航空機電航電產(chǎn)品的智能制造新模式建設(shè)

宋 晶 陳劍鋒

航空機電航電產(chǎn)品的智能制造新模式建設(shè)

宋 晶 陳劍鋒

工業(yè)的發(fā)展歷程也是人類智能逐步向機器轉(zhuǎn)移的過程

在生命之初，面對環(huán)境的未知與變化，人類主動去獲取知識為己所用，以保證其生存與繁衍。智能就是人們獲取和應(yīng)用知識與技巧的能力，其本質(zhì)是利用已知的知識與方法，解決未知的問題。智能可以分為兩個層次：初級層次——利用已知的知識與方法解決已知問題；高級層次——利用未知的知識與方法解決未知問題。當(dāng)具備預(yù)測事物的發(fā)展趨勢能力的時候，則是智慧了。

縱觀人類發(fā)展史，人類文明演進是不斷的人機重新分工的過程。隨著人的智力、智能、智慧不斷深化發(fā)達(dá)，本體的體能及勞動效率逐漸不足以滿足我們不斷增長的需求，于是，人類開始不斷借助或發(fā)明各類工具來提高勞動效率。人類工業(yè)文明發(fā)展也是隨著對產(chǎn)品需求的不斷進化，人類的體力勞動和腦力勞動逐步向機器轉(zhuǎn)移的過程，使機器除了可以放大人類的體能，也能復(fù)制、放大人類的智能（人工智能）。

人工智能是指由人類制造出來的“機器”所表現(xiàn)出來的智能行為，即用機械和電子裝備來模仿、延伸和擴展人的智能，進行如求解、推理、分析、決策等智能活動，使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。讓機器像人一樣，能在線動態(tài)感知各種工況（看）、主動交換信息（聽/說）、智能分析與決策（想）、機器自律精準(zhǔn)執(zhí)行（做）。把人工智能引入制造過程的各階段、各環(huán)節(jié)，即可構(gòu)成具有不同程度智能行為的智能執(zhí)行單元，每一智能執(zhí)行單元均包含人與“機器”，兩者之間實現(xiàn)交互，共同構(gòu)成決策主體。

“設(shè)備”“數(shù)據(jù)”“人”高度融合，具有智能行為的機器通過自檢測、自分析，形成自適應(yīng)的決策調(diào)整，反饋到系統(tǒng)的前端，構(gòu)成新一輪的決策指令生成,并豐富知識與經(jīng)驗積累。同時人將機器還不能處理的狀態(tài)，進行基于知識與經(jīng)驗的思考，形成正向和主導(dǎo)的決策與指令。多個智能執(zhí)行單元共同組成特定的智能制造系統(tǒng)。

智能制造是在數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化等基礎(chǔ)上，融入人工智能技術(shù)，以賽博物理系統(tǒng)為支撐，以人、機（智能制造設(shè)備）和資源等深度融合為核心，高度柔性化、自動化的新型制造模式。企業(yè)的智能制造新模式有六個主要特征：狀態(tài)感知——準(zhǔn)確感知企業(yè)、車間、設(shè)備的實時運行狀態(tài)；實時分析——對獲取的實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行快速、準(zhǔn)確的分析；自主決策——按照設(shè)定的規(guī)則，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，自主做出判斷和選擇；精準(zhǔn)執(zhí)行——執(zhí)行決策，對設(shè)備狀態(tài)、車間和生產(chǎn)線的運行做出調(diào)整；動態(tài)架構(gòu)——打破企業(yè)邊界，對外動態(tài)聚合、釋放全球資源，為我所用，對內(nèi)資源實時優(yōu)化，確保產(chǎn)能最大常態(tài)化；人機融合——人類專家與智能產(chǎn)品、智能裝備等共同組成智能系統(tǒng)，分工協(xié)作。

航空機電航電產(chǎn)品行業(yè)的特點使其非常適宜開展智能制造

航空機載機電航電產(chǎn)品被稱作飛行器的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，直接決定飛行器能否實現(xiàn)安全可控的飛行、完成機動動作、按時準(zhǔn)確飛行至目標(biāo)位置。航空機電航電產(chǎn)品構(gòu)成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)層級多，不僅制造精度要求高、制造過程多專業(yè)協(xié)同、定制化程度高，而且制造周期長。

