Како да го изберете вистинскиот 5-осен машински центар за воздухопловни делови
PFT, Шенжен
Апстракт
Цел: Да се воспостави репродуктивна рамка за одлучување за избор на 5-оски центри за обработка наменети за воздухопловни компоненти со висока вредност. Метод: Дизајн со мешани методи кој ги интегрира производствените логови од 2020–2024 година од четири воздухопловни постројки од Tier-1 (n = 2 847 000 часа обработка), физички проби за сечење на купони Ti-6Al-4V и Al-7075 и модел на одлучување со повеќе критериуми (MCDM) кој комбинира TOPSIS пондериран со ентропија со анализа на чувствителност. Резултати: Моќност на вретеното ≥ 45 kW, истовремена точност на контурирање на 5-оски ≤ ±6 µm и волуметриска компензација на грешка врз основа на волуметриска компензација на ласерски тракер (LT-VEC) се појавија како трите најсилни предиктори за усогласеност со делот (R² = 0,82). Центрите со маси за навалување од типот на вилушка го намалија непродуктивното време на репозиционирање за 31% во споредба со конфигурациите со вртечка глава. Резултатот за корисност на MCDM ≥ 0,78 корелира со намалување на стапката на отпад од 22%. Заклучок: Протокол за селекција во три фази - (1) техничко споредување, (2) рангирање на MCDM, (3) валидација при пилотско тестирање - обезбедува статистички значајно намалување на трошоците за неквалитет, а воедно одржува усогласеност со AS9100 Rev D.
Цел: Да се воспостави репродуктивна рамка за одлучување за избор на 5-оски центри за обработка наменети за воздухопловни компоненти со висока вредност. Метод: Дизајн со мешани методи кој ги интегрира производствените логови од 2020–2024 година од четири воздухопловни постројки од Tier-1 (n = 2 847 000 часа обработка), физички проби за сечење на купони Ti-6Al-4V и Al-7075 и модел на одлучување со повеќе критериуми (MCDM) кој комбинира TOPSIS пондериран со ентропија со анализа на чувствителност. Резултати: Моќност на вретеното ≥ 45 kW, истовремена точност на контурирање на 5-оски ≤ ±6 µm и волуметриска компензација на грешка врз основа на волуметриска компензација на ласерски тракер (LT-VEC) се појавија како трите најсилни предиктори за усогласеност со делот (R² = 0,82). Центрите со маси за навалување од типот на вилушка го намалија непродуктивното време на репозиционирање за 31% во споредба со конфигурациите со вртечка глава. Резултатот за корисност на MCDM ≥ 0,78 корелира со намалување на стапката на отпад од 22%. Заклучок: Протокол за селекција во три фази - (1) техничко споредување, (2) рангирање на MCDM, (3) валидација при пилотско тестирање - обезбедува статистички значајно намалување на трошоците за неквалитет, а воедно одржува усогласеност со AS9100 Rev D.
1 Вовед
Глобалниот воздухопловен сектор предвидува годишна стапка на раст од 3,4% во производството на конструкции на авиони до 2030 година, интензивирајќи ја побарувачката за структурни компоненти од титаниум и алуминиум во мрежеста форма со геометриски толеранции под 10 µm. Петосните машински центри станаа доминантна технологија, но отсуството на стандардизиран протокол за селекција резултира со недоволна искористеност од 18–34% и просечен отпад од 9% во анкетираните капацитети. Оваа студија се справува со јазот во знаењето преку формализирање на објективни критериуми засновани на податоци за одлуките за набавка на машини.
Глобалниот воздухопловен сектор предвидува годишна стапка на раст од 3,4% во производството на конструкции на авиони до 2030 година, интензивирајќи ја побарувачката за структурни компоненти од титаниум и алуминиум во мрежеста форма со геометриски толеранции под 10 µm. Петосните машински центри станаа доминантна технологија, но отсуството на стандардизиран протокол за селекција резултира со недоволна искористеност од 18–34% и просечен отпад од 9% во анкетираните капацитети. Оваа студија се справува со јазот во знаењето преку формализирање на објективни критериуми засновани на податоци за одлуките за набавка на машини.
2 Методологија
2.1 Преглед на дизајнот
Беше усвоен трифазен секвенцијален објаснувачки дизајн: (1) ретроспективно рударење на податоци, (2) експерименти со контролирана машинска обработка, (3) конструкција и валидација на MCDM.
Беше усвоен трифазен секвенцијален објаснувачки дизајн: (1) ретроспективно рударење на податоци, (2) експерименти со контролирана машинска обработка, (3) конструкција и валидација на MCDM.
2.2 Извори на податоци
- Производствени дневници: MES податоци од четири постројки, анонимизирани според протоколите ISO/IEC 27001.
- Проби за сечење: 120 призматични празни места од Ti-6Al-4V и 120 Al-7075, 100 mm × 100 mm × 25 mm, набавени од една серија на стопена маса за да се минимизираат варијациите на материјалот.
- Инвентар на машини: 18 комерцијално достапни 5-осни центри (тип на вилушка, со вртлива глава и хибридна кинематика) со години на производство 2018–2023 година.
2.3 Експериментално поставување
Во сите испитувања се користени идентични алатки Sandvik Coromant (Ø20 mm трохоидна мелница за завршетоци, класа GC1740) и 7% емулзиско средство за ладење за поплавување. Параметри на процесот: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm заб⁻¹; ae = 0,2D. Интегритетот на површината беше квантифициран преку интерферометрија на бела светлина (Taylor Hobson CCI MP-HS).
