摘要：摘 要：随着装备对轻量化、长寿命、高可靠要求的大幅提升，发展复杂薄壁结构具有重要的意义。在研究复杂薄壁结构发展现状的基础上，提出了复杂薄壁生产线和关键工艺标准体系的建设原则和框架结构，为复杂薄壁结构的生产制造效率提升、质量提高和成本降低提供技术基础保障。
摘 要：随着装备对轻量化、长寿命、高可靠要求的大幅提升，发展复杂薄壁结构具有重要的意义。在研究复杂薄壁结构发展现状的基础上，提出了复杂薄壁生产线和关键工艺标准体系的建设原则和框架结构，为复杂薄壁结构的生产制造效率提升、质量提高和成本降低提供技术基础保障。
关键词：复杂薄壁结构 生产线 关键工艺 标准体系
引言
随着国内外经济的不断发展、技术水平的日益进步，未来装备逐渐向信息化、体系化、系列化、高效化等方向发展，对其性能、效能、高质量、轻量化、可靠性等提出了更高的要求。
复杂薄壁结构是由薄板、薄壳和细长杆组成，具有多面多筋结构特征，直径/轮廓尺寸与壁厚尺寸之比大于20∶1的一类结构的总称。其能以较小的质量和较少的材料承受较大的载荷，具有轻量化程度高与功能密度大的显著特点，被广泛应用于航天、航空、兵器等领域的各类装备中[1]。近年来，各国装备生产任务逐渐增多，产品复杂程度越来越高，导致复杂薄壁结构生产制造存在加工技术发展现状与不断增长的使用需求、日益严格的质量要求和成本控制要求之间不匹配的问题。本文围绕高质量、高精度、跨行业、多批量的装备产品中的复杂薄壁结构的生产需求，立足复杂薄壁结构制造单位的现有制造能力，兼顾复杂薄壁结构制造技术发展趋势，研究构建复杂薄壁结构生产线和关键工艺标准体系，为提升复杂薄壁结构生产线的生产效率和生产能力提供标准化支撑。
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现状及问题分析
1.1 发展现状
国内复杂薄壁结构生产线现行相关标准主要集中在制造设备、薄壁结构通用产品的制造加工方面，尤其是轴类负载、机床、大型压力机、钣金加工等机械加工标准，以及自动化技术、焊接缺陷质量等级、切削刀具数据、关键特性波动管理等制造过程相关的管理标准。复杂薄壁结构相关的行业标准数量很少，主要集中在总体设计要求、产品规范、制造工艺、试验规程、检测方法等方面，尚未形成体系，无法全面指导复杂薄壁结构生产线的建设、运行和管理。
现有的复杂薄壁结构加工工艺相关标准主要有关于振动时效、数字化制造仿真、大尺寸精度测量、铝合金薄壁舱体加工工艺规范等方面的标准。整体上看，标准不成体系，针对性与指导性不强，缺少适用于运载火箭、大型航天器等大直径超大径厚比薄壁结构件精密加工的标准。
1.2 目前存在问题
1）生产效率低，难以适应产能快速扩充需求
工艺流程设计主要依据同类产品的生产管理经验，由于缺乏系统性、标准化的规范，生产线的工艺与布局存在较大的差异，很多生产线由于设计不合理导致生产成本高，生产效率低，生产能力不能得到充分发挥。
2）行业差距大，制约了跨单位协同制造发展
当前，我国复杂薄壁结构的制造单位依据型号研制任务需求，采用单元模块制造、柔性加工、混合组批等多种制造模式。不同行业复杂薄壁结构产品特点不同，工艺方案也不同，已初步形成了一批具有个性化特征的复杂薄壁结构生产线。然而，这种复杂多样化的生产线状态行业差距较大，协同制造发展不易，未来产能扩充时无法快速组建具有批量化制造能力的生产线。
3）先进制造技术标准应用不充分
随着加工技术的不断发展，近年来在国内外大型薄壁件的生产中陆续引入了如飞秒激光超精密加工、精密镜像铣削、在机测量、机器人组合加工等新技术[2]；然而，由于各厂所缺少统一的标准体系，无法评估自身技术的现状，也无从获取其他单位的先进经验，阻碍了先进技术的进一步应用和发展。2
标准体系建设原则
复杂薄壁结构生产线和关键工艺标准体系应覆盖生产线设计、建造、管理、运行的全过程，同时体现数字化、网络化、智能化发展趋势。标准体系在设计过程中应坚持完整性、先进性、协调性、实用性的建设原则[3]。（1）完整性。标准体系应兼顾当前复杂薄壁结构生产线现状和未来数字化、智能化生产需求，全面涵盖复杂薄壁结构生产线各领域的相关标准。
（2）先进性。标准体系与复杂薄壁结构先进工艺技术发展趋势一致，吸纳先进工艺技术相关标准。
（3）协调性。标准体系框架界面清晰，标准设置合理、协调配套。
（4）实用性。标准体系要符合复杂薄壁结构的生产特点，结合当前主流制造技术情况，优先策划切合实际工作的复杂薄壁结构生产线及工艺标准。在标准空白领域，优先策划满足共性需求的通用标准项目。
