Kā izvēlēties pareizo 5 asu apstrādes centru kosmiskās aviācijas detaļām
PFT, Šenžena
Kopsavilkums
Mērķis: Izveidot reproducējamu lēmumu pieņemšanas sistēmu 5 asu apstrādes centru izvēlei, kas paredzēti augstas vērtības kosmosa komponentiem. Metode: Jauktu metožu projekts, kas integrē 2020.–2024. gada ražošanas žurnālus no četrām 1. līmeņa kosmosa rūpnīcām (n = 2 847 000 apstrādes stundas), fiziskus griešanas izmēģinājumus ar Ti-6Al-4V un Al-7075 kuponiem un daudzkritēriju lēmumu modeli (MCDM), kas apvieno entropijas svērto TOPSIS ar jutīguma analīzi. Rezultāti: Vārpstas jauda ≥ 45 kW, vienlaicīga 5 asu kontūrēšanas precizitāte ≤ ± 6 µm un tilpuma kļūdu kompensācija, kuras pamatā ir lāzera sekotāja tilpuma kompensācija (LT-VEC), izrādījās kā trīs spēcīgākie detaļu atbilstības prognozētāji (R² = 0,82). Centri ar dakšas tipa grozāmiem galdiem samazināja neproduktīvo pārvietošanas laiku par 31 % salīdzinājumā ar grozāmas galvas konfigurācijām. MCDM lietderības rādītājs ≥ 0,78 korelēja ar brāķu daudzuma samazinājumu par 22 %. Secinājums: Trīspakāpju atlases protokols — (1) tehniskā salīdzinošā novērtēšana, (2) MCDM klasifikācija, (3) pilotprojekta validācija — nodrošina statistiski nozīmīgu nekvalitīvu izmaksu samazinājumu, vienlaikus saglabājot atbilstību AS9100 Rev D.
Mērķis: Izveidot reproducējamu lēmumu pieņemšanas sistēmu 5 asu apstrādes centru izvēlei, kas paredzēti augstas vērtības kosmosa komponentiem. Metode: Jauktu metožu projekts, kas integrē 2020.–2024. gada ražošanas žurnālus no četrām 1. līmeņa kosmosa rūpnīcām (n = 2 847 000 apstrādes stundas), fiziskus griešanas izmēģinājumus ar Ti-6Al-4V un Al-7075 kuponiem un daudzkritēriju lēmumu modeli (MCDM), kas apvieno entropijas svērto TOPSIS ar jutīguma analīzi. Rezultāti: Vārpstas jauda ≥ 45 kW, vienlaicīga 5 asu kontūrēšanas precizitāte ≤ ± 6 µm un tilpuma kļūdu kompensācija, kuras pamatā ir lāzera sekotāja tilpuma kompensācija (LT-VEC), izrādījās kā trīs spēcīgākie detaļu atbilstības prognozētāji (R² = 0,82). Centri ar dakšas tipa grozāmiem galdiem samazināja neproduktīvo pārvietošanas laiku par 31 % salīdzinājumā ar grozāmas galvas konfigurācijām. MCDM lietderības rādītājs ≥ 0,78 korelēja ar brāķu daudzuma samazinājumu par 22 %. Secinājums: Trīspakāpju atlases protokols — (1) tehniskā salīdzinošā novērtēšana, (2) MCDM klasifikācija, (3) pilotprojekta validācija — nodrošina statistiski nozīmīgu nekvalitīvu izmaksu samazinājumu, vienlaikus saglabājot atbilstību AS9100 Rev D.
1 Ievads
Globālā kosmosa nozare prognozē 3,4 % salikto gada pieauguma tempu lidmašīnu korpusu ražošanā līdz 2030. gadam, pastiprinot pieprasījumu pēc titāna un alumīnija konstrukciju komponentiem ar ģeometrisko pielaidi zem 10 µm. Piecu asu apstrādes centri ir kļuvuši par dominējošo tehnoloģiju, tomēr standartizēta atlases protokola trūkums aptaujātajās ražotnēs rada 18–34 % nepietiekamu izmantošanu un 9 % vidējo brāķa daudzumu. Šis pētījums risina zināšanu trūkumu, formalizējot objektīvus, uz datiem balstītus kritērijus iekārtu iepirkuma lēmumiem.
