所述管理层包括企业资源计划系统；所述执行层分别与基础层和管理层进行数据交互；获取每台锻压设备固态信息和动态信息的现场资源数字化系统；管控生产物料信息的物料数字化系统；管控车间制造过程中需要交互全部信息的数据字典系统；从信息系统功能模块、数据及质量管控、产品追溯与服务方面规范航空锻压数字化车间的集成系统，质量管控系统。本发明通过信息共享技术和智能分析技术，满足航天航空锻压的智能化需求。

Description

航天航空锻压数字化车间

技术领域

本发明属于锻压数字化车间技术领域，具体涉及一种航天航空锻压数字化车间。

背景技术

近年来，随着智能制造业的快速发展，我国航天航空产业迎来了巨大变化，目前，我国航天航空锻压行业整体数字化水平同汽车冲压等先进的制造行业领域存在一定的差距，主要存在的问题有锻压工艺装备的数字化水平不高，生产工序之间的“信息孤岛”问题较严重；小型企业生产较多依赖人工，部分大型企业实现了部分工序的数字化，但未做到全流程自动化生产、信息化管控，产品质量追溯较困难；缺少对设备数据的统一规定，需针对不同制造商、不同型号的装备进行case-by-case解析与集成，增加许多繁琐重复性工作与成本；当前车间信息系统功能单一，集成的信息量较少，不能满足具有多品种，小批量特点的航空锻件的智能制造的要求。这些问题导致航天航空锻压企业不适应柔性化生产需求、生产过程不可控、生产效率低、产品质量不稳定、运行维护成本高等问题。因此，采用数字化和智能制造的方法，促使航天航空锻压行业转型升级势在必行。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种航天航空锻压数字化车间，通过信息共享技术和智能分析技术，满足航天航空锻压的智能化需求。

本发明的目的是提供一种航天航空锻压数字化车间，至少包括：

由基础层、执行层和管理层组成的系统架构；其中：所述基础层包括执行不同锻压工艺的锻压设备；所述执行层包括制造执行系统；所述管理层包括企业资源计划系统；所述执行层分别与基础层和管理层进行数据交互；

获取每台锻压设备固态信息和动态信息的现场资源数字化系统；所述固态信息包括档案信息和参数信息；所述动态信息包括控制执行层动作的活动定义信息和制造的活动反馈信息；

管控生产物料信息的物料数字化系统；所述生产物料信息包括物料识别系统和存储物料信息的数据库；

管控车间制造过程中需要交互全部信息的数据字典系统，所述全部信息包括设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息和生产计划调度信息；所述数据字典系统用于规范数字化车间的数据采集与集成中所涉及的数据可用性、完整性、可扩展性；

从信息系统功能模块、数据及质量管控、产品追溯与服务方面规范航空锻压数字化车间的集成系统，所述集成系统包括：PLC、DCS、ERP、PLM、MES、SCADA、WMS之间的集成接口；

质量管控系统，针对航天航空锻压工艺流程的质控点，对每个质控点的质检数据进行分析处理。

进一步：所述锻压设备包括锻造液压机、上料机器人、卸料机器人、模具或制件加热炉、机械手、热处理炉。

进一步：在所述现场资源数字化系统中，每台锻压设备上安装有相互通信用的通信接口。

进一步：所述物料识别系统包括电子识别标签和电子识别系统。

进一步：所述档案信息包括：设备的编号、描述、模型。

进一步：所述生产物料信息包括：坯料信息、润滑油信息、辅料信息、半成品信息。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，一、本发明为模锻、等温锻和自由锻等为核心工艺的航天航空锻压数字化车间建设提供指导，保证了数字化车间在现场实体层、现场控制层、制造执行层和企业管理层的互联互通，促进航空锻压行业整体智能化水平的提高；二、建立航天航空锻压设备在信息系统中的集成提供信息模型。根据锻压设备的数据字典，按照信息模型的集成规范，可解决不同制造商设备的互操作问题，同时，为信息系统中质量管控、质量追溯提供充分的信息，提高产品质量和系统集成的效率；三、为航天航空锻压数字化车间的信息系统建设提供参考依据，建设制备航空产业所需的钛合金、高温合金等难变形锻件与铝合金、镁合金锻件的标准化质量管控和追溯流程，提升企业的生产效率和管理水平。

附图说明

图1为本发明优选实施例中的航天航空锻压数字化车间系统架构；

图2为本发明优选实施例中的现场工艺装备模型图；

图3为本发明优选实施例中的质量管控典型工艺段图；

图4为本发明优选实施例中的自由锻造程序库HMI界面。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图4所示，本发明的技术方案为：

