航空機電航電產品的智能制造新模式建設

宋 晶 陳劍鋒

航空機電航電產品的智能制造新模式建設

宋 晶 陳劍鋒

工業的發展歷程也是人類智能逐步向機器轉移的過程

在生命之初，面對環境的未知與變化，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用知識與技巧的能力，其本質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。當具備預測事物的發展趨勢能力的時候，則是智慧了。

縱觀人類發展史，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、智慧不斷深化發達，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明各類工具來提高勞動效率。人類工業文明發展也是隨著對產品需求的不斷進化，人類的體力勞動和腦力勞動逐步向機器轉移的過程，使機器除了可以放大人類的體能，也能復制、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雜工作。讓機器像人一樣，能在線動態感知各種工況（看）、主動交換信息（聽/說）、智能分析與決策（想）、機器自律精準執行（做）。把人工智能引入制造過程的各階段、各環節，即可構成具有不同程度智能行為的智能執行單元，每一智能執行單元均包含人與“機器”，兩者之間實現交互，共同構成決策主體。

“設備”“數據”“人”高度融合，具有智能行為的機器通過自檢測、自分析，形成自適應的決策調整，反饋到系統的前端，構成新一輪的決策指令生成,并豐富知識與經驗積累。同時人將機器還不能處理的狀態，進行基于知識與經驗的思考，形成正向和主導的決策與指令。多個智能執行單元共同組成特定的智能制造系統。

智能制造是在數字化、信息化、網絡化、自動化等基礎上，融入人工智能技術，以賽博物理系統為支撐，以人、機（智能制造設備）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。企業的智能制造新模式有六個主要特征：狀態感知——準確感知企業、車間、設備的實時運行狀態；實時分析——對獲取的實時運行狀態數據進行快速、準確的分析；自主決策——按照設定的規則，根據數據分析的結果，自主做出判斷和選擇；精準執行——執行決策，對設備狀態、車間和生產線的運行做出調整；動態架構——打破企業邊界，對外動態聚合、釋放全球資源，為我所用，對內資源實時優化，確保產能最大常態化；人機融合——人類專家與智能產品、智能裝備等共同組成智能系統，分工協作。

航空機電航電產品行業的特點使其非常適宜開展智能制造

航空機載機電航電產品被稱作飛行器的“大腦”和“神經中樞”，直接決定飛行器能否實現安全可控的飛行、完成機動動作、按時準確飛行至目標位置。航空機電航電產品構成復雜、結構層級多，不僅制造精度要求高、制造過程多專業協同、定制化程度高，而且制造周期長。

作為機電學液磁力控一體化的高集成度產品制造企業，機電航電產品企業的設計、制造、服務的水平也必須是一體化高度集成的，這類企業技術密集、原始創新能力強、科研項目多、制造離散度大、高端裝備應用多。雖然機電航電企業原始創新能力強，且廣泛采用先進制造技術、大幅應用高端設備來提升制造效率，但其傳統的離散制造模式存在制造信息傳遞、質量控制、過程控制能力、供應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，制約了企業的發展。因此，機電航電企業必須通過建設智能制造新模式，即具備對市場需求快速響應、對產品狀態實時感知、對現有資源動態組織、對數據信息集成應用、對制造過程精準控制等能力的制造模式，來推動企業轉型升級和可持續發展。

航空機電航電產品企業，無論從產品特點、制造模式，還是行業內供應鏈、物流管理、物聯網、大數據應用的發展水平現狀等各方面，均適宜開展智能制造。比如，從產品特點來看，機電航電產品是光機電液控一體化的產品，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，產品本身具有感知、分析、決策、控制、執行并與外界通訊的能力，具備智能產品與智能互聯產品的特點；從制造模式上來看，機電航電產品具備多品種、小批量、多狀態、短周期、高度訂制化的特點，制造過程離散程度高、專業協同性強、適宜開展智能制造提高生產效率，穩定生產質量；從物聯網（產業鏈協同）上看，企業與各主機單位、配套廠家、需求院所和供應商對接，產品的配套、協同與服務均需要各種資源信息的實時采集、實時調配，通過無界企業來動態聚合資源，以滿足市場需求。

