（1.中国航空规划设计研究总院有限公司100120）
（2.中国兵器工业火炸药工程与安全技术研究院100053）
摘要：复合材料以其各项优越性能，已经迅速发展成为主要的航空材料之一，其用量成为航空结构先进性的重要标志。我国航空复合材料车间目前在数字化车间方面仍处在较低水平，本文分析了我国在航空复合材料数字化车间方面存在的问题，并总结研究了复合材料数字化车间的规划设计方案。
关键词：复合材料；数字化车间；规划设计
引言
减重、性能、成本是飞机选材的三大考虑因素，与传统金属材料相比，复合材料在飞机上大量应用可以明显减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。复合材料和铝、钢、钛一起，已发展成为四大航空结构材料，其用量已经成为航空结构先进性的重要标志，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一[1-3]。
经过数十年发展，复合材料已实现了从非承力构件、次承力构件到主承力构件的应用。国外军机、直升机、无人机上复合材料用量早已达到或超过50％，新一代大型客机上复合材料用量也超过了50％，通用航空领域小型飞机复合材料用量更高，部分机型达到了结构重量的90%。
1复合材料数字化车间规划设计研究的目的和意义
我国航空工业复合材料技术经过数十年发展，特别是近十余年的快速发展，已经掌握了大量先进复材零件制造技术，目前新研制各类飞机上复合材料用量大幅增加，已经基本达到了国际先进机型复合材料用量水平。但是，与国际先进复合材料制造水平相比，我国航空工业复材零件制造技术在自动化、数字化制造方面与国际先进水平尚存在较大差距。
解决航空工业复合材料产业发展问题，只能通过内涵式改革调整解决，改变车间传统管理模式。根据“中国制造2025”、“工业4.0”等新一代工业革命理念要求，数字化制造车间是实现新一代工业革命的基础条件，能够大幅提高车间生产效率、生产产能及零件制造质量。因此，开展航空工业复合材料数字化车间的规划设计分析是十分必要的。
2我国在航空复合材料数字化车间方面存在的问题分析
通过调研总结，与先进的数字化车间相比，我国航空工业复合材料车间在数字化方面存在的主要问题如下：
1）车间零件信息数字化水平不一
零件信息数字化主要需要使用计算机辅助设计软件，目前我国航空工业复材车间基本具备了一定数量的计算机辅助零件设计系统，但不同企业该类软件建设水平不同，不同复材车间具备的数字化设计、分析软件的种类、数量不同，零件、制造工艺的数字化设计、编辑等水平也不尽相同。
2）车间生产现场数字化管控水平较低
我国主要复材车间在下料、成型、机加、检测等主要工序已经基本配置了数字化设备。但是，复材车间仍普遍存在较多手工加工工序，如手工铺叠、切边打磨、手工检测等，并且手工工序在零件制造总工时上占比仍较大，该类工序未实现数字化、自动化加工，并且也未实现数字化管控。
3）物流方面未实现数字化管理
根据复合材料制造工艺，复材车间内主要物流包括零件物流、工装物流、配套物资物流，主要情况及存在问题具体如下：
零件物流：复材零件基本在“铺叠-固化-加工打磨—检测”各工序之间进行流转，各工序由于工作量情况不同，所需工时也不同。复材车间生产任务具有“多品种、小批量”的特点，零件种类多，各类零件尺寸、重量、复杂度均差异较大，各工序工作量、加工工时差异也较大，故目前复材车间各工序都是在进行多任务同时加工，多种不同类零件物流同时并行。目前复材车间主要采用传统人工管理，零件物流无法进行实时跟踪、统计分析、规划调度，经常导致不同工序零件积压、零件生产计划无法有效执行。
工装物流：成型工装物流路线相对较为简单，即“库房-铺叠间-固化区—脱模区—库房”，但是由于复合材料成型均需使用成型工装，工装具有种类多、用量大、使用频率高等特点，工装的物流效率、管理效率影响零件生产效率。目前对大量工装仍旧采用传统管理方式，无法对工装进行高效管理，导致大量工装现场堆积，同时导致需用工装调取不便、效率低，影响车间生产。
另外，复材车间内各类物资尺寸、重量差异大，运输使用的物流设备种类也较多，目前主要采用推车、叉车、吊车等对各类物资进行运输。现有运输设备基本能够满足主要物资的运输需求，但复材车间现有运输设备均未实现定位跟踪，车间调取运输设备效率较低，经常出现物料等车现象。
4）仓储方面自动化设备应用少、数字化管理水平低
复材车间存储物资种类多、存储量大，目前复材车间因物资存储仍旧主要采用传统存放方式，主要为地面堆放、普通货架存放等形式，管理也主要采用人工登记管理。
现有物资存储管理方式无法及时、准确的了解各类物资的库房存储情况，物资查找、调取、存入等效率低，经常出现需用物资不同及时供给，影响生产计划；待存物资无法及时入库，导致现场大量物资堆积；同时，由于无法及时、准确把握库房存储信息，车间往往采取多采购的方式解决影响生产的问题，这又进一步加剧复材车间物资存储影响车间运行的问题。
5）车间生产管理信息化系统能力较差
由于复材车间独特的特点，车间建设数字化系统难度较大，目前复材车间在数字化管理软件系统方面能力较差，具体如下：
生产资源计划系统（ERP系统）方面：复材车间基本连接了公司级ERP系统；
产品数据管理系统（PDM系统）方面：我国航空工业主机制造企业都具备PDM系统，复材车间联通了企业PDM系统，能够在车间电脑上查询、编辑零件三维数模、BOM信息、工艺信息等；