一种航天航空锻压数字化车间，包括：

由基础层、执行层和管理层组成的系统架构；其中：所述基础层包括执行不同锻压工艺的锻压设备；所述执行层包括制造执行系统；所述管理层包括企业资源计划系统；所述执行层分别与基础层和管理层进行数据交互；

获取每台锻压设备固态信息和动态信息的现场资源数字化系统；所述固态信息包括档案信息和参数信息；所述动态信息包括控制执行层动作的活动定义信息和制造的活动反馈信息；

管控生产物料信息的物料数字化系统；所述生产物料信息包括物料识别系统和存储物料信息的数据库；

管控车间制造过程中需要交互全部信息的数据字典系统，所述全部信息包括设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息和生产计划调度信息；所述数据字典系统用于规范数字化车间的数据采集与集成中所涉及的数据可用性、完整性、可扩展性；

从信息系统功能模块、数据及质量管控、产品追溯与服务方面规范航空锻压数字化车间的集成系统，所述集成系统包括：PLC、DCS、ERP、PLM、MES、SCADA、WMS之间的集成接口；

质量管控系统，针对航天航空锻压工艺流程的质控点，对每个质控点的质检数据进行分析处理。

上述优选实施例的实现，基于以下五步：

一、航天航空锻压数字化车间的系统架构

本发明提出民用航空锻压数字化车间的系统架构方法，提出现场实体的数字化要求，车间信息交换要求、车间集成要求和工艺流程要求等，保证数字化车间在现场实体层、执行层和管理层的互联互通。针对锻压工艺流程的瓶颈环节设计关键质控点，依靠信息化和数字化方式管控方式，并采用数据分析等技术精准控制各工序的质量数据在限定范围内。

以锻造工序为例，其现场资源层(基础层)包含1台125MN锻造液压机，1台上料机器人和1台卸料机器人。其主要工艺执行与管理流程如下：上料机器人从供料处取得产品坯料，放进液压机工作台的下模之中，然后液压缸带动上模下行对坯料进行压制，完成后液压缸带动上模回程，此时取料机器人深入下横梁工作台模具处取料并将取出的制品放置于输送辊处，由输送辊将制品送至下一工序。

锻造工序的数控系统(现场执行层)的PLC、DCS和SCADA等作为核心控制单元，其通过以太网或PROFINET总线将各个从站(包括液压机PLC及其分布式从站，装料机器人从站和卸料机器人等)连接，通过总线接收各部位的运行状况并发送相应指令控制液压机、装料机器人、卸料机器人和喷淋润滑装置完成各种动作。在生产过程中基础层接收制造执行层下达工艺参数和工艺指令，并接收生产过程数据实时(反馈的生产实时数据作为数据分析与工艺改进依据)。制造执行层与企业管理层交互生产报表信息和企业订单计划等信息。

二、现场资源数字化

航天航空锻压数字化车间所用的锻压机、模具/制件加热炉、机械手、热处理炉等主要制造设备的数字化：

具备完善的档案信息，包括编号、描述、模型及参数的数字化描述；

具备通信接口，能够与其他设备、装置以及执行层实现信息互通；

能接收执行层下达的活动定义信息，包括为了满足各项制造运行活动的参数定义和操作指令等；

能向执行层提供制造的活动反馈信息，包括制件的加工信息、设备的状态信息及故障信息等；

具备一定的可视化能力和人机交互能力，能在车间现场显示设备的实时信息及满足操作的授权和处理相关的人机交互。

三、生产物料的数字化

航天航空锻压数字化车间所用的坯料、润滑油、辅料、半成品等生产物料的数字化要求包括：

使用条码及电子标签等编码技术满足物料的可识别性，包括物料的编号、参数及使用对象等的属性定义，对于热加工环节使用的物料应在加工环节前后分别设置物料编码，保证编码一致性；

上述信息应采用自动或者半自动方式进行读取，并自动上传到相应设备或者制造执行层，便于生产过程的控制与信息追溯；

识别信息可具备一定的可扩展性，如利用RFID进行设备及现场执行层的数据写入。

四、数据字典与生产全流程数据完整性

航天航空锻压数字化车间工艺中用于操作、调试、维护与诊断的语义化描述方法，针对锻压装备、机械手、制件/模具加热炉给出设备静态属性集合以及表征现场装备运行状态的数据集合工艺装备的属性集。需针对不同制造商、不同型号的装备进行逐个解析与集成，增加许多繁琐重复性工作与成本，急需针对现场工艺装备制定统一的语义化描述方法，构建统一的数据字典，实现不同系统、不同企业间的信息互通。