航空機電航電產品企業數字化、信息化起步早，產品研發數字化工作已經基本完成，生產信息化也在進行中。部分企業甚至已經完成產品生命周期鏈、供應鏈與企業經營鏈的集成，提升了研發、生產、服務與管理的效率與效益，具備了開展智能制造的很好的基礎條件。

目前，在數字化基礎方面，企業的研發制造流程中設計、仿真、分析等工具軟件基本具備，產品全生命周期數據管理平臺和知識管理平臺搭建完成。在信息化方面，各企業都具備ERP、MES、MRO等多個業務系統，正在逐步實現產品設計、工藝設計、生產計劃、供應鏈、制造、服務信息的全流程貫通。國內機電航電企業關鍵裝備數控化率已經達到75%以上，部分數控設備實現了運行監控，并初步實現集群化、網絡化。在物流管理基礎方面，企業在物流信息化方面起步比較早，產品的需求提出、指令下達，現場配送和提交入庫等信息齊全，全程共享。在制造技術基礎方面，現場單臺數控設備每天能快速切換加工多種不同的零件，在精益單元內部已經實現單件流生產，各設備間協同配合，有效提高了生產效率。這些都是企業實施智能制造建設的優勢條件。但也不容忽視的是，工藝數字化能力較弱、精益生產水平較低、自動化水平不均衡、設備工位傳感檢測系統能力不足和自動化的物流配送系統缺失等問題依然存在。

智能制造新模式建設可以通過七步走循序推進

智能制造新模式企業級總體系統框架，主要包括企業聯盟層、企業管理層、生產管理層、控制執行層四個層級，控制執行層包括人機交互層、物聯通訊層和資源層。

其中，企業聯盟層主要是形成產業鏈和供應鏈（物聯網）的協同管理，實現價值網絡的橫向集成；企業管理層是構建智能研發創新平臺和智能運營管理平臺，實現價值鏈端到端的集成；生產管理層是構建虛擬制造過程仿真平臺和集成制造執行管控平臺，實現智能生產服務縱向集成；控制執行層是建立智能制造生產線（單元）及智能物流系統。

基于機電航電產品的特點、生產模式，以及制造技術能力，建設智能制造新模式不必強求設備生產線的自動化，而是應以信息、知識自動化（信息的感知、分析、處理、傳輸自動化與主動協同）為核心，通過信息高度集成與協同來提升制造效率。智能制造生產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4.0是一個目標，智能制造是一個過程。智能制造新模式建設的實現也要循序漸進，建議可以分為以下七步進行：一是生產線精益化持續改進，以精益生產單元為基礎，不斷優化結構化、精細化、參數化制造過程，為智能制造生產線打下堅實的基礎；二是對智能制造生產線進行總體建設方案設計，以機電航電產品及制造模式為研究對象，依據智能制造原理及架構，形成智能制造生產線總體建設方案；三是對設備、設施、物料、崗位智能化改造，對智能制造生產線的“三啞”（啞物料、啞設施、啞工位）及虛擬制造平臺等短板快速改造，滿足智能生產線建設需要；四是智能制造關鍵、支撐技術突破，依托國家級智能制造創新研究機構，突破智能制造關鍵、支撐技術及公用技術，為生產線建設掃清技術障礙；五是智能物流系統改造，依據各企業現有制造模式及批量，適時開展智能物流系統改造，提高物流系統自動化及智能化水平；六是信息系統建設與改造，重構或改造現有信息系統，新建基于模型的虛擬過程仿真平臺等系統，動態感知現場實時信息，優化車間布局，優化物流配送，改善生產線的性能，動態優化現場資源，使生產現場最大產能常態化；七是全面集成，整體建設形成能力，依據總體建設方案及建設路線圖，將上述各部分全面集成，最終實現智能制造生產線建設，逐漸形成整體能力，并全面推廣。

智能制造具有更快和更準確的感知、反饋和分析決策能力，更加能夠滿足定制化的市場需求，使個性化產品的大規模定制成為可能，為機電航電企業產品的多品種、小批量、短周期的研發生產提供了契機。智能制造能夠使在研發制造過程中的設計數據準確、工藝數據準確、計劃指令準確、到達工位準確，有效解決制造成本和效率的難題、降低產品的不合格率，為企業創造更多的市場價值。智能制造改變了傳統的制造模式、業務模式和創新模式，將助推企業轉型升級。

(中航工業西安飛行自動控制研究所 )