图1 基于复合材料构建成形的数字化车间总体架构
图2 自适应系统：a→e的协同控制加工
在产品及零件制造活动中，制造工艺是利用加工设备、加工工具、人的技能等把原材料转变为成品零件的方法和过程，也是基于人的智力与体力劳动把设计图样及其技术要求转变成实际产品的知识和能力先进工艺与装备是发展智能制造的根基
在产品及零件制造活动中，制造工艺是利用加工设备、加工工具、人的技能等把原材料转变为成品零件的方法和过程，也是基于人的智力与体力劳动把设计图样及其技术要求转变成实际产品的知识和能力；装备是基于加工工艺原理实现产品零件加工的设备，是制造工艺实现的载体。智能制造是工业化生产在经历了机械化、自动化发展的基础上，在计算机技术快速发展的背景下继续向数字化、网络化、智能化发展，形成以“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”为特征的先进生产模式。
传统的机械化、自动化生产是通过加工设备延展了人的体力能力，智能化生产则是通过计算与通信技术、人工智能技术等增强知识自动化能力，延展了人的智能处理能力。无论何种生产模式，产品零件的制造工艺是主线，依托工艺形成制造知识，将制造知识植入加工装备或生产系统，是实现智能生产的前提条件，所以先进工艺与装备是实现智能制造的根基。基于产品和制造过程的数字模型环境，工艺与装备、通信与计算技术、知识工程与人工智能是实现智能制造的核心基础。在未来的产品制造过程中，制造数据、互联互通、自主决策将成为生产活动的核心：制造数据是生产过程处理的基本对象，贯穿生产活动的整个过程；设备之间、设备与产品之间、数字空间和物理空间之间基于信息通讯技术实现互联互通，实现数字量的传递；基于计算机技术及人工智能技术，实现数字量传递与处理、物流传输与交换、作业流程的智能处理。
在中航工业智能制造总体架构的4个层次中，生产管理层、控制执行层是工艺与装备应用的中心场所，它涉及到中航工业智能制造推进计划中建立智能生产管理系统和集成自动化系统、智能工艺装备研发平台、工业机器人集成应用技术平台、智能制造规范及验证平台等重点任务，这些内容也是中航工业制造所当前和今后服务航空企业、推动智能制造在企业落地所要开展的主要工作。
智能车间和生产线是实施智能生产活动的主体
中航工业智能制造集成模式是以产品生命周期和生产生命周期为主线进行总体规划设计的。基于系统工程思想，在产品策划阶段主要开展产品规划、需求工程、产品设计、快速原型等活动以形成数字和虚拟产品；通过开展协同制造工程，同期完成工厂、车间以及生产线的设计，形成数字和虚拟工厂；在产品实现阶段，真实工厂开始运行，通过供应链、企业制造资源系统，建立产品生产的基本前提条件，具体的生产活动通过部署在智能车间和生产线上的智能制造执行系统来进行。智能制造执行系统获取和同步数字化工厂的生产数据，通过认知技术系统支持智能化处理，通过多模态接口（集成、标准、交互）支持制造数据和物料的流动，实现车间和生产线层面的智能化生产。
智能车间/生产线建设与运行中涉及的关键技术主要有：生产布局建模仿真与优化、生产资源规划与动态调度、对多源信息的全面和实时采集、多源信息在生产系统各要素间的动态通讯、基于实时生产状态的数据资源聚合和分析决策、数字量驱动的车间/生产线精准运行等关键技术，这些关键技术是赛博物理生产系统技术的重要组成部分，是建立自组织、自学习、自适应和自优化的生产系统的核心技术。制造所近年来在智能车间和生产线整体方案设计和实施方面开展了一些工作，复合材料构件成形数字化车间是其中的一个实例。
