智能制造推动航天“金牌动力”

走进隶属于航天科技集团六院的

(资料图片)

西安航天发动机有限公司

（以下简称西发公司）

液氧煤油发动机新区总装厂房

一条全新的液体火箭发动机

总装脉动生产线映入眼帘

和以往工厂里工人们热火朝天的

忙碌景象不同，这里的工人并不多

“其实我们这儿的同事不少呢。”

技术人员神秘地指了指生产线

“看，那些都是我们的‘机器人同事’。”

只见工人将零件运至入口，“机器人同事”挥动机械臂抓取零件，准确固定在三坐标台面上，开始检测，43分钟检测完毕，输出报告，自动卸下零件放置在运输小车上，完毕！

对比之前，液体火箭发动机壳体零件检测现场不再需要几个人费劲地搬上搬下，一个指令下达便可完成所有操作。原来单件检测时间需三四个小时，现在平均检测时间约40分钟，效率成倍提升。

这里不仅有“眼睛”和“手”，还有秘密武器——非接触式测量手段的应用，代替“人眼”进行精准测量；高精度机械手臂替代“人手”进行高效装配；根据发动机特点定制的专业装备作为秘密武器，让发动机在装配过程中灵活转动、翻转自如。

作为我国唯一的大型液体火箭发动机专业研制生产企业，西发公司积极推进智能制造技术实践应用，推动实现制造数字化转型升级，不断提升航天液体动力核心制造技术水平，接续彰显“金牌动力”的卓然风采。

“智”造驱动

让发动机总装过程更具柔性

液氧煤油发动机脉动生产线。

“在总装脉动生产线投产应用前，发动机采用‘固定工位、集中装配’的模式。发动机放置于装配垫板上，装配人员围绕发动机完成所有的装配测试工作，从开始到装配结束，始终如一‘坚守’在自己的装配位置。而大型组合件的对接、运送等都还要通过吊车完成。”公司总装车间主任周长军介绍。

如今，在液氧煤油发动机新区总装厂房，液体火箭发动机的总装测试采用了脉动装配模式，按照发动机装配测试流程，将产线划分为八个单元。每个单元只完成固定装配任务，各单元人员不变，发动机在各单元之间脉动流转。“脉动式生产，实现了装配的精益化高效管理，提高了发动机装配效率和质量。”周长军说。

周长军所提到的液体火箭发动机总装脉动生产线，如今已完成50余台发动机的总装总测任务。从这条线上走下来的发动机，已经参与我国空间站建设等重大宇航发射任务，为我国航天建设提供了持续的动力源泉。

在这条生产线上，融合了多种先进技术的大型自动化装备随处可见。比如，矗立在第一单元的“大块头同事”——涡轮泵推力室对接系统，通过非接触式激光测量技术与六自由度重载机器人调姿技术的集成应用，实现了发动机大型组合件的位姿自动调整和精准对接。而以往这两个组件的对接，需要多人采用工装对接，不仅耗时且对人员技能经验要求较高。如今，只需轻轻按动控制面板上的几个按钮，就可以轻而易举完成发动机两大组件的对接。

在生产线建设初期，公司就按照产品化原则，结合相关技术，对厂房工艺布局进行优化设计。随后，对发动机装配流程、工艺要求及各流程工作周期等因素进行分析，通过产能平衡计算规划单元工位数量，将发动机主装配流程划分成8个连续装配子单元，消除瓶颈环节，将大型专业工艺装备按流程前后顺序布置于相关单元内。发动机在各单元的“机器人同事”手中按序流转，有效解决了传统模式下频繁周转、在线等待问题。

发动机导管如同人体的血管，是输送燃料和氧化剂的通道。而在每台发动机上，存在有几十种尺寸形状各异的导管，需要研制人员根据每台发动机实际状态进行量身定制。

“原先的导管生产需要反复在发动机上进行比试，反复挫修打磨，往返于挫修间和总装现场，费时费力。”现场装配工人说，在这一环节，数字孪生技术“登场”：通过激光测量采集发动机上各导管接口的实测数据，在实测数据驱动的三维模型上进行导管的虚拟装配，并据此进行导管定制化加工。“数字孪生等先进制造技术的引入，将原本只能与发动机主装配过程串行的导管生产过程变为并行，这一生产模式创新缩短发动机装配周期40％以上。”