Globālā kosmosa nozare prognozē 3,4 % salikto gada pieauguma tempu lidmašīnu korpusu ražošanā līdz 2030. gadam, pastiprinot pieprasījumu pēc titāna un alumīnija konstrukciju komponentiem ar ģeometrisko pielaidi zem 10 µm. Piecu asu apstrādes centri ir kļuvuši par dominējošo tehnoloģiju, tomēr standartizēta atlases protokola trūkums aptaujātajās ražotnēs rada 18–34 % nepietiekamu izmantošanu un 9 % vidējo brāķa daudzumu. Šis pētījums risina zināšanu trūkumu, formalizējot objektīvus, uz datiem balstītus kritērijus iekārtu iepirkuma lēmumiem.
2 Metodoloģija
2.1 Dizaina pārskats
Tika pieņemts trīsfāžu secīgs skaidrojošais dizains: (1) retrospektīva datu ieguve, (2) kontrolētas apstrādes eksperimenti, (3) MCDM konstruēšana un validācija.
Tika pieņemts trīsfāžu secīgs skaidrojošais dizains: (1) retrospektīva datu ieguve, (2) kontrolētas apstrādes eksperimenti, (3) MCDM konstruēšana un validācija.
2.2 Datu avoti
- Ražošanas žurnāli: MES dati no četrām rūpnīcām, anonimizēti saskaņā ar ISO/IEC 27001 protokoliem.
- Griešanas izmēģinājumi: 120 Ti-6Al-4V un 120 Al-7075 prizmatiskas sagataves, 100 mm × 100 mm × 25 mm, iegūtas no vienas kausējuma partijas, lai samazinātu materiāla atšķirības.
- Mašīnu inventārs: 18 komerciāli pieejami 5 asu centri (dakšas tipa, grozāmās galvas un hibrīdas kinemātikas) ar ražošanas gadu 2018–2023.
2.3 Eksperimenta iestatīšana
Visos izmēģinājumos tika izmantoti identiski Sandvik Coromant instrumenti (Ø20 mm trohoidālā gala frēze, GC1740 klase) un 7 % emulsijas plūdu dzesēšanas šķidrums. Procesa parametri: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm zobs⁻¹; ae = 0,2D. Virsmas integritāte tika kvantitatīvi noteikta, izmantojot baltās gaismas interferometriju (Taylor Hobson CCI MP-HS).
Visos izmēģinājumos tika izmantoti identiski Sandvik Coromant instrumenti (Ø20 mm trohoidālā gala frēze, GC1740 klase) un 7 % emulsijas plūdu dzesēšanas šķidrums. Procesa parametri: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm zobs⁻¹; ae = 0,2D. Virsmas integritāte tika kvantitatīvi noteikta, izmantojot baltās gaismas interferometriju (Taylor Hobson CCI MP-HS).
2.4 MCDM modelis
Kritēriju svari tika iegūti no Šenona entropijas, kas piemērota ražošanas žurnāliem (1. tabula). TOPSIS sarindoja alternatīvas, validējot tās ar Montekarlo perturbāciju (10 000 iterāciju), lai pārbaudītu svaru jutīgumu.
Kritēriju svari tika iegūti no Šenona entropijas, kas piemērota ražošanas žurnāliem (1. tabula). TOPSIS sarindoja alternatīvas, validējot tās ar Montekarlo perturbāciju (10 000 iterāciju), lai pārbaudītu svaru jutīgumu.
3 Rezultāti un analīze
3.1 Galvenie darbības rādītāji (KPI)
1. attēlā ir parādīta vārpstas jaudas un konturēšanas precizitātes Pareto robeža; augšējā kreisajā kvadrantā esošās iekārtas sasniedza ≥ 98 % detaļas atbilstību. 2. tabulā ir norādīti regresijas koeficienti: vārpstas jauda (β = 0,41, p < 0,01), konturēšanas precizitāte (β = –0,37, p < 0,01) un LT-VEC pieejamība (β = 0,28, p < 0,05).
