1 引言
2015年5月19日，国务院正式发布《中国制造2025》，明确了以促进制造业创新发展为主题，加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，促进产业转型升级。此后，国家制造强国建设战略咨询委员会特编制了中国制造2025重点领域技术路线图，航空航天装备是重点发展的十大领域之一，其细分方向就包括了航空机载系统。
航空机载系统相较于国外机载系统，起步较晚，技术水平相对落后，产品多品种小批量特征突出，为生产组织带来一定的困恼，精密设备、自动检测手段还有待提高，精益理念指导下的生产组织还未成熟，智能技术引入相对较少。亟需进行先进生产模式和能力的优化。
本文拟从航空机载系统机械加工生产上，概述产线设计时的主要规划方向及要点，总结通用的建设方向、架构、思路，为后续产线设计提供参考。
2 总体原则
目前，学者对制造业能力提升研究较多的点主要集中在精益生产和智能制造两个方面，实际上，二者缺一不可，相辅相成，需综合运用二者的理念方法，才能最有效的实现生产能力的提升。
本文拟从敏捷化工艺设计、智能生产管控、准时化仓储物流、精益化生产单元、基于自働化的质量管理方案等全生命周期各个环节梳理精益生产及智能制造的核心改善点。
3 总体架构设计
生产管控层：MES系统、ERP系统、CAPP、PLM、仿真分析软件等。
数据融合层：DNC实现数控程序的传输、MDC实现对机床运行状态的监控、SCADA系统实现对机床、三坐标测量机、自动物流转运系统、物料等时空信息的实时监控。
生产执行层：数控机床、在机检测设备、三坐标测量机、自动物流转运系统、机械手自动上料、柔性快换工装等。
4 方案设计思路
4.1 敏捷化工艺设计
航空机载产品多品种、小批量、变状态的特点突出，批生产及新品研发混流生产，为了实现敏捷化的工艺设计，需综合考虑型号背景、功能需求、研制阶段状态，设计不同的工艺方案，统筹考虑成本、效率、质量等因素，提升产品质量一致性和制造效率、降低制造成本。
在具体设计过程，各单位可根据现有条件，补充健全如下功能：“全工艺设计软件”，“基于特征的快速编程软件”，“几何仿真软件”，“切削仿真软件”，逐步搭建“工艺知识库”，形成知识共享和模板化机制，将重复性的工作由计算机完成，工艺人员负责相应方法、策略的规划，逐步减少设计中人的随意性，实现工艺标准化。
4.2 智能生产管控
智能生产管控是智能制造的核心大脑，通过全面的集成MES、CAPP、ERP、DNC/MDC、WMS、SCADA等系统功能，实时掌握车间各生产资源信息状态数据，搭建数据分析平台及生产知识库，动态的对车间生产任务进行智能均衡化排产，指导物料的准时化供应，实现对现场生产过程、制造资源、作业人员的管理和过程质量追溯。
4.3 准时化仓储物流
1）物料信息采集系统
构建物料信息采集系统，实现物料的实时状态采集，以便进行数字化管理，并为生产管控系统提供数据支撑。
2) 智能仓储设计
根据各产品产能规划、物料BOM清单、工装工具需求清单、产品结构特点、存储要求，合理设计存储量及存储形式。如立体库、智能灯选货架、回转库、塔式线边库等。
物料存储要做到数字化管理，可以实时更新记录各物料的信息，做到物料可追溯，自动出、入库。减少人员管理及人工出入库的浪费。
3） 准时化生产准备调度
在MES基础上扩充生产准备调度功能，根据生产订单及MBOM信息，提前下发生产准备指令，操作员工提前进行刀量夹具等辅助设备的配套准备，保证其准时配送至生产线旁，减少机外生产准备时间。
4) 准时化物料配送
可考虑“零库存”+拉动式生产模式，设计工序间看板（KANBAN）用于指导前工序下料及物料转运，多频次小批量的周转，有利于减少线边库存量及原材料库的库存成本，此种管理模式在汽车行业应用成熟，长期积累运行稳定后可逐步减少采购量及库存成本。
按照实际生产需求节拍TT、下料单元运送到生产线的物料周转时间CT、周转车承载能力，统筹考虑看板时间窗、定时不定量看板、定量不定时看板选择方法。
5） 自动物流系统设计
仓储区至生产区物流根据实际需求、土建形式等进行综合设计。
可参考自动物流设备包括：各类自动传送带、AGV、RGV、垂直提升机等；
可参考主要形式：地上传送、地下轨道、空中轨道。
4.4 精益生产单元
1）精益布局
根据实际生产工艺流程，设计精益单元，减少物料在工序间转运的运输浪费，培养多能工，实现一人多机及少人化的可能性。
2）标准化作业
对于产品加工工艺设计方法、编程规则、机床参数、钳工加工、装夹等工序操作进行标准作业定义和细化，减少人为的随意性，提高产品的一致性。
3）数控设备
根据产品精度要求，适当选用数控多自由度加工设备，实现高精度加工任务。
4）设计柔性快换系统
在零件加工过程中，刀具换装、零件装夹找正、夹具换装、程序导入等占用机内加工时间的67%，导致大量的停机等待，使得设备利用效率大大降低，而且也增加了工人的劳动强度。
可考虑引入机床快换装置，实现物料的快速装夹定位。快换装置主要由拉钉、零点零位基座、以及快换托盘组成，零点定位系统采用机械夹紧、开锁采取气压动力源，其拉紧装置具有拉紧反馈装置，并且和机床的PLC进行信息交互。
5）自动上下料
利用机械手实现自动上下料，整个加工过程就形成一个闭环，可以做到无人值守的加工过程，通过机器人控制系统与数控设备的系统互相通信集成，达到控制加工节拍，实现无人干预的自动化加工过程。
4.5 基于自働化的质量管理方案
“自働化”不同与“自动化”，自働化强调让设备具有人的智慧，当被加工产品出现质量不良时可以自动判别停止，保证工序不流出不良。
1）数字化检测系统
配置数字化检测编程软件、三坐标测量机、视觉识别检测等设备，进行产品数字化检测，保障产品质量。
2) 在机检测
进行设备机内检测探头的改造，实现在机检测，提高过程质量控制能力。设置MDC系统，对机床设备进行物联集成，设备过程参数及探头检测结果进行采集，并与系统知识库进行比对，实现质量的实时对比，出现偏差时可以及时提醒或自适应的进行参数调整。
在零件加工过程中，可以在机检测被加工零件的过程数据，可实现工件自动找正、刀具自动在机检测、工件在机检测，检测完成后自动补偿刀具偏置或加工路径，直接在机床内实现加工—检测—反馈的质量闭环控制。
3) 检验设备联网
对三坐标测量设备联网，将检验数据进行记录，数据库逐步积累机床参数及检验参数后，远期引入质量分析算法，分析加工参数对质量的影响因子，为后期的智能辅助决策提供支撑。
4) ANDON系统
设计ANDON系统，实现机床故障及时报警，避免用故障设备间进行加工。
5 小结与展望
本文主要总结了机载系统机械加工精益智能生产线在设计时所涉及到的主要精益智能元素，后续各产线设计时，可参考本文提到的智能元素点，根据实际需求进行配置，提高设计效率。后续的研究中会对各智能元素进行更细致的研究，丰富精益智能机加产线设计的内涵。
