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1  項(xiàng)目背景介紹

空間站建設(shè)、探月工程、深空探測等國家重大航天工程是列入“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱中的重大科技前沿攻關(guān)領(lǐng)域。液體火箭發(fā)動機(jī)是彈、箭、星、船、器等航天裝備的動力裝置，是我國航天工程以及戰(zhàn)略威懾的重要動力支撐。在生產(chǎn)任務(wù)劇增、多型號并舉的新形勢下，液體火箭發(fā)動機(jī)制造在滿足型號發(fā)展和提高產(chǎn)能方面的任務(wù)艱巨而緊迫。我國長期沿用單件研制的固定站位集中裝配模式，要求每名裝配工人熟知發(fā)動機(jī)整體結(jié)構(gòu)，對操作者技術(shù)水平要求極高。新一代大推力液體火箭發(fā)動機(jī)與常規(guī)運(yùn)載發(fā)動機(jī)相比，其設(shè)計(jì)指標(biāo)、系統(tǒng)方案、結(jié)構(gòu)布局、工藝和材料需求等的差別，決定了其裝配難度遠(yuǎn)高于其他系列火箭發(fā)動機(jī)。面臨生產(chǎn)任務(wù)急劇增長的壓力，增加裝配工、檢驗(yàn)員、焊工等人員數(shù)量將帶來人力、裝配場地爆發(fā)式增長的問題，也增加了現(xiàn)場工藝、生產(chǎn)情況處理以及工裝、量具等資源狀態(tài)管理難度。能力擴(kuò)張型發(fā)展并不能完全化解任務(wù)需求增加與生產(chǎn)能力的矛盾，同時(shí)還增加了產(chǎn)品質(zhì)量問題隱患，亟需通過智能制造推動向體系效能型升級，實(shí)現(xiàn)航天制造技術(shù)發(fā)展與管理模式創(chuàng)新。

2  項(xiàng)目目標(biāo)與原則

面向國家重大航天工程的戰(zhàn)略需求，根據(jù)液體火箭發(fā)動機(jī)自身的裝配工藝流程、裝配特點(diǎn)，建立我國首條新一代大推力液體火箭發(fā)動機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線，解決任務(wù)持續(xù)增長與資源約束沖突，實(shí)現(xiàn)國家重要戰(zhàn)略型號與智能制造體系的創(chuàng)新融合。

3  項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況介紹

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品信息數(shù)字化、全流程控制智能化、多專業(yè)制造協(xié)同化和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成化。其主要創(chuàng)新如下：

（1）提出了并行制造的脈動式裝配作業(yè)模式，提升流程科學(xué)性與資源協(xié)調(diào)性

本項(xiàng)目闡明了并行協(xié)同的作業(yè)模式思路與工藝規(guī)劃原則，創(chuàng)新裝配工藝?yán)砟睿貥?gòu)裝配流程，主線流程負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)總裝及測試工作，支線流程負(fù)責(zé)組件提前裝配和定制化導(dǎo)管生產(chǎn)工作，形成主線拉動支線、支線支撐主線的工藝流程架構(gòu)。產(chǎn)線平衡率達(dá)到86.47%，單工序作業(yè)時(shí)間縮短60%以上，徹底解決了總裝過程中調(diào)整環(huán)、定制化導(dǎo)管加工等環(huán)節(jié)串行生產(chǎn)面臨的瓶頸難題。

（2）攻克了基于數(shù)字孿生的位姿調(diào)控與定位補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)，保障裝配質(zhì)量一致性

航天受限于制造工藝，推力室等主要部件的實(shí)際產(chǎn)品與設(shè)計(jì)模型存在較大誤差。本項(xiàng)目突破了大尺寸空間多視角測量與配準(zhǔn)技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生體，在虛擬空間解算位姿關(guān)系。通過目標(biāo)點(diǎn)追蹤實(shí)時(shí)進(jìn)行重負(fù)載機(jī)器人位姿調(diào)控與定位補(bǔ)償，完成渦輪泵與推力室的精準(zhǔn)對接。兩軸線平行度不大于0.3mm、間距偏差不大于±0.2mm，對發(fā)動機(jī)裝配的一致性有決定性作用。

（3）解決了模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬裝配核心難點(diǎn)，改變?nèi)斯ぴ囧e(cuò)修磨的作業(yè)方式

基于激光與圖像融合方式測量導(dǎo)管接口與導(dǎo)管管型，并實(shí)現(xiàn)管路數(shù)字化重構(gòu)。在虛擬環(huán)境下，加載數(shù)字孿生體，模擬導(dǎo)管裝配過程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜約束條件下導(dǎo)管余量去除計(jì)算與裝配效果仿真。在多標(biāo)定系統(tǒng)下完成機(jī)器人規(guī)劃路徑，完成導(dǎo)管自尋位切割。改變了人工多次比試，并通過鋸切、打磨、銼修等方法去除導(dǎo)管待焊端面預(yù)留余量的作業(yè)方式。

（4）建立了虛實(shí)結(jié)合的智能化生產(chǎn)管控體系，推進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場的精益管理

以液體火箭發(fā)動機(jī)的裝配過程為主線，管控軟件基于數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬產(chǎn)線運(yùn)行模型，實(shí)現(xiàn)裝配線及生產(chǎn)全流程進(jìn)行整體管理配置。在生產(chǎn)線各單元信息化系統(tǒng)部署終端，完成裝配管理、數(shù)據(jù)采集、問題跟蹤與處理、定制化生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳遞等，關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)采集率覆蓋100%，實(shí)現(xiàn)脈動、并行的生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，同時(shí)支撐決策層、管理層、執(zhí)行層的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)貫通。

4  效益分析

本項(xiàng)目充分體現(xiàn)了動態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行等智能要素，是幾十年來傳統(tǒng)總裝模式的根本性變革。項(xiàng)目規(guī)劃了基于并行工程的脈動式裝配模式，在關(guān)鍵工藝指標(biāo)控制、產(chǎn)品裝配一致性、關(guān)鍵環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率提升方面發(fā)揮了巨大的作用，產(chǎn)能提升300%以上，一次裝配合格率從60%提升至98%，單位產(chǎn)值能耗降低15%，為航天任務(wù)實(shí)施提供高質(zhì)量、高穩(wěn)定、高安全度的液體火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)生了重要的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

液體火箭發(fā)動機(jī)是彈、箭、星、船、器等航天裝備的動力裝置，是我國航天工程以及戰(zhàn)略威懾的重要動力支撐。本項(xiàng)目面向國家重大航天工程的戰(zhàn)略需求，根據(jù)液體火箭發(fā)動機(jī)自身的裝配工藝流程、裝配特點(diǎn)，建立我國首條新一代大推力環(huán)保液體火箭發(fā)動機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品信息數(shù)字化、全流程控制智能化、多專業(yè)制造協(xié)同化和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成化。創(chuàng)新技術(shù)充分體現(xiàn)了動態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行等智能要素，是幾十年來傳統(tǒng)總裝模式的根本性變革，實(shí)現(xiàn)了國家重要戰(zhàn)略型號與智能制造體系的創(chuàng)新融合，為航天任務(wù)實(shí)施提供高質(zhì)量、高穩(wěn)定、高安全度的液體火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)生了重要的經(jīng)濟(jì)及社會效益。