航天航空锻压数字化车间建立的数据字典，具体要求如下：

包括车间制造过程中需要交互的全部信息，如设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息、生产计划调度信息等；

描述各类数据基本信息，如数据名称、语义、结构以及数据类型等。

通过定义现场装备数据字典，规范中民用航空数字化车间的数据采集与集成中所涉及的数据可用性、完整性、可扩展性等要求，从而保证数字化车间在数据层能够实现交互、追溯、集成的要求的问题。以锻造液压机滑块动态属性集为例，滑块是装备完成行程运动并按照上模具的主要工作部件。表征滑块运行状态的属性集合内容如下：

表1锻造液压机滑块动态属性集

五、系统集成

从信息系统功能模块、数据及质量管控、产品追溯与服务等方面规范航空锻压数字化车间信息系统，指导航空锻压数字化车间的信息系统集成。各系统包括：PLC、DCS、ERP、PLM、MES、SCADA、WMS等之间集成接口。

六、产品的质量、一致性和可追溯性

针对航天航空锻压工艺流程的瓶颈环节设计关键质控点，依靠信息化和数字化方式管控方式，并采用数据分析等技术精准控制各工序的质量数据在限定范围内，提高锻件产品的质量和可追溯性。

以锻压工序的自由锻造系统产品质量管控为例，锻造液压机可与操作机配合作业，能够与操作机实现联动功能。联机自动模式下，压机和操作机均自动运行。操作者在工艺师站上设定好控制参数值，保存在控制系统中。满足初始条件后，按下工作按钮，压机和操作机进行自动联动动作，以完成制件的制作。在压机和操作机联动过程中，以压机为主，操作机为辅。中间操作者可随时按下静止按钮以中止动作的执行。

程序锻造模块：压机配置有程序锻造模块，可以完成多种自由锻工艺的程序锻造。具体功能如下：

数据记录功能：可自动记录每一次压制过程的压下量、进砧量、翻转角度，最大压制吨位，并能够自动记录每次压制完成后的压下量。

锻造监控功能：对于自动锻造过程，能够自动记录锻造过程曲线，同时实时显示在工控机监控界面中，方便用户根据曲线调整工艺参数。

锻造程序库：针对常规锻件，可建立如轴类、筒类、方块、饼类、环类锻造程序库，便于自动和批量生产。且程序库支持自动查询、修改、另存功能。

控制参数执行功能：在锻造过程中，可按照设定好的下压量、回程量、进砧量、旋转角度、定位轴向位置、刻印深度等设定参数进行作业，以完成拔方、开坯、镦粗、刻印、精整等作业。

大数据应用功能：可实现数据采集、处理、分析、预警和数据反馈功能

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种航天航空锻压数字化车间，其特征在于，至少包括：

由基础层、执行层和管理层组成的系统架构；其中：所述基础层包括执行不同锻压工艺的锻压设备；所述执行层包括制造执行系统；所述管理层包括企业资源计划系统；所述执行层分别与基础层和管理层进行数据交互；

获取每台锻压设备固态信息和动态信息的现场资源数字化系统；所述固态信息包括档案信息和参数信息；所述动态信息包括控制执行层动作的活动定义信息和制造的活动反馈信息；

管控生产物料信息的物料数字化系统；所述生产物料信息包括物料识别系统和存储物料信息的数据库；

管控车间制造过程中需要交互全部信息的数据字典系统，所述全部信息包括设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息和生产计划调度信息；所述数据字典系统用于规范数字化车间的数据采集与集成中所涉及的数据可用性、完整性、可扩展性；

从信息系统功能模块、数据及质量管控、产品追溯与服务方面规范航空锻压数字化车间的集成系统，所述集成系统包括：PLC、DCS、ERP、PLM、MES、SCADA、WMS之间的集成接口；

质量管控系统，针对航天航空锻压工艺流程的质控点，对每个质控点的质检数据进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的航天航空锻压数字化车间，其特征在于：所述锻压设备包括锻造液压机、上料机器人、卸料机器人、模具或制件加热炉、机械手、热处理炉。

3.根据权利要求1所述的航天航空锻压数字化车间，其特征在于：在所述现场资源数字化系统中，每台锻压设备上安装有相互通信用的通信接口。

4.根据权利要求1所述的航天航空锻压数字化车间，其特征在于：所述物料识别系统包括电子识别标签和电子识别系统。

5.根据权利要求1所述的航天航空锻压数字化车间，其特征在于：所述档案信息包括：设备的编号、描述、模型。

6.根据权利要求1所述的航天航空锻压数字化车间，其特征在于：所述生产物料信息包括：坯料信息、润滑油信息、辅料信息、半成品信息。

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