基于“兩化”融合的智慧型研究所構(gòu)建研究

◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 張文海 俞光煒 寧琦 岳良 王一鵬

基于“兩化”融合的智慧型研究所構(gòu)建研究

◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 張文海 俞光煒 寧琦 岳良 王一鵬

“十二五”以來(lái)，“兩化”融合已成為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略，北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所作為中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院唯一的廠所聯(lián)合單位，“十三五”計(jì)劃以《中國(guó)制造2025規(guī)劃》為指導(dǎo)，以國(guó)家大力推進(jìn)“兩化”深度融合和“工業(yè)4.0”為契機(jī)，研究構(gòu)建智慧型研制體系。通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息制造技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同創(chuàng)新、全方位綜合仿真、網(wǎng)絡(luò)智能化制造等技術(shù)的全面應(yīng)用，推進(jìn)研制流程優(yōu)化和研制模式轉(zhuǎn)型升級(jí)，切實(shí)提升設(shè)計(jì)仿真和協(xié)同研發(fā)能力，提高數(shù)字化制造和綜合業(yè)務(wù)管理能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化智能研制的建設(shè)目標(biāo)。

一、建設(shè)目標(biāo)

結(jié)合研究所設(shè)計(jì)制造一體化特點(diǎn)，以信息技術(shù)和制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，打造成為一個(gè)以智能設(shè)計(jì)為中心的智慧型研究所，升級(jí)優(yōu)化產(chǎn)品的研制流程，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造串行、系統(tǒng)設(shè)備孤立、知識(shí)信息未有效應(yīng)用的現(xiàn)狀。

1．實(shí)現(xiàn)五個(gè)目標(biāo)

一是實(shí)現(xiàn)以設(shè)計(jì)為中心，科研生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理全要素大數(shù)據(jù)的智能挖掘分析、系統(tǒng)仿真評(píng)估、情境化感知和自動(dòng)化推送應(yīng)用。

二是實(shí)現(xiàn)基于工藝制造、設(shè)備物資、人員經(jīng)費(fèi)等信息的設(shè)計(jì)方案優(yōu)選和智慧型閉環(huán)迭代優(yōu)化。

三是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)試驗(yàn)的數(shù)字化管控、柔性化制造、自動(dòng)化檢測(cè)、智能化倉(cāng)儲(chǔ)。

四是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)研發(fā)的信息物理網(wǎng)絡(luò)化融合、設(shè)計(jì)制造一體化協(xié)同和全過(guò)程虛擬化仿真驗(yàn)證。

五是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)研發(fā)與敏捷智能制造。

2．完成四個(gè)轉(zhuǎn)變

一是完成設(shè)計(jì)制造由孤立串行到并行一體的轉(zhuǎn)變；二是完成仿真驗(yàn)證由局部到全流程的轉(zhuǎn)變；三是完成生產(chǎn)由傳統(tǒng)到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變；四是完成能力資源由分散管理到區(qū)域協(xié)同增強(qiáng)型管理的轉(zhuǎn)變。

3．提升三個(gè)能力

一是大幅提升航天伺服系統(tǒng)的創(chuàng)新能力和研制水平；二是提升科研生產(chǎn)的過(guò)程管控和精細(xì)化管理能力；三是提升網(wǎng)絡(luò)信息安全保密管控能力。

最終完成從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃到生產(chǎn)實(shí)施和最終服務(wù)用戶的全生命周期管理，確保我國(guó)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器和運(yùn)載火箭伺服系統(tǒng)的領(lǐng)先地位，滿足“十三五”各型號(hào)項(xiàng)目的研制任務(wù)需要，為軍工能力建設(shè)樹立智慧型研究體系的標(biāo)桿。

