面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化探究

李 偉

（中國航發(fā)研究院，北京 101304）

面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化探究

李 偉

（中國航發(fā)研究院，北京 101304）

結(jié)合智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，從生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能3個(gè)維度分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)智能制造發(fā)展方向以及智能制造對航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的挑戰(zhàn)，指出面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)工作。

智能制造；航空發(fā)動(dòng)機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)化

隨著新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，美國制定了“再工業(yè)化”、“制造業(yè)復(fù)興”、“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，德國拋出了“工業(yè) 4.0”，日本開始實(shí)施“再興戰(zhàn)略”，韓國制定了“新增長動(dòng)力規(guī)劃及發(fā)展戰(zhàn)略”，法國提出“新工業(yè)法國”，我國提出了《中國制造2025》[1]。這些國家層面制定實(shí)施的發(fā)展戰(zhàn)略或行動(dòng)計(jì)劃是希望通過技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整重振制造業(yè)，保持或提升本國制造業(yè)的競爭優(yōu)勢，實(shí)際上都是瞄準(zhǔn)了信息技術(shù)的深化應(yīng)用。以“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”為特征的智能制造已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的主流方向，在這股產(chǎn)業(yè)升級的強(qiáng)勁浪潮中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)成為發(fā)展的重點(diǎn)之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)作為體現(xiàn)國家綜合實(shí)力、軍事威懾能力和國際影響力的戰(zhàn)略性高科技產(chǎn)業(yè)，是衡量國家工業(yè)基礎(chǔ)、科技領(lǐng)先水平、綜合國力以及國防現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志，具有牽引科技創(chuàng)新和帶動(dòng)眾多產(chǎn)業(yè)升級的重要推動(dòng)作用。

智能制造是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)融合，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精確控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱[2]。智能制造是新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合，以及制造業(yè)不同環(huán)節(jié)的集成和互聯(lián)。標(biāo)準(zhǔn)化是推進(jìn)智能制造發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是推進(jìn)智能制造的先機(jī)和制高點(diǎn)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展和企業(yè)競爭的關(guān)鍵所在。我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)要適用智能制造的發(fā)展要求，需要在標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行先期研究，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化在推進(jìn)智能制造發(fā)展中的基礎(chǔ)性和引導(dǎo)性作用。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)具備了第三代航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制和生產(chǎn)能力，建立起了相對完整的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)體系，初步形成了專業(yè)化分工合作的大格局?！笆濉币詠恚趪依塾?jì)技改投入支持下，航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)施有了較大改善，補(bǔ)充了大量數(shù)控加工和檢測設(shè)備，建立了葉片、機(jī)匣、盤軸、裝配等專業(yè)化生產(chǎn)線。在數(shù)字化制造方面，開展了數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、工藝過程仿真等技術(shù)的研究及應(yīng)用，建立了完整的制造資源管理系統(tǒng)和生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)。尤其是“十二五”期間，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)在協(xié)同研發(fā)平臺(tái)、工程數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等共性基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)上投入了大量資源，初步具備了開展智能制造的信息化環(huán)境。

客觀而言，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)只有部分生產(chǎn)線達(dá)到了“工業(yè)3.0”階段，距離“工業(yè)4.0”智能制造的目標(biāo)尚有較大差距，主要表現(xiàn)為：

● 機(jī)床設(shè)備的智能化水平不足。智能制造很重要的一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)采集和設(shè)備互聯(lián)，然而大部分航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的機(jī)床設(shè)備，由于機(jī)床種類和數(shù)控系統(tǒng)版本限制，數(shù)據(jù)接口很難統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)采集、傳遞和集成帶來很大的困難；

● 大數(shù)據(jù)分析能力不足。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著豐富的技術(shù)狀態(tài)信息，只有經(jīng)過提煉和分析，形成數(shù)學(xué)模型并經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的才具有指導(dǎo)價(jià)值，而我們在這方面的嘗試非常有限，技術(shù)儲(chǔ)備嚴(yán)重不足；

● 制造仿真能力不足。智能制造需要借助仿真軟件對工藝過程、裝配過程和測量過程等進(jìn)行數(shù)值仿真，我們現(xiàn)在只在部分型號(hào)產(chǎn)品上做過驗(yàn)證，還沒有大范圍推廣應(yīng)用，并且仿真軟件的種類和數(shù)量都很少，基本上不具備獨(dú)立的軟件二次開發(fā)能力；

● 制造系統(tǒng)的集成需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。硬件與軟件的集成，各單位MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）等應(yīng)用系統(tǒng)與行業(yè)協(xié)同平臺(tái)、工程數(shù)據(jù)中心之間的集成等等，都需要開展專題研究。

除此之外，還有很多技術(shù)和管理問題，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)真正的智能制造還有很長的路要走。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)智能制造發(fā)展方向