车间制造执行系统（MES系统）方面：目前仅极少数航空企业的复材车间建设了覆盖局部工序的MES系统，绝大部分复材车间均未建设MES系统，车间的生产计划、调度、管理仍旧采用传统人工方式；
数控设备联网(DNC)/数控设备监控与数据采集(MDC)系统方面：车间数字化设备仍旧是分散独立运行，未实现远程集中监控、控制，数字控制程序主要采用现场输入或使用介质拷贝方式输入至各数控设备。
3复合材料数字化车间规划设计方案分析
复材车间制造工艺复杂，传统复合材料厂房规划设计时重点放在了最大程度优化车间工艺布局、物流路线方面，在车间数字化管控方面考虑较少。航空工业复合材料数字化车间在车间规划设计方面需重点关注数字化管理运行对车间运行方式、工艺布局、工艺设备选型等方面的深刻影响，具体如下[4-10]：
1）数字化管控模式复合材料车间规划设计研究思路方面
数字化管控模式下复材车间管理运行与传统复材车间差异较大，规划设计人员不能还以传统规划设计经验、理念去规划设计数字化管控模式复材车间，必须真正深入了解复材车间生产者、管理者对数字化管控的需求、各环节数字化管控问题等情况。
复材车间制造工艺复杂、涉及工序多，实现数控模式下复材车间的规划设计，需要规划设计人员从生产者和管理者角度，深入理解车间零件生产、管理运行，具体如下：
生产者角度：规划设计人员需对车间每个环节均有深刻认识，了解各环节的运行情况、现状及存在的问题，结合现有数字化、自动化、信息化技术，设计出针对复材车间不同工序、不同环节的合理可行的的数字化管控方案；
管理者角度：数字化管理是数控模式下复材车间运行的灵魂，规划设计人员需能够以管理者角度分析车间管理存在的问题，结合先进信息化管理技术，在厂房规划设计时设置先进管理信息系统，并配套先进设备设施。
2）数字化管控模式复合材料车间工艺布局规划设计方面
数字化管控模式复材车间工艺布局规划设计时，需充分考虑复材车间数字化管控各个方面对车间工程布局的影响，主要如下：
充分考虑数字化工艺设备布置需求，随着复材车间数字化建设的推进，数控工序比例将大幅增加，与传统复材车间大比例手工工序差异较大，工艺布局规划时，需充分考虑数控工艺设备布置、生产准备要求、厂房配套要求等；
考虑生产现场可视化设备的布置，现场可视化是实现生产工序数字化管控的重要措施，复材车间规划设计时，需在各工序设计位置、面积合理的现场可视化设备区域；
复材车间仓储系统方面，在车间不同工序规划设计合理的自动化仓储设备，并配置条码扫描位置；
针对不同复材车间特点，规划各类自动化运输设备；
在复材车间各工序布置足够的、合理的RFID设备、条码扫描设备；
中央集控室方面，复材车间规划设计时需设计面积足够、位置合理的中央集控室，实现对生产现场的集中管控；
数字化管控模式复材车间由于大量、广泛使用数字化、信息化技术，对信息机房、弱电间需求较大，复材车间规划时需设置足够的机房和弱电间。
3）数字化管控模式复合材料工艺设备选型分析方面
数字化管控模式复材车间工艺设备配备与传统复材车间差异较大，结合第4章论述，数字化管控模式复材车间工艺设备主要如下：
（1）零件信息数字化方面
为实现复材零件信息和制造工艺信息数字化，主要配置软件及功能如下表所示。
复材车间规划设计时，运输工具应选择自动化运输设备，并在车间设置物流监控系统，具体各类设备选用规格、数量需要根据车间生产工艺、车间工艺布局的具体情况进行确定。
（4）车间数字化仓储系统方面
数字化仓储系统是提高复材车间各类物资存储效率、配送效率、物质有效利用率的重要手段，复材车间在进行规划设计时，仓储系统选型时，需尽量选择数字化仓储系统，具体如下表所示。
4结论
本文介绍了我国航空工业复合材料在数字化车间方面的现状，分析了复合材料车间存在的问题，并重点归纳总结了复合材料数字化车间规划设计方案。通过本文研究分析，能够为规划建设航空复合材料数字化车间提供有力的技术支撑，为复合材料“智能制造”车间的构建奠定基础。
参考文献：
[1]刘代军,陈亚莉.先进树脂基复合材料在航空工业中的应用[J].材料工程,2008,(l1):194-198.
[2]杜善义.先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报,2007,24(1):1-12.
[3]杜善义.复合材料和航空航天[J].复合材料学报,2008,22(1):1-7.
[4]托马斯?保尔汉森,米夏埃尔?腾?洪佩尔,布里吉特?福格尔?霍尔泽.实施工业4.0[M].北京:中国工信出版集团.2015.
[5]张国军,黄刚华.数字化工厂技术的应用现状与趋势[J].航空制造技术,2013,8:34-37.
[6]张建超,王峰年,杨少霞,袁硕.关于制造业数字化车间的建设思路[J].制造业自动化,2012,34(8):4-7.
[7]尹周平,陶波.智能制造与RFID技术[J].航空制造技术,2014,3:32-35.
[8]戚宝运,许自力,毛勤俭.数字化车间MES系统构建[J].指挥信息系统与技术,2013,4(1):25-29.
[9]王伟.企业数字化车间的数据采集技术概论[J].制造业信息化,2011,35:116-118.
[10]盛伟,商剑南,许伟民.数字化制造技术在工厂中的应用[J].工程建设与设计,2013,8:146-148.