作為機電學(xué)液磁力控一體化的高集成度產(chǎn)品制造企業(yè)，機電航電產(chǎn)品企業(yè)的設(shè)計、制造、服務(wù)的水平也必須是一體化高度集成的，這類企業(yè)技術(shù)密集、原始創(chuàng)新能力強、科研項目多、制造離散度大、高端裝備應(yīng)用多。雖然機電航電企業(yè)原始創(chuàng)新能力強，且廣泛采用先進制造技術(shù)、大幅應(yīng)用高端設(shè)備來提升制造效率，但其傳統(tǒng)的離散制造模式存在制造信息傳遞、質(zhì)量控制、過程控制能力、供應(yīng)鏈管理能力等瓶頸問題，無法滿足多品種、小批量、短周期的市場要求，制約了企業(yè)的發(fā)展。因此，機電航電企業(yè)必須通過建設(shè)智能制造新模式，即具備對市場需求快速響應(yīng)、對產(chǎn)品狀態(tài)實時感知、對現(xiàn)有資源動態(tài)組織、對數(shù)據(jù)信息集成應(yīng)用、對制造過程精準(zhǔn)控制等能力的制造模式，來推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。

航空機電航電產(chǎn)品企業(yè)，無論從產(chǎn)品特點、制造模式，還是行業(yè)內(nèi)供應(yīng)鏈、物流管理、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展水平現(xiàn)狀等各方面，均適宜開展智能制造。比如，從產(chǎn)品特點來看，機電航電產(chǎn)品是光機電液控一體化的產(chǎn)品，包括傳感器、電機、作動器、計算機和軟件等，是一個完整的系統(tǒng)，產(chǎn)品本身具有感知、分析、決策、控制、執(zhí)行并與外界通訊的能力，具備智能產(chǎn)品與智能互聯(lián)產(chǎn)品的特點；從制造模式上來看，機電航電產(chǎn)品具備多品種、小批量、多狀態(tài)、短周期、高度訂制化的特點，制造過程離散程度高、專業(yè)協(xié)同性強、適宜開展智能制造提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量；從物聯(lián)網(wǎng)（產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同）上看，企業(yè)與各主機單位、配套廠家、需求院所和供應(yīng)商對接，產(chǎn)品的配套、協(xié)同與服務(wù)均需要各種資源信息的實時采集、實時調(diào)配，通過無界企業(yè)來動態(tài)聚合資源，以滿足市場需求。

航空機電航電產(chǎn)品企業(yè)數(shù)字化、信息化起步早，產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化工作已經(jīng)基本完成，生產(chǎn)信息化也在進行中。部分企業(yè)甚至已經(jīng)完成產(chǎn)品生命周期鏈、供應(yīng)鏈與企業(yè)經(jīng)營鏈的集成，提升了研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)與管理的效率與效益，具備了開展智能制造的很好的基礎(chǔ)條件。

目前，在數(shù)字化基礎(chǔ)方面，企業(yè)的研發(fā)制造流程中設(shè)計、仿真、分析等工具軟件基本具備，產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理平臺和知識管理平臺搭建完成。在信息化方面，各企業(yè)都具備ERP、MES、MRO等多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，正在逐步實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)計劃、供應(yīng)鏈、制造、服務(wù)信息的全流程貫通。國內(nèi)機電航電企業(yè)關(guān)鍵裝備數(shù)控化率已經(jīng)達(dá)到75%以上，部分?jǐn)?shù)控設(shè)備實現(xiàn)了運行監(jiān)控，并初步實現(xiàn)集群化、網(wǎng)絡(luò)化。在物流管理基礎(chǔ)方面，企業(yè)在物流信息化方面起步比較早，產(chǎn)品的需求提出、指令下達(dá)，現(xiàn)場配送和提交入庫等信息齊全，全程共享。在制造技術(shù)基礎(chǔ)方面，現(xiàn)場單臺數(shù)控設(shè)備每天能快速切換加工多種不同的零件，在精益單元內(nèi)部已經(jīng)實現(xiàn)單件流生產(chǎn)，各設(shè)備間協(xié)同配合，有效提高了生產(chǎn)效率。這些都是企業(yè)實施智能制造建設(shè)的優(yōu)勢條件。但也不容忽視的是，工藝數(shù)字化能力較弱、精益生產(chǎn)水平較低、自動化水平不均衡、設(shè)備工位傳感檢測系統(tǒng)能力不足和自動化的物流配送系統(tǒng)缺失等問題依然存在。