智能制造系統(tǒng)架構(gòu)可以分3個(gè)維度，如圖1所示。其中生命周期維度，是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)組成的鏈?zhǔn)郊?，不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成不盡相同。針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，代表了產(chǎn)品研制的全生命周期模型，一般可以選擇論證、方案、工程研制、設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型、批量生產(chǎn)、使用保障進(jìn)行描述。

系統(tǒng)層面維度自下而上共5層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層，體現(xiàn)了裝備的智能化和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議化，以及網(wǎng)絡(luò)的扁平化趨勢。針對我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造的系統(tǒng)層級體現(xiàn)了智能設(shè)備、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控、制造執(zhí)行系統(tǒng)、中國航發(fā)運(yùn)營管理體系（AEOS）、基于航發(fā)網(wǎng)的協(xié)同平臺(tái)等。

智能功能維度自上而下，包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合、新興業(yè)態(tài)，其中以互聯(lián)互通為目的的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了物理世界和信息世界的融合。智能功能維度主要實(shí)現(xiàn)了信息資源和產(chǎn)品生命周期的集成與共享，針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)虛擬仿真與物理現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，推動(dòng)建立設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等規(guī)劃和驗(yàn)證過程的“數(shù)字化雙胞胎”，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的相互驗(yàn)證和迭代優(yōu)化。

隨著新中國航發(fā)集團(tuán)的成立和國家兩機(jī)重大專項(xiàng)的實(shí)施，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)正在大力開展智能制造技術(shù)研究，以信息化帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)長足發(fā)展，以網(wǎng)絡(luò)化突破空間地域?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)經(jīng)營范圍和方式的約束，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同和各種社會(huì)資源的共享與集成，將數(shù)字化制造技術(shù)滲透到產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和管理的全過程中，逐步實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品研制數(shù)字化”、“設(shè)計(jì)制造一體化”、“制造過程自動(dòng)化”、“機(jī)器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”、“過程監(jiān)控實(shí)時(shí)化”、“生產(chǎn)配套系統(tǒng)化”、“管理決策智能化”和“服務(wù)保障知識(shí)化”，全面提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)、制造和服務(wù)能力，推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)向創(chuàng)新型企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

● 產(chǎn)品研制數(shù)字化：在產(chǎn)品研發(fā)的全過程，大范圍采用模擬仿真手段，通過設(shè)計(jì)仿真、工藝過程仿真、模擬試驗(yàn)、物理樣機(jī)等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化，減少物理驗(yàn)證，降低研發(fā)成本。

● 設(shè)計(jì)制造一體化：智能制造提出端到端的集成，涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、服務(wù)全過程，整個(gè)過程有唯一的數(shù)據(jù)模型，各環(huán)節(jié)不斷對模型進(jìn)行補(bǔ)充和完善，并映射到設(shè)計(jì)需求。設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)證通過統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同，迭代效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提升。

● 制造過程自動(dòng)化：在智能化工廠，生產(chǎn)制造過程呈現(xiàn)高度自動(dòng)化，單一重復(fù)性的工作都被機(jī)械設(shè)備替代，對生產(chǎn)線的人工干預(yù)被降低到最低限度，生產(chǎn)流程標(biāo)準(zhǔn)化、過程可控。

● 機(jī)器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化：智能化設(shè)備是構(gòu)成賽博物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical Systems）的基礎(chǔ)條件，智能制造模式下，機(jī)器設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)或總線形式進(jìn)行系統(tǒng)集成和在線控制，智能設(shè)備間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的互聯(lián)互通。

● 過程監(jiān)控實(shí)時(shí)化：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、加工過程參數(shù)和報(bào)警等信息自動(dòng)采集并通過人機(jī)交互設(shè)備展示。

● 生產(chǎn)配套系統(tǒng)化：智能制造強(qiáng)化了產(chǎn)業(yè)鏈的集成，與企業(yè)生產(chǎn)制造相關(guān)的協(xié)作配套關(guān)系得到進(jìn)一步加強(qiáng)，并通過信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對供應(yīng)商和采購過程的動(dòng)態(tài)管理。

● 管理決策智能化：把產(chǎn)品研發(fā)全過程產(chǎn)生的工程和管理數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫和信息化平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，智能工廠對生產(chǎn)計(jì)劃、制造資源、工廠運(yùn)行、質(zhì)量信息、故障信息等情況進(jìn)行綜合分析，并具備主動(dòng)判斷、規(guī)劃的能力，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯做出自主決策和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

● 服務(wù)保障知識(shí)化：智能制造強(qiáng)化了數(shù)據(jù)服務(wù)能力，產(chǎn)品數(shù)據(jù)和維修服務(wù)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，與實(shí)物狀態(tài)保持一致。基于結(jié)構(gòu)化的實(shí)做數(shù)據(jù)（實(shí)際操作使用數(shù)據(jù)）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、故障知識(shí)數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)資源，具備航空發(fā)動(dòng)機(jī)自感知、自診斷、自決策能力，實(shí)現(xiàn)智能健康管理。