复合材料构件成形数字化车间是制造所和中航复材共同承担的国家发改委智能制造装备发展专项项目，其主要目标是将目前以人工作业（手工铺放、激光定位、人工搬运等）为主的生产方式转变为数字化生产方式，在现有热压罐、复杂型面扫描检测设备基础上，增加自动铺带机、自动铺丝机、高速铣床等数控设备以及喷涂机器人，开发相应的三维工艺设计系统和车间运行管控系统，实现车间的数字化运行。针对项目要求，制造所通过生产线建模与仿真，分析了生产瓶颈和物流路径，建立了优化的工艺流程，梳理出了车间数据的传递关系和处理方法，建立了数字化车间总体架构（见图1），搭建了复材车间数字化加工、多源数据采集、车间运行管控、现场网络通讯等基础软硬件环境，形成了数字化车间的雏形。目前项目正在进行现场调试。
智能装备是智能生产实施的保障
智能装备是在现有数控装备所具备的数字控制能力基础上，增强感知决策功能，提升制造装备的智能处理能力。智能装备是控制执行层完成产品加工的基本场所，保障生产数据或指令的执行和实施，完成产品的加工。
智能装备的整机结构、功能部件、控制原理等都与工艺方法有关，涉及的关键技术主要有：工况的动态感知与信息采集、位置或状态判定及误差分析、基于工艺知识的决策处理技术等。不同工艺方法有其特有的工艺参数——加工目标关系曲线和制造知识，这些工艺曲线和制造知识嵌入到智能装备的控制系统中，支持基于工况的实时分析和决策处理。工程实现中，通过集成位置、力、热、振动、视觉识别等传感元件实现工件位置、几何形状、加工工况的实时采集，通过信号分析处理、位置误差分析、运动状态分析等确定工况状态、工作曲线等，在现有控制装置上通过嵌入工艺参数——加工目标关系决策规则、基于工艺知识的决策处理实现、基于加工工况的处理，控制系统按决策结果给出的工艺参数、针对工况的处理措施等驱动执行机构运行。
制造所在为航空企业提供各类航空专用工艺装备的基础上，正在向智能工艺装备转型，自适应加工系统、双光束激光焊设备的研制应用是两个典型实例。
自适应加工系统是基于发动机大型复杂叶片加工需求而开发应用的。叶片进入数控加工阶段时，通过叶身型面确定加工基准，加工区也只是叶身型面上的一部分，必须对工件实际的定位误差、型面误差进行补偿后才能进行加工。其中的关键技术是基于实测数据的模型重建与误差补偿处理方法和测量—调整—控制的集成。这种测量—调整—控制集成为一体加工系统也可以应用到采用成形、焊接、机加工艺组合制造的大型整体结构件中。
双光束激光焊是针对具有多曲面、变截面、夹层结构带筋整体壁板制造而开发的。蒙皮成形后，通过双光束激光焊接工艺方法将加强筋焊接在蒙皮上形成带筋整体壁板结构，蒙皮、加强筋装配时由于各工件的误差导致工件定位相对位置不能按模型准确定位，激光焊接头一方面要跟随实际的空间曲线形状焊缝移动进行焊接，另一方面又要同对侧的另一束激光焊接头保持同步，必须要实现焊缝轨迹的实时检测和跟踪移动，才能实现双光束激光焊接。针对这种工艺需求，制造所研制开发了11轴多功能激光焊接设备，但目前采用人工示教方法实现实际焊缝的检测跟踪，误差大、效率低，下一步将继续突破机器视觉技术，实现空间焊缝位置精准识别和自适应跟踪控制，以更好地满足新型结构件制造的需求。
制造所作为中航工业智能制造创新中心的依托单位之一，将从以下三个方面积极推进中航工业智能制造推进计划的实施：第一，立足行业内，通过国内外合作，研发具有自主知识产权的智能生产管理系统和集成自动化系统；第二，建立工业机器人集成应用研发平台，针对企业需求开发各类机器人集成应用系统；第三，建立智能工艺装备研发平台，为企业定制智能化的专用工艺装备和高档数控机床，并定制开发相应的编程与仿真等软件工具。
制造所将以智能制造创新中心为平台，着力突破智能制造关键技术，针对产品制造工艺凝练和应用制造知识，为企业提供智能装备、智能车间/生产线和生产单元的整体解决方案，并提供全生命周期的服务，推动智能制造在中航工业集团落地并取得实效。
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