智能制造新模式建設(shè)可以通過七步走循序推進

智能制造新模式企業(yè)級總體系統(tǒng)框架，主要包括企業(yè)聯(lián)盟層、企業(yè)管理層、生產(chǎn)管理層、控制執(zhí)行層四個層級，控制執(zhí)行層包括人機交互層、物聯(lián)通訊層和資源層。

其中，企業(yè)聯(lián)盟層主要是形成產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈（物聯(lián)網(wǎng)）的協(xié)同管理，實現(xiàn)價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成；企業(yè)管理層是構(gòu)建智能研發(fā)創(chuàng)新平臺和智能運營管理平臺，實現(xiàn)價值鏈端到端的集成；生產(chǎn)管理層是構(gòu)建虛擬制造過程仿真平臺和集成制造執(zhí)行管控平臺，實現(xiàn)智能生產(chǎn)服務(wù)縱向集成；控制執(zhí)行層是建立智能制造生產(chǎn)線（單元）及智能物流系統(tǒng)。

基于機電航電產(chǎn)品的特點、生產(chǎn)模式，以及制造技術(shù)能力，建設(shè)智能制造新模式不必強求設(shè)備生產(chǎn)線的自動化，而是應(yīng)以信息、知識自動化（信息的感知、分析、處理、傳輸自動化與主動協(xié)同）為核心，通過信息高度集成與協(xié)同來提升制造效率。智能制造生產(chǎn)線可以是智能化自動線、智能化半自動線或智能化手動線。

工業(yè)4.0是一個目標(biāo)，智能制造是一個過程。智能制造新模式建設(shè)的實現(xiàn)也要循序漸進，建議可以分為以下七步進行：一是生產(chǎn)線精益化持續(xù)改進，以精益生產(chǎn)單元為基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)化、精細(xì)化、參數(shù)化制造過程，為智能制造生產(chǎn)線打下堅實的基礎(chǔ)；二是對智能制造生產(chǎn)線進行總體建設(shè)方案設(shè)計，以機電航電產(chǎn)品及制造模式為研究對象，依據(jù)智能制造原理及架構(gòu)，形成智能制造生產(chǎn)線總體建設(shè)方案；三是對設(shè)備、設(shè)施、物料、崗位智能化改造，對智能制造生產(chǎn)線的“三啞”（啞物料、啞設(shè)施、啞工位）及虛擬制造平臺等短板快速改造，滿足智能生產(chǎn)線建設(shè)需要；四是智能制造關(guān)鍵、支撐技術(shù)突破，依托國家級智能制造創(chuàng)新研究機構(gòu)，突破智能制造關(guān)鍵、支撐技術(shù)及公用技術(shù)，為生產(chǎn)線建設(shè)掃清技術(shù)障礙；五是智能物流系統(tǒng)改造，依據(jù)各企業(yè)現(xiàn)有制造模式及批量，適時開展智能物流系統(tǒng)改造，提高物流系統(tǒng)自動化及智能化水平；六是信息系統(tǒng)建設(shè)與改造，重構(gòu)或改造現(xiàn)有信息系統(tǒng)，新建基于模型的虛擬過程仿真平臺等系統(tǒng)，動態(tài)感知現(xiàn)場實時信息，優(yōu)化車間布局，優(yōu)化物流配送，改善生產(chǎn)線的性能，動態(tài)優(yōu)化現(xiàn)場資源，使生產(chǎn)現(xiàn)場最大產(chǎn)能常態(tài)化；七是全面集成，整體建設(shè)形成能力，依據(jù)總體建設(shè)方案及建設(shè)路線圖，將上述各部分全面集成，最終實現(xiàn)智能制造生產(chǎn)線建設(shè)，逐漸形成整體能力，并全面推廣。

智能制造具有更快和更準(zhǔn)確的感知、反饋和分析決策能力，更加能夠滿足定制化的市場需求，使個性化產(chǎn)品的大規(guī)模定制成為可能，為機電航電企業(yè)產(chǎn)品的多品種、小批量、短周期的研發(fā)生產(chǎn)提供了契機。智能制造能夠使在研發(fā)制造過程中的設(shè)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、計劃指令準(zhǔn)確、到達(dá)工位準(zhǔn)確，有效解決制造成本和效率的難題、降低產(chǎn)品的不合格率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的市場價值。智能制造改變了傳統(tǒng)的制造模式、業(yè)務(wù)模式和創(chuàng)新模式，將助推企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

(中航工業(yè)西安飛行自動控制研究所 )