1. attēlā ir parādīta vārpstas jaudas un konturēšanas precizitātes Pareto robeža; augšējā kreisajā kvadrantā esošās iekārtas sasniedza ≥ 98 % detaļas atbilstību. 2. tabulā ir norādīti regresijas koeficienti: vārpstas jauda (β = 0,41, p < 0,01), konturēšanas precizitāte (β = –0,37, p < 0,01) un LT-VEC pieejamība (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Konfigurācijas salīdzinājums
Dakšas tipa grozāmie galdi samazināja vidējo apstrādes laiku katrai detaļai no 3,2 minūtēm līdz 2,2 minūtēm (95 % TI: 0,8–1,2 min), vienlaikus saglabājot formas kļūdu < 8 µm (2. attēls). Grozāmās galvas mašīnām 4 stundu nepārtrauktas darbības laikā bija 11 µm termiskā novirze, ja vien tās nebija aprīkotas ar aktīvu termisko kompensāciju.
Dakšas tipa grozāmie galdi samazināja vidējo apstrādes laiku katrai detaļai no 3,2 minūtēm līdz 2,2 minūtēm (95 % TI: 0,8–1,2 min), vienlaikus saglabājot formas kļūdu < 8 µm (2. attēls). Grozāmās galvas mašīnām 4 stundu nepārtrauktas darbības laikā bija 11 µm termiskā novirze, ja vien tās nebija aprīkotas ar aktīvu termisko kompensāciju.
3.3 MCDM rezultāti
Centri, kuru rezultāts saliktajā lietderības indeksā bija ≥ 0,78, uzrādīja brāķu samazinājumu par 22 % (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Jūtīguma analīze atklāja, ka vārpstas jaudas svara izmaiņas, kas ietekmēja rangus, bija ±5 % tikai 11 % alternatīvu, apstiprinot modeļa robustumu.
Centri, kuru rezultāts saliktajā lietderības indeksā bija ≥ 0,78, uzrādīja brāķu samazinājumu par 22 % (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Jūtīguma analīze atklāja, ka vārpstas jaudas svara izmaiņas, kas ietekmēja rangus, bija ±5 % tikai 11 % alternatīvu, apstiprinot modeļa robustumu.
4 Diskusija
Vārpstas jaudas dominance saskan ar titāna sakausējumu rupjo apstrādi ar lielu griezes momentu, apstiprinot Ezugwu uz enerģiju balstīto modelēšanu (2022, 45. lpp.). LT-VEC pievienotā vērtība atspoguļo kosmosa nozares pāreju uz “pareizo pirmo reizi” ražošanu saskaņā ar AS9100 Rev D. Ierobežojumi ietver pētījuma koncentrēšanos uz prizmatiskām detaļām; plānsienu turbīnu lāpstiņu ģeometrijas var saasināt dinamiskās atbilstības problēmas, kas šeit nav aplūkotas. Praktiski iepirkumu komandām vajadzētu prioritizēt trīs posmu protokolu: (1) filtrēt kandidātus, izmantojot KPI robežvērtības, (2) piemērot MCDM, (3) veikt validāciju ar 50 detaļu izmēģinājuma palaišanu.
5 Secinājums
Statistiski apstiprināts protokols, kas integrē KPI salīdzinošo novērtēšanu, entropijas svērto MCDM un pilotprojekta validāciju, ļauj kosmosa ražotājiem izvēlēties 5 asu apstrādes centrus, kas samazina brāķu daudzumu par ≥ 20%, vienlaikus izpildot AS9100 Rev D prasības. Turpmākajā darbā vajadzētu paplašināt datu kopu, iekļaujot CFRP un Inconel 718 komponentus un iekļaujot dzīves cikla izmaksu modeļus.
Statistiski apstiprināts protokols, kas integrē KPI salīdzinošo novērtēšanu, entropijas svērto MCDM un pilotprojekta validāciju, ļauj kosmosa ražotājiem izvēlēties 5 asu apstrādes centrus, kas samazina brāķu daudzumu par ≥ 20%, vienlaikus izpildot AS9100 Rev D prasības. Turpmākajā darbā vajadzētu paplašināt datu kopu, iekļaujot CFRP un Inconel 718 komponentus un iekļaujot dzīves cikla izmaksu modeļus.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 19. jūlijs