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标准体系框架组成
梳理航天、航空、兵器等行业复杂薄壁结构生产线的相关核心要素，得到不同要素之间的层级关系和隶属关系，提出复杂薄壁结构生产线和关键工艺标准体系框架，如图1所示。
图1 复杂薄壁结构生产线和关键工艺标准体系框架
3.1 生产线设计标准
生产线设计标准包括生产线顶层设计、工艺流程再造和柔性集成制造等标准。生产线顶层设计统筹复杂薄壁结构生产线建设各个方面，是生产线设计的重要内容。工艺流程再造是指制造复杂薄壁结构的工艺技术由于采用生产线模式引起的部分工艺内容的变更，是生产线设计的核心内容。柔性集成制造是指生产线设计阶段应重点考虑生产线的产品种类，以实现一条生产线满足多类复杂薄壁结构的制造需求。其中：生产线顶层设计侧重于生产线的方案设计；工艺流程再造侧重于制造工艺的重新设计；柔性集成制造侧重于生产线各类制造资源的统筹规划，以发挥制造资源最大效能。
3.2 生产线建造标准
生产线建造标准包括现场布局、设备设施配置和信息互联等标准。现场布局标准是指结合生产现场的软件条件、硬件条件、环境条件等，对生产线建造过程中各类设备的摆放、空间的设置等进行适当的调整优化，使其符合生产现场要求的相关标准。设备设施配置标准包括生产线各类硬件的建设标准。信息互联标准包括生产线各类软件的建设标准。
3.3 生产线运行标准
生产线运行标准涉及工艺设计与仿真、关键工艺、自动化检测、快速装配和设备状态监测等标准。从生产线上的产品生产过程来看，工艺设计与仿真是指通过软件环境设计复杂薄壁产品的制造过程，给出制造方案。关键工艺是指复杂薄壁产品在生产制造过程中主要使用的工艺方法，包括机加、成形、焊接、热处理、表面处理、增材制造、装配工艺等方法。自动化检测是指利用自动化装置对复杂薄壁产品的质量进行检测。快速装配是指多个复杂薄壁结构通过装配工艺形成一个新的复杂薄壁结构。设备状态监测是指生产加工过程中各类装备的数据采集和检测，以确保生产线正常运转。此外，还有生产线运行的电磁兼容等方面的其他运行标准。
3.4 生产线管理标准
生产线管理标准涉及生产计划与调度、现场管理、质量管控、安全管理、生产线运维保障等标准。从生产线的全过程管理维护来看，生产计划与调度是生产线生产计划制定、灵活调整的重要依据。现场管理是指对生产线上及其附近的物流、仓储、刀具、传感器、原材料等进行的有效管理。质量管控是指对产品质量进行检测并出具合格证。安全管理是指保障生产线上各类运行人员安全的管理措施。生产线运维保障是指定期对生产线上的不同设备进行维护、保养，及时更换老旧零部件。此外，生产线管理还包括工艺管理、能源管理、资源管理等方面的其他管理内容。
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结束语
复杂薄壁结构生产线与关键工艺标准体系从生产线设计、建造、运行、管理等方面全面覆盖了具备复杂薄壁结构生产加工特色的“人、机、料、法、环、测”等要素，可规范生产线从方案设计到运行管理各个环节的重点工作，为提升复杂薄壁结构的研制能力提供标准支撑。
由于复杂薄壁结构生产线的顺利运行与薄壁结构的制造工艺、装配、测试等过程直接相关，涉及到的不同类别人员常有协作，因此建立统一的标准体系可理清生产线内各个部分、各信息系统以及各种错综复杂的信息交互关系，保障生产线有条不紊地运行，推动复杂薄壁结构生产线实现横向协作和纵向集成。
目前，复杂薄壁结构生产的制造单位已积累了一批成熟经验和优秀做法，具备成为示范的潜质，但由于缺乏经验总结和成果固化，影响了复杂薄壁结构生产制造能力的整体提升。建立一套适用于复杂薄壁结构生产线的标准规范体系，建立规范化的复杂薄壁结构生产线标杆和样板，在建设流程、生产线布局、建设方法、装备要求等方面提出切实可行的具体要求，并在各制造单位推广应用，可有效指导相关单位迅速开展复杂薄壁结构生产线建设，为生产线的生产能力提升奠定良好的基础。
参考文献
［1］张士宏，程明，宋鸿武，等．航空航天复杂曲面构件精密成形技术的研究进展［J］.塑性工程学报，2021，28（8）：1－10．
［2］张红园.大型复杂薄壁构件重力变形分析与补偿［D］.大连：大连理工大学，2023.
［3］杜俊鹏，苗春林，孙育军，等．航天企业标准体系构建研究与实践［J］.航天标准化，2020（3）：15－19.
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来源：航天标准化