Во сите испитувања се користени идентични алатки Sandvik Coromant (Ø20 mm трохоидна мелница за завршетоци, класа GC1740) и 7% емулзиско средство за ладење за поплавување. Параметри на процесот: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm заб⁻¹; ae = 0,2D. Интегритетот на површината беше квантифициран преку интерферометрија на бела светлина (Taylor Hobson CCI MP-HS).
2.4 MCDM модел
Тежините на критериумите беа изведени од Шенонова ентропија применета на логовите на производство (Табела 1). Алтернативи рангирани според TOPSIS, потврдени со пертурбација од Монте Карло (10 000 итерации) за тестирање на чувствителноста на тежината.
Тежините на критериумите беа изведени од Шенонова ентропија применета на логовите на производство (Табела 1). Алтернативи рангирани според TOPSIS, потврдени со пертурбација од Монте Карло (10 000 итерации) за тестирање на чувствителноста на тежината.
3 Резултати и анализа
3.1 Клучни индикатори за перформанси (KPI)
Слика 1 ја илустрира Паретовата граница на моќноста на вретеното наспроти точноста на контурирањето; машините во горниот лев квадрант постигнале ≥ 98% усогласеност на деловите. Табела 2 ги прикажува коефициентите на регресија: моќност на вретеното (β = 0,41, p < 0,01), точност на контурирање (β = –0,37, p < 0,01) и достапност на LT-VEC (β = 0,28, p < 0,05).
Слика 1 ја илустрира Паретовата граница на моќноста на вретеното наспроти точноста на контурирањето; машините во горниот лев квадрант постигнале ≥ 98% усогласеност на деловите. Табела 2 ги прикажува коефициентите на регресија: моќност на вретеното (β = 0,41, p < 0,01), точност на контурирање (β = –0,37, p < 0,01) и достапност на LT-VEC (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Споредба на конфигурации
Навалувачките маси од типот вилушка го намалија просечното време на обработка по карактеристика од 3,2 минути на 2,2 минути (95% CI: 0,8–1,2 минути), додека ја одржуваа грешката на формата < 8 µm (Слика 2). Машините со ротирачка глава покажаа термичко поместување од 11 µm во текот на 4 часа континуирано работење, освен ако не се опремени со активна термичка компензација.
Навалувачките маси од типот вилушка го намалија просечното време на обработка по карактеристика од 3,2 минути на 2,2 минути (95% CI: 0,8–1,2 минути), додека ја одржуваа грешката на формата < 8 µm (Слика 2). Машините со ротирачка глава покажаа термичко поместување од 11 µm во текот на 4 часа континуирано работење, освен ако не се опремени со активна термичка компензација.
3.3 Исходи од MCDM
Центрите што постигнаа резултат ≥ 0,78 на композитниот индекс на корисност покажаа намалување од 22% на отпад (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Анализата на чувствителност откри промена од ±5% во рангирањата променети со моќност и тежина на вретеното само за 11% од алтернативите, потврдувајќи ја робусноста на моделот.
Центрите што постигнаа резултат ≥ 0,78 на композитниот индекс на корисност покажаа намалување од 22% на отпад (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Анализата на чувствителност откри промена од ±5% во рангирањата променети со моќност и тежина на вретеното само за 11% од алтернативите, потврдувајќи ја робусноста на моделот.
4 Дискусија
Доминацијата на моќноста на вретеното се совпаѓа со грубата обработка на титаниумските легури со висок вртежен момент, што го потврдува моделирањето базирано на енергија на Езугву (2022, стр. 45). Додадената вредност на LT-VEC го одразува поместувањето на воздухопловната индустрија кон производство „прв пат правилно“ според AS9100 Rev D. Ограничувањата вклучуваат фокус на студијата на призматични делови; геометриите на турбинските лопатки со тенок ѕид може да ги нагласат проблемите со динамичката усогласеност што не се опфатени овде. Практично, тимовите за набавки треба да го приоритизираат протоколот во три фази: (1) филтрирање на кандидатите преку прагови на KPI, (2) примена на MCDM, (3) валидација со пилот-проект од 50 делови.
5 Заклучок
Статистички валидиран протокол што ги интегрира KPI бенчмаркингот, MCDM пондериран со ентропија и пилот-валидацијата им овозможува на производителите на воздухопловство да изберат 5-осни центри за обработка што го намалуваат отпадот за ≥ 20%, а воедно ги исполнуваат барањата на AS9100 Rev D. Идната работа треба да го прошири сетот на податоци за да ги вклучи компонентите CFRP и Inconel 718 и да вклучи модели на трошоци за животниот циклус.
Статистички валидиран протокол што ги интегрира KPI бенчмаркингот, MCDM пондериран со ентропија и пилот-валидацијата им овозможува на производителите на воздухопловство да изберат 5-осни центри за обработка што го намалуваат отпадот за ≥ 20%, а воедно ги исполнуваат барањата на AS9100 Rev D. Идната работа треба да го прошири сетот на податоци за да ги вклучи компонентите CFRP и Inconel 718 и да вклучи модели на трошоци за животниот циклус.
Време на објавување: 19 јули 2025 година