3 智能制造對航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的挑戰(zhàn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研究與發(fā)展是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，標(biāo)準(zhǔn)是其中至為關(guān)鍵的核心要素，作為研發(fā)技術(shù)體系的承載，以及技術(shù)發(fā)展與型號(hào)研制的保障，有著舉足輕重的作用[3]。標(biāo)準(zhǔn)化工作是指標(biāo)準(zhǔn)制定、發(fā)布、實(shí)施的過程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化工作不僅是航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理的重要基石，也是形成企業(yè)核心能力和保持比較優(yōu)勢的關(guān)鍵要素。

面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化不同。傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化是在總結(jié)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過廣泛協(xié)調(diào)，制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)應(yīng)用。而信息化標(biāo)準(zhǔn)化具有超前性，在智能制造的信息技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，需要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并保持動(dòng)態(tài)修改，以適應(yīng)信息技術(shù)實(shí)施的新問題。這樣要求標(biāo)準(zhǔn)化工作早介入，并納入信息化工程的計(jì)劃，以使標(biāo)準(zhǔn)化在信息化建設(shè)中充分發(fā)揮作用。

面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化工作就是圍繞航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造系統(tǒng)的縱向集成、橫向集成和端到端集成而開展標(biāo)準(zhǔn)制定、發(fā)布、實(shí)施的一系列工作，強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)的共享和交互，數(shù)據(jù)的管理和標(biāo)準(zhǔn)化是基礎(chǔ)。同時(shí)，智能制造標(biāo)準(zhǔn)化的對象具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精確控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式，針對智能設(shè)備、智能工廠、智能服務(wù)、工業(yè)軟件與大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，要重點(diǎn)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)的結(jié)合。

當(dāng)前面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，重點(diǎn)要開展以下標(biāo)準(zhǔn)化工作：

● 建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造支撐環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一定義航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造術(shù)語和參考模型，制定對象標(biāo)識(shí)、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)描述和數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn)，支撐各信息化應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與使用；開展工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能、數(shù)字化雙胞胎和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的功能模型、數(shù)據(jù)集成與管理、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)定義和管理等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究及應(yīng)用；制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造信息安全管理標(biāo)準(zhǔn)，制定包括軟件安全、設(shè)備信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、信息安全防護(hù)、產(chǎn)品測評及安全能力評估在內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范制造信息安全管理活動(dòng)，消除信息安全隱患。

● 制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能制造產(chǎn)品研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)開展基于知識(shí)的先進(jìn)計(jì)算、MBD（基于模型定義）建模和仿真分析標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)、材料和制造工藝適用性分析驗(yàn)證、協(xié)同研發(fā)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究；研究基于模型的需求工程、定義、制造和檢驗(yàn)與保障標(biāo)準(zhǔn)；研究復(fù)雜賽博—電子—機(jī)械系統(tǒng)建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)等；制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品全生命周期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)全過程的業(yè)務(wù)流程，支持產(chǎn)品協(xié)同研制。

● 制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化車間、智能裝備等標(biāo)準(zhǔn)。面向智能制造，支撐更柔性、互聯(lián)、協(xié)同、高效的軍工數(shù)字化車間/生產(chǎn)線建設(shè)，重點(diǎn)開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)工藝參考模型研究，數(shù)字化車間/生產(chǎn)線系統(tǒng)架構(gòu)與參考模型研究；確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)智能生產(chǎn)線構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，形成與行業(yè)發(fā)展水平相一致的系統(tǒng)架構(gòu)，指導(dǎo)智能生產(chǎn)線相關(guān)軟硬件建設(shè)；開展增材制造、微納米加工及工業(yè)機(jī)器人等智能裝備標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用研究；數(shù)字化車間/生產(chǎn)線可視化和實(shí)時(shí)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)研究；數(shù)字化車間/生產(chǎn)線增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和可穿戴設(shè)備、信息采集設(shè)備等移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用研究。

● 開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)研究。面向基于價(jià)值鏈的虛擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的組織和運(yùn)營，重點(diǎn)開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)鏈管理標(biāo)準(zhǔn)研究，開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程/在線故障檢測與維修標(biāo)準(zhǔn)、制造型服務(wù)模式標(biāo)準(zhǔn)研究等。

4 結(jié)論

當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的信息智能時(shí)代，全國、乃至全世界的工業(yè)界都已經(jīng)行動(dòng)起來，走上了產(chǎn)業(yè)智能升級之路，作為高端制造業(yè)“皇冠上的明珠”，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)也應(yīng)該伴隨 “中國制造2025”的強(qiáng)勁東風(fēng)啟程，邁出向高端制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的堅(jiān)實(shí)步伐?！爸悄苤圃?，標(biāo)準(zhǔn)先行”，要做到不是跟風(fēng)上路，不是盲目上路，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)需要深入研究面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，做好標(biāo)準(zhǔn)化工作規(guī)劃，做到有備而行。

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T-65 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] C [文章編號(hào)] 1003-6660（2017）04-0006-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.04.002

2017-06-23

（編輯：閑庭）