技术革新

数字化检测系统颠覆传统方法

发动机导管定制化生产线。

传统射线胶片的归档存储问题，深深困扰着无损检测中心研究员王永红。

“目前中心的6个底片库房已基本处于饱和状态，保管成本和压力更是与日俱增，改革势在必行。”王永红边说边从角落的储存架上拉出一箱50斤重的底片，标记存档时间为上个世纪90年代。

现在，数字化检测系统的应用以电子图像取代传统胶片，不但解决了库房存储问题，检索时间也由10 分钟缩短至15秒，极大降低了底片复查的劳动强度，让工作人员再也不用翻箱倒柜找资料，质量复查回溯更加简便。

此外，数字化手段的改进运用，还能通过图像增强处理让焊缝内部缺陷无处遁形。过去需要在高光照条件下肉眼仔细分辨的微小缺陷，现在通过专用软件平台，轻点鼠标，其轮廓尺寸便一览无余，不仅提高了检测灵敏度，还增强了检测结果的可靠性。

推力室无损检测组组长高辉与“机器人同事”相处得非常融洽，提到中心研发的首套自动化检测系统赞不绝口，“一件推力室钎焊身部产品，原本我们需要整整一天半时间检测完毕，现如今只需要71分钟。”

以前检测必须将发动机推力室划分成大大小小100余块检测区域，贴上数字编号，配合30多斤重的特制工装，将胶片粘贴到钎身上，靠四五个人频繁进出铅房转动钎身才能完成检测，其间还要同步进行大量胶片裁切、暗室底片冲洗工作，过长的检测周期严重制约着发动机的生产周期。

现在，检测人员只需将推力室推进铅房，“机器人同事”便带动探测器主动靠近推力室外壁，与射线机精准协同，按规划好的最优路径自下而上，伴随着推力室的“自转”，逐层扫描检测，过程无需人工干预。目前，该系统已完成1300余台件次推力室产品检测。

“阵列数字探测器及机器人的引入，提高了钎焊身部的检测灵敏度及检测效率，在满足发动机7大类钎焊产品检测需求的基础上，我们又进一步挖掘其检测潜力，升级开发新功能，用来并线自动检测推力室中段等8大类熔焊产品。”中心副主任刘国增介绍说。

基于该系统的技术积累，中心团队再引入机器人3D视觉识别技术，研发出了导管焊缝柔性检测系统。截至目前，该系统已累计完成220台次发动机导管的检测工作，检测导管5000余根。

“神经中枢”

打通信息传递的“任督二脉”

要让整个智能化生产线动起来，光靠自动化设备还不够，还必须有一个“神经中枢”进行指挥。“我们把MES、自动物流调度等系统接入生产流程，以物料、物流等看板拉动车间高效运行。”公司信息中心主任梁栋介绍。

与生产线建设同步进行的还有信息化建设。如今，公司基本建成了由PDM（产品数据管理）、MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）、质量管理系统组成的信息化系统框架，实现了数据的实时采集、传递、结构化存储与应用。

生产人员通过操作MES系统，指挥AGV小车不断从立体库进出，将3000多项零件按需、准时、定量配送至各工位。生产进度、库存情况等数据和信息，通过MES系统进行统一管控，保证了生产线的高效运转。

通过数字化系统的集成应用，生产现场已基本实现了无纸化办公。操作工人只要扫描零件合格证上的二维码，系统将自动配套对应的工艺规程；每进行完一道工序，系统会进行数据自动采集，实现关键参数自动记录，系统根据工艺规程要求自动判读参数记录值是否合格，如果不合格，系统将无法跳转至下道工序。通过数据的实时自动采集和约束性流程控制，发动机生产质量得到严格管控。

如今，智能化制造在西发公司已遍地开花。在阀门装配车间，电磁阀精益生产线已投入应用；在涡轮泵生产车间，涡轮泵装配生产线正在建设；在热处理车间，设备集中管控系统实现大型热处理设备的高效可视化管控……这些自动化、智能化装备和数据驱动的信息化平台，代替了人工重复性、重载荷、低附加值的工作，让液体火箭发动机智能装配新模式“落地生根”。

近几年，中国航天迎来高密度发射态势，作为我国新一代运载火箭的主动力系统，液氧煤油发动机大规模批产应用已箭在弦上。西发公司加快生产步伐，将液氧煤油发动机生产新区打造成现代化、智能化工厂，为空间探索“长征路”提供不竭动力，支撑液体动力智能制造从精细到精益再到卓越的转变。

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