1  項目背景介紹

空間站建設、探月工程、深空探測等國家重大航天工程是列入“十四五”規劃和2035年遠景目標綱中的重大科技前沿攻關(guān)領(lǐng)域。液體火箭發(fā)動(dòng)機是彈、箭、星、船、器等航天裝備的動(dòng)力裝置，是我國航天工程以及戰略威懾的重要動(dòng)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(dòng)機制造在滿(mǎn)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(cháng)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(dòng)機整體結構，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(dòng)機與常規運載發(fā)動(dòng)機相比，其設計指標、系統方案、結構布局、工藝和材料需求等的差別，決定了其裝配難度遠高于其他系列火箭發(fā)動(dòng)機。面臨生產(chǎn)任務(wù)急劇增長(cháng)的壓力，增加裝配工、檢驗員、焊工等人員數量將帶來(lái)人力、裝配場(chǎng)地爆發(fā)式增長(cháng)的問(wèn)題，也增加了現場(chǎng)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(wèn)題隱患，亟需通過(guò)智能制造推動(dòng)向體系效能型升級，實(shí)現航天制造技術(shù)發(fā)展與管理模式創(chuàng )新。

2  項目目標與原則

面向國家重大航天工程的戰略需求，根據液體火箭發(fā)動(dòng)機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(dòng)機總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，解決任務(wù)持續增長(cháng)與資源約束沖突，實(shí)現國家重要戰略型號與智能制造體系的創(chuàng )新融合。

3  項目實(shí)施與應用情況介紹

本項目實(shí)現了產(chǎn)品信息數字化、全流程控制智能化、多專(zhuān)業(yè)制造協(xié)同化和各業(yè)務(wù)系統集成化。其主要創(chuàng )新如下：

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

本項目闡明了并行協(xié)同的作業(yè)模式思路與工藝規劃原則，創(chuàng )新裝配工藝理念，重構裝配流程，主線(xiàn)流程負責發(fā)動(dòng)機總裝及測試工作，支線(xiàn)流程負責組件提前裝配和定制化導管生產(chǎn)工作，形成主線(xiàn)拉動(dòng)支線(xiàn)、支線(xiàn)支撐主線(xiàn)的工藝流程架構。產(chǎn)線(xiàn)平衡率達到86.47%，單工序作業(yè)時(shí)間縮短60%以上，徹底解決了總裝過(guò)程中調整環(huán)、定制化導管加工等環(huán)節串行生產(chǎn)面臨的瓶頸難題。

（2）攻克了基于數字孿生的位姿調控與定位補償關(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)品與設計模型存在較大誤差。本項目突破了大尺寸空間多視角測量與配準技術(shù)，構建數字孿生體，在虛擬空間解算位姿關(guān)系。通過(guò)目標點(diǎn)追蹤實(shí)時(shí)進(jìn)行重負載機器人位姿調控與定位補償，完成渦輪泵與推力室的精準對接。兩軸線(xiàn)平行度不大于0.3mm、間距偏差不大于±0.2mm，對發(fā)動(dòng)機裝配的一致性有決定性作用。

（3）解決了模型與數據驅動(dòng)的虛擬裝配核心難點(diǎn)，改變人工試錯修磨的作業(yè)方式

基于激光與圖像融合方式測量導管接口與導管管型，并實(shí)現管路數字化重構。在虛擬環(huán)境下，加載數字孿生體，模擬導管裝配過(guò)程，實(shí)現復雜約束條件下導管余量去除計算與裝配效果仿真。在多標定系統下完成機器人規劃路徑，完成導管自尋位切割。改變了人工多次比試，并通過(guò)鋸切、打磨、銼修等方法去除導管待焊端面預留余量的作業(yè)方式。

（4）建立了虛實(shí)結合的智能化生產(chǎn)管控體系，推進(jìn)生產(chǎn)現場(chǎng)的精益管理

以液體火箭發(fā)動(dòng)機的裝配過(guò)程為主線(xiàn)，管控軟件基于數據構建虛擬產(chǎn)線(xiàn)運行模型，實(shí)現裝配線(xiàn)及生產(chǎn)全流程進(jìn)行整體管理配置。在生產(chǎn)線(xiàn)各單元信息化系統部署終端，完成裝配管理、數據采集、問(wèn)題跟蹤與處理、定制化生產(chǎn)數據傳遞等，關(guān)鍵參數數據采集率覆蓋100%，實(shí)現脈動(dòng)、并行的生產(chǎn)過(guò)程的數字化管理，同時(shí)支撐決策層、管理層、執行層的業(yè)務(wù)與數據貫通。

4  效益分析

本項目充分體現了動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行等智能要素，是幾十年來(lái)傳統總裝模式的根本性變革。項目規劃了基于并行工程的脈動(dòng)式裝配模式，在關(guān)鍵工藝指標控制、產(chǎn)品裝配一致性、關(guān)鍵環(huán)節生產(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、高穩定、高安全度的液體火箭發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品，產(chǎn)生了重要的經(jīng)濟及社會(huì )效益。

液體火箭發(fā)動(dòng)機是彈、箭、星、船、器等航天裝備的動(dòng)力裝置，是我國航天工程以及戰略威懾的重要動(dòng)力支撐。本項目面向國家重大航天工程的戰略需求，根據液體火箭發(fā)動(dòng)機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(dòng)機總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現了產(chǎn)品信息數字化、全流程控制智能化、多專(zhuān)業(yè)制造協(xié)同化和各業(yè)務(wù)系統集成化。創(chuàng )新技術(shù)充分體現了動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行等智能要素，是幾十年來(lái)傳統總裝模式的根本性變革，實(shí)現了國家重要戰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、高穩定、高安全度的液體火箭發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品，產(chǎn)生了重要的經(jīng)濟及社會(huì )效益。