Основой трансформации, направленной на решение актуальных проблем в производстве авиационных двигателей, является построение, внедрение и развитие «умных заводов» – передовых производств, базирующихся на принципах “Индустрии 4.0”. Производство авиационных двигателей традиционно является одной из самых передовых, высокотехнологичных и наукоемких отраслей промышленности. Совершенствование конструкции двигателей, применение новых решений и материалов требует постоянного развития не только технологий изготовления отдельных деталей и узлов двигателя, но и производственной системы в целом. В настоящее время созданы все технологические предпосылки для очередной крупной трансформации авиадвигателестроительного производства [1]. В первую очередь это связано с наличием в существующей системе ряда недостатков, мешающих дальнейшему поступательному развитию.

Рисунок 1. Структурная схема умного производства

К наиболее значимым недостаткам можно отнести наличие человеческого фактора и его существенное влияние на выходные показатели производства; наличие «узких» мест; большой объем проводимых опытно-технологических работ при внедрении передовых технологических процессов и новых изделий; невозможность оперативного планирования из-за несвоевременного анализа большого объема информации; сложность тиражирования внедренных решений в виду специфики производства и инерции его развития.

Основой трансформации, направленной на решение указанных проблем, в данном случае является построение, внедрение и развитие «умных заводов» – передовых производств, базирующихся на принципах «Индустрии 4.0».

В рамках ПАО «ОДК-Сатурн» достигнуты положительные результаты и накоплены существенные компетенции в области создания и внедрения элементов «умных» производств, базирующихся на применении умного оборудования и инструмента, адаптивных алгоритмов обработки и алгоритмов самообучения, киберфизических систем (рисунок 2). Примером такого подхода может считаться автоматизированный комплекс обработки технологических баз лопаток ГТД и комбинированный роботизированный фрезерно-шлифовальный комплекс для адаптивной обработки замковой части лопаток компрессора, позволяющие изменять параметры обработки исходя из текущих показаний системы и мониторинга их состояния в режиме реального времени [2]. Также проходят апробацию системы мониторинга состояния оборудования, системы контроля особо ответственных параметров производственных процессов, системы быстрой переналадки оборудования, планируется внедрение автоматизированных транспортных систем, станочных комплексов с высокой степенью автоматизации. Новизна этих решений подтверждается наличием патентов в данной области [3,4]. При этом каждое разработанное и внедренное решение является весьма значимым, так как фактически представляет собой еще один шаг, сделанный на пути создания полноценного «умного» производства.

Рисунок 2. Локальный элемент умного производства 

Создание автономно функционирующего умного завода накладывает требования на интеграцию локальных элементов умного производства в единую цифровую модель производственной системы. Для обеспечения данного требования планируется проведение масштабных работ по созданию виртуальных моделей оборудования с полным функциональным набором характеристик, разработке и внедрению систем виртуальной пуско-наладки, созданию прогностических моделей производственных процессов, а также отдельных подсистем или систем моделирования различных методов обработки, учитывающих специфику каждого конкретного метода. Применение данных моделей и подсистем на практике позволит осуществить моделирование производственных и технологических процессов, избежать длительных циклов наладки и пуско-наладки оборудования, полностью исключить влияние человеческого фактора, оптимизировать технологические процессы изготовления ДСЕ.

Параллельно планируется масштабное внедрение в производство автономных автоматизированных участков сборки оснастки и инструмента. Сборку оснастки планируется осуществлять из стандартизованных и унифицированных элементов, что позволит отказаться от дорогостоящих специальных приспособлений, обеспечить автономный режим работы систем ТПП, повысить качество изготовления ДСЕ. При этом специальные элементы оснастки будут изготавливаться здесь же путем доработки унифицированных элементов с последующим присвоением номера и занесением в специальный каталог сборок. Сборка, настройка и проверка инструмента будет производиться аналогично. Наличие каталогов сборок, стандартизированных и не стандартизированных элементов оснастки и инструмента, позволит оперативно выдавать заказы на их приобретение и изготовление, исключая простои из-за их отсутствия или несвоевременного предоставление на рабочее место.