二、總體框架

“兩化”融合智慧型研究所概括為“四個(gè)平臺(tái)、兩個(gè)體系”?！八膫€(gè)平臺(tái)”是指基于大數(shù)據(jù)決策支持的智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、基于模型的智能研發(fā)平臺(tái)、基于模型的智能制造協(xié)同平臺(tái)和基于CPS的智能設(shè)施平臺(tái)；“兩個(gè)體系”是指IT標(biāo)準(zhǔn)體系和IT安全體系。整個(gè)智慧研究所架構(gòu)分為6層，分別為智能展現(xiàn)層、智能管控層、智能業(yè)務(wù)層、智能支撐層、智能數(shù)據(jù)層、智能基礎(chǔ)層?？傮w平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

首先建立集成平臺(tái)，在平臺(tái)上建立基于產(chǎn)品研制過(guò)程所有數(shù)據(jù)的協(xié)同管理模塊，提供的工程協(xié)同管理環(huán)境便于設(shè)計(jì)/制造/服務(wù)等全面協(xié)同；然后，按照研究所現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，在集成數(shù)據(jù)的平臺(tái)上建立以伺服產(chǎn)品研制流程為主線的數(shù)據(jù)產(chǎn)生工具集，包括建模、設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)字工藝等工具軟件，以及制造設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、裝調(diào)設(shè)備等數(shù)字化工藝設(shè)備和數(shù)字化庫(kù)房；建立以產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃等管理為主線的衍生數(shù)據(jù)的生成與管理工具集，包括頂層質(zhì)量管理模塊，基層質(zhì)量管理模塊，頂層生產(chǎn)任務(wù)分解與管理模塊，基層生產(chǎn)任務(wù)分解模塊，頂層計(jì)劃與決策的管理、基層計(jì)劃與決策的管理模塊。同時(shí)，建立企業(yè)內(nèi)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)的積累與管理工具集，包括頂層資產(chǎn)管理、基層資產(chǎn)管理、頂層標(biāo)準(zhǔn)、基層標(biāo)準(zhǔn)、模板、頂層庫(kù)房管理、基層庫(kù)房管理。

1．軟硬件平臺(tái)

“兩化”融合智慧型研究所包括4個(gè)研發(fā)平臺(tái)建設(shè):智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、智能研發(fā)平臺(tái)、智能制造協(xié)同平臺(tái)和智能設(shè)施平臺(tái)。

（1）智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

構(gòu)建面向決策的運(yùn)營(yíng)管理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)全業(yè)務(wù)過(guò)程人、財(cái)、物的協(xié)同管理，通過(guò)集成服務(wù)、業(yè)務(wù)智能、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的分析、科學(xué)決策、統(tǒng)一信息展示和智能監(jiān)控。建立涵蓋“全過(guò)程、全要素”的綜合性智能信息集成平臺(tái)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)等技術(shù)推進(jìn)研發(fā)生產(chǎn)和科研管理的全流程數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的集中管理和處理分析。補(bǔ)充建立頂層決策、跨院跨域協(xié)同管理等系統(tǒng)，為管理決策提供可靠有效的數(shù)據(jù)支撐，為區(qū)域和上下游產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈數(shù)據(jù)互通管理提供平臺(tái)支撐。

（2）智能研發(fā)平臺(tái)

智能研發(fā)平臺(tái)包括基于模型的系統(tǒng)工程、基于模型的設(shè)計(jì)工程、基于模型的試驗(yàn)工程和基于模型的制造工程能力建設(shè)。

基于模型的設(shè)計(jì)工程承接MBSE需求，通過(guò)基于組件的協(xié)同設(shè)計(jì)，在方案和初步設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)與迭代，確定最優(yōu)方案；通過(guò)工程設(shè)計(jì)在詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)機(jī)、電等專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工程以MBD方式向制造工程傳遞模型并開展后續(xù)工藝設(shè)計(jì)與仿真，以系統(tǒng)級(jí)模型、專業(yè)級(jí)模型的形式在試驗(yàn)工程中進(jìn)行仿真驗(yàn)證和模型迭代，通過(guò)PLM開展各類設(shè)計(jì)資源的調(diào)用、協(xié)同研制和模型管理。

