高质量发展成都行|揭秘成都火箭制造“数字工厂”：效率提升2.5-3倍，还能“增加”新能源汽车续航里程
2023年10月26日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭成功发射，“托举”汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。从神舟飞天、夸父追日到墨子传信，在一场场逐梦太空、叩问苍穹的旅途中，“成都造”的智慧已成为中国航天产业中的重要一环。
一枚火箭从点火升空到完成“送客”的过程背后，是产品制造技术、工艺攻关、部件研制的几十个春秋。在四川成都，航天装备智造企业如何发力？又有哪些新成果？近日，红星新闻记者探访位于成都市龙泉驿区的四川航天长征装备制造有限公司（以下简称“四川航天长征”），看这一全国性现役运载火箭协作配套基地，如何应用“数字工厂”加快打造航天装备智造企业。
搅拌摩擦焊智能机器人
火箭制造家族又添“新帅”
还能增加新能源汽车的续航里程
一枚火箭从点火升空到完成“送客”的过程，仅需要花费数十分钟；但其背后，却是产品制造技术、工艺攻关、部件研制的几十个春秋。
迈入四川航天长征的制造工厂，只见车间里搅拌摩擦焊智能机器人巨大的焊接臂在空中移动、旋转、定位，最后对准箱体之间的缝隙，进行旋转焊接。在搅拌头缓缓“离开”贮箱后，那个不起眼的焊缝也不见了踪影。
“搅拌摩擦焊是利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生热量，使工件融合在一起，完成焊接。和其他的焊接方式相比，这种技术具有焊接接头强度高、缺陷少、质量高等优点。”四川航天长征研发中心主任陈勇告诉记者，搅拌摩擦焊设备在航天装备制造领域发挥着至关重要的作用，是运载火箭贮箱制造的核心装备。
“2020年，公司迎来了生产任务的最高峰，生产线上产品复杂结构零部件焊接问题也逐渐浮现。”陈勇回忆到，几年前，公司的焊接设备生产能力已难以满足日益增多的科研生产任务，缺乏可靠的外协资源。
这一条“焊缝”，成为了四川航天长征研发团队亟需攻关的难题之一。
“那时候，我们研发中心里既有研究装备集成的，又有搞工艺开发的，2020年，两个团队一拍即合，合作申报了搅拌摩擦焊智能机器人的研究课题。”陈勇回忆，从搅拌摩擦焊智能机器人载体选型配置、集成技术研究、到焊接轨迹跟踪技术研究……项目组共梳理出工作项目近百个。历时两年多的艰辛和努力，试验当天，在项目组十多双眼睛的注视下，搅拌摩擦焊智能机器人成功完成试验件，“经透视检测，焊缝无缺陷，焊接精度符合设计要求。”这句话，极大地振奋了团队的信心。
2023年，四川省经济和信息化厅印发《四川省重大技术装备首台套软件首版次推广应用指导目录(2023年版)》，四川航天长征研发的重载机器人智能搅拌摩擦焊接设备列入其中。
除了航天领域的装备制造以外，搅拌摩擦焊智能机器人还有着更广阔的市场应用。
“搅拌摩擦焊智能机器人的应用，降低了焊接设备的使用成本，降低了原本焊接专用设备的复杂性，推动航天装备制造中的各种试验较快完成。还能使用搅拌焊接头‘走’各种轨迹，曲线的、T形的、圆形的焊缝，提高焊接的强度。”这一系列关键技术，对于提升制造业水平具有重大科学意义和工程价值，在航空航天、轨道交通、汽车生产、通讯设备、船舶等行业领域具有广泛的应用前景。
“比如，从前新能源汽车的电池盒在遭受到严重撞击时会裂开，因为焊接处是弱区。依托搅拌摩擦焊智能机器人，就可以在板材相同厚度的情况下，达到更高的强度；或者在板材相同强度的情况下，减少板材的厚度，这就扩大了电池盒的容积，增加新能源汽车的续航里程，可以缓解不少新能源汽车使用者的续航焦虑。”陈勇向记者介绍，目前，他们正在将该项技术进一步推广应用。
火箭制造里的“数字工厂”
制造效率能提升2.5-3倍
搅拌摩擦焊智能机器人的研发和推广，仅仅是四川航天长征数字化装备制造的缩影。“目前，搅拌摩擦焊智能机器人已经装备在数字化工厂里进行使用，焊缝的自动跟踪、焊接顶锻力、主轴转速等要素我们都能通过系统直接控制并且执行，还能得到实时反馈。”
近年来，四川航天长征还深化数字化工厂建设，优化资源配置，提高生产能力。在陈勇看来，数字化工厂最关键的就是工艺设计、制造过程、品质管理、物料管理和运营管理的数字化。
跟传统生产方式相比，数字化工厂有何优势？陈勇提到，“更直观的一点是，在工艺设计环节中，以往拿到火箭零部件生产任务后，我们就会进行工艺规程的设计，然后交给工人去生产制造。但这种方式对工人的工艺技术有很高的要求，往往成功率不高。”
而在数字化工厂中，“工艺模拟”就成了关键环节。“现在，在火箭零部件生产之前，我们会用CAD等软件编写数控程序、进行切削仿真等程序，然后在软件上将生产过程全部模拟‘跑’一遍，以确保真实生产中的成功率。”他介绍，与传统生产方式相比，数字化工厂进一步减少了试错的环节和成本，提高了火箭等零部件生产的效率。
“经过工艺优化、整体系统规划等环节，在2021年9月份时，数字化铣削单元开始试运行，目前已经运行两年了；去年3月份，数字化车削单元也开始投入试运行。其中，数字化铣削单元已经上线加工过的产品有100多种，目前还没有出现过下线产品不合格的情况；同时还能实现24小时无人生产、加工、整理等，与人工生产相比，生产效率提高了2.5-3倍。”陈勇表示。
典型回转类零件柔性智能制造单元
除了自行开发以外，企业还面向四川的航空航天企业推出智能化加工单元管控系统的集成服务和软件产品，在原来单个单元智能化加工的基础上，实现混线生产和生产优先级插单的柔性单元，进一步提高了航天航空领域装备制造的灵活性。
曾经“人攀明月不可得”，如今“踏月凌天探星河”。从中国空间站建设、北斗组网到商业航天发射需求越发增多，“成都造”的智慧已成为中国航天产业中的重要一环。
在陈勇看来，当前中国正处于由航天大国向航天强国转型的重要阶段，这就对航天制造能力和技术水平提出了极高的要求和挑战，“另一方面，随着智能制造技术的发展，如何将诸如增材制造、机器人、泛在感知、大数据等众多先进制造技术融入到航天装备制造过程，提升生产效能，成为了现代航天高科技企业寻求高质量发展的重要探索方向。”
“航天产品具有特殊性，它不具备较强的规模化制造效应，整体呈现出数量少、附加值极高的特点。因此，融合了先进自动化、数字化、智能化等特征的柔性制造技术成为了解决难题的重要途径，且在航天装备制造能力提升中扮演着越来越重要的角色。”这也为航天装备制造高质量发展提供了方向，陈勇透露，“未来，我们将把柔性化理念深度融入航天装备研制生产的全过程价值链中，充分应用先进制造技术和智能化技术，分层分级逐步构建具备航天装备制造特色的柔性装备、柔性单元和产线、柔性工厂。”
红星新闻记者 叶燕 吕佳羽
图片由受访单位提供
编辑 成序