Рисунок 3.а Переналаживаемая оснастка

Рисунок 3.б Роботизированная подготовка инструмента

Обобщающим, глобальным проектом в данном случае является разработка систем диспетчирования с функцией обратной связи и самообучения, обеспечивающих оперативное ситуационное прогнозирование и перераспределение производственных потоков на основе информации, поступающей в режиме реального времени. Основополагающим элементом такой системы будет реализация функции чипирования с возможностью накопления и хранения всех характеристик деталей, инструмента, оснастки, а также визуализация производственных процессов.

Реализация этих проектов направлена на развитие производственной системы и должна основываться на самых передовых тенденциях и достижениях в области цифровых технологий, так как они являются начальным этапом построения цифрового двойника будущей производственной системы «умного производства».

Рисунок 4. Цифровой двойник участка обработки лопаток компрессора

Под цифровым двойником в данном случае понимается имитационная модель производства позволяющая отработать различные ситуационные модели и определить оптимальные характеристики системы с оптимизацией ее производительности. Также следует отметить, что созданные цифровые модели оборудования полностью исключат вмешательство в работу существующих систем за счет проведения виртуальных экспериментов с проработкой различных стратегии обработки. При этом модульный принцип построения будет способствовать тиражированию различных элементов системы, например, ГПЯ, и созданию на их основе новых производственных линий, распространяя тем самым накопленный опыт и имеющиеся наработки на другие производственные площадки, в том числе и в рамках АО «ОДК».

Также «цифровой двойник» рассматривается как основа для создания систем самодиагностики и самообучения, ведь обладая полным функциональным набором инструментов моделирования и исключительным объемом информации, могут быть просчитаны все варианты развития того или иного процесса, определены варианты решения задачи с исключением любых негативных последствий. В качестве одного из элементов функции самообучения можно представить автономизацию процессов наладки и настройки оборудования на обработку конкретной партии деталей, а также изменение параметров обработки на основе оперативной информации от систем мониторинга и систем контроля. При этом «цифровой двойник» должен имеет весь набор инструментов для проведения прогностического моделирования и выдачи, требуемых рекомендации, в режиме реального времени, а единая информационная платформа, базирующаяся на принципе интероперабельности (функциональной совместимости) всех систем, будет способствовать оперативной передаче решения на соответствующее оборудование.

Очевидно, что решение задач в области реализации проекта «умное» производство, а также отдельных подпроектов потребует консолидированного участия различных организаций, специализирующихся на инновационной деятельности, таких как региональные «Фабрики будущего» (Глобальные центры компетенций в регионах), ВУЗы, НИИ, промышленные предприятия, объединения и корпорации.

Таким образом трансформация производства авиационных двигателей, как одной из самых технически и технологически продвинутых наукоемких отраслей неизбежно пойдет по пути построения «умного» производства. Основными преимуществами данного подхода является повышение качества продукции, снижение себестоимости, увеличение пропускной способности и как следствие повышение конкурентоспособности. При этом в качестве продукта в данном случае уже может рассматриваться не только продуктовая линейка авиационных двигателей, но и элементы «умного» производства.

Используемые источники:

1. Коряжкин А.А. Основные направления развития, технологии «умной фабрики», решаемые технологические барьеры. Трамплин к успеху. №10 2017. Стр. 18-20.
2. Коряжкин А.А., Орлов А.А., Пичужкин С.А. Тенденции развития электрохимической и механической обработки лопаток компрессора в рамках реализации «умного» производства. Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева № 4 2018. Стр. 90-96.
3. Патент на изобретение №2639584 «Способ шлифования криволинейных поверхностей детали на робототехнологическом комплексе». Стогов В.С., Коряжкин А.А., Пичужкин С.А.
4. Патент на изобретение №2645633 «Способ обработки хвостовика и корневой части пера лопатки на многокоординатном станке с ЧПУ». Зиновьев Д.В., Коряжкин А.А., Пичужкин С.А.

Автор: Андрей Коряжкин
Источник: http://www.up-pro.ru/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!