基于模型的試驗(yàn)工程對(duì)產(chǎn)品研制過(guò)程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)進(jìn)行管理，通過(guò)虛擬化的方式對(duì)系統(tǒng)級(jí)、產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)中各類模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，指導(dǎo)設(shè)計(jì)不斷迭代完善，與MBSE、設(shè)計(jì)工程共同完成完整的性能伺服系統(tǒng)。試驗(yàn)工程是對(duì)MBSE、設(shè)計(jì)工程的閉環(huán)驗(yàn)證過(guò)程，各類模型通過(guò)系統(tǒng)PLM進(jìn)行關(guān)聯(lián)和追溯。

基于模型的制造工程對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行管理，對(duì)各類工藝開展MBD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真，同時(shí)圍繞制造裝備、生產(chǎn)線和物流等開展生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)驗(yàn)證與優(yōu)化，完成虛擬生產(chǎn)。制造工程承接MBSE需求和設(shè)計(jì)工程MBD模型開展工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)與管理，向?qū)嵨锷a(chǎn)過(guò)程提供各類工藝和制造過(guò)程信息。

（3）智能制造協(xié)同平臺(tái)

智能制造協(xié)同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)試制過(guò)程管理和智能供應(yīng)鏈協(xié)同管理，建立基于信息物理系統(tǒng)（CPS）的智能型制造系統(tǒng)（含網(wǎng)絡(luò)、軟件系統(tǒng)），以及具備精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作、自治功能，智能檢測(cè)、自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)、智能物流的伺服智能化生產(chǎn)單元。以現(xiàn)有的自動(dòng)化設(shè)備為基礎(chǔ)，補(bǔ)充現(xiàn)代傳感器、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化機(jī)器人、智能化倉(cāng)儲(chǔ)物流等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變。

（4）智能設(shè)施平臺(tái)

智能設(shè)施平臺(tái)包括智能基礎(chǔ)軟件、智能園區(qū)設(shè)施、信息資源中心、統(tǒng)一門戶等基礎(chǔ)能力，以支持未來(lái)應(yīng)用的高容量、高性能、高可靠性、智能管理、備份恢復(fù)能力和動(dòng)態(tài)管理的要求。

2．支撐體系

（1）信息安全體系

圍繞涉密網(wǎng)絡(luò)的安全防范，遵循中國(guó)航天科技集團(tuán)公司要求，建立整體的涉密安全防護(hù)體系，以滿足分級(jí)安全要求和國(guó)家信息安全等級(jí)保護(hù)的安全要求。信息安全體系參考框架如圖2所示。

（2）信息標(biāo)準(zhǔn)體系

按照航天科技集團(tuán)的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系框架要求，結(jié)合研究所型號(hào)研制、科研生產(chǎn)和管理需求，在國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)和航天科技集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行提升轉(zhuǎn)化、細(xì)化或補(bǔ)充，涵蓋信息化基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（IT標(biāo)準(zhǔn)）、信息技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)（IT應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)）和信息化管理標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容類型。

通過(guò)智慧型研究所的建設(shè)，北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所通過(guò)構(gòu)建并行協(xié)同、虛實(shí)結(jié)合的產(chǎn)品分析論證、設(shè)計(jì)開發(fā)、仿真評(píng)估、試驗(yàn)驗(yàn)證、裝配集成、制造集成等數(shù)字化研制條件，形成全三維數(shù)字化研制能力，實(shí)現(xiàn)研制模式升級(jí)轉(zhuǎn)型和流程優(yōu)化，顯著提升了產(chǎn)品的研制水平和效率，將全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造、信息化管理的科研生產(chǎn)方式，從而提升管理精細(xì)化水平。同時(shí)，將大大提高目前伺服產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證和制造水平，實(shí)現(xiàn)基于同一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品多專業(yè)交叉協(xié)同和與總體單位的協(xié)同設(shè)計(jì)，建成伺服產(chǎn)品新的研發(fā)能力體系，為新一代伺服產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展提供有力的技術(shù)基礎(chǔ)保障，為重大背景型號(hào)伺服產(chǎn)品研制的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供支持，提升研發(fā)能力，為軍工行業(yè)的整體轉(zhuǎn)型樹立標(biāo)桿?！?/p>