基于“兩化”融合的智慧型研究所構建研究

◎北京精密機電控制設備研究所 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建研究

◎北京精密機電控制設備研究所 張文海 俞光煒 寧琦 岳良 王一鵬

“十二五”以來，“兩化”融合已成為國家級戰(zhàn)略，北京精密機電控制設備研究所作為中國運載火箭技術研究院唯一的廠所聯(lián)合單位，“十三五”計劃以《中國制造2025規(guī)劃》為指導，以國家大力推進“兩化”深度融合和“工業(yè)4.0”為契機，研究構建智慧型研制體系。通過數字化、網絡化、智能化的信息制造技術手段，實現數字化協(xié)同創(chuàng)新、全方位綜合仿真、網絡智能化制造等技術的全面應用，推進研制流程優(yōu)化和研制模式轉型升級，切實提升設計仿真和協(xié)同研發(fā)能力，提高數字化制造和綜合業(yè)務管理能力，實現設計制造一體化智能研制的建設目標。

一、建設目標

結合研究所設計制造一體化特點，以信息技術和制造技術深度融合的數字化、網絡化、智能化為主線，打造成為一個以智能設計為中心的智慧型研究所，升級優(yōu)化產品的研制流程，改變傳統(tǒng)設計制造串行、系統(tǒng)設備孤立、知識信息未有效應用的現狀。

1．實現五個目標

一是實現以設計為中心，科研生產和經營管理全要素大數據的智能挖掘分析、系統(tǒng)仿真評估、情境化感知和自動化推送應用。

二是實現基于工藝制造、設備物資、人員經費等信息的設計方案優(yōu)選和智慧型閉環(huán)迭代優(yōu)化。

三是實現生產試驗的數字化管控、柔性化制造、自動化檢測、智能化倉儲。

四是實現設計研發(fā)的信息物理網絡化融合、設計制造一體化協(xié)同和全過程虛擬化仿真驗證。

五是實現快速響應研發(fā)與敏捷智能制造。

2．完成四個轉變

一是完成設計制造由孤立串行到并行一體的轉變；二是完成仿真驗證由局部到全流程的轉變；三是完成生產由傳統(tǒng)到數字化、網絡化、智能化的轉變；四是完成能力資源由分散管理到區(qū)域協(xié)同增強型管理的轉變。

3．提升三個能力

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

最終完成從產品的設計、生產規(guī)劃到生產實施和最終服務用戶的全生命周期管理，確保我國戰(zhàn)略戰(zhàn)術武器和運載火箭伺服系統(tǒng)的領先地位，滿足“十三五”各型號項目的研制任務需要，為軍工能力建設樹立智慧型研究體系的標桿。

二、總體框架

“兩化”融合智慧型研究所概括為“四個平臺、兩個體系”?！八膫€平臺”是指基于大數據決策支持的智能運營平臺、基于模型的智能研發(fā)平臺、基于模型的智能制造協(xié)同平臺和基于CPS的智能設施平臺；“兩個體系”是指IT標準體系和IT安全體系。整個智慧研究所架構分為6層，分別為智能展現層、智能管控層、智能業(yè)務層、智能支撐層、智能數據層、智能基礎層?？傮w平臺架構如圖1所示。

首先建立集成平臺，在平臺上建立基于產品研制過程所有數據的協(xié)同管理模塊，提供的工程協(xié)同管理環(huán)境便于設計/制造/服務等全面協(xié)同；然后，按照研究所現有技術基礎，在集成數據的平臺上建立以伺服產品研制流程為主線的數據產生工具集，包括建模、設計、仿真、數字工藝等工具軟件，以及制造設備、檢測設備、裝調設備等數字化工藝設備和數字化庫房；建立以產品質量、產品生產計劃等管理為主線的衍生數據的生成與管理工具集，包括頂層質量管理模塊，基層質量管理模塊，頂層生產任務分解與管理模塊，基層生產任務分解模塊，頂層計劃與決策的管理、基層計劃與決策的管理模塊。同時，建立企業(yè)內最基礎的數據的積累與管理工具集，包括頂層資產管理、基層資產管理、頂層標準、基層標準、模板、頂層庫房管理、基層庫房管理。

1．軟硬件平臺

“兩化”融合智慧型研究所包括4個研發(fā)平臺建設:智能運營平臺、智能研發(fā)平臺、智能制造協(xié)同平臺和智能設施平臺。

（1）智能運營平臺

構建面向決策的運營管理模式，實現對全業(yè)務過程人、財、物的協(xié)同管理，通過集成服務、業(yè)務智能、統(tǒng)一數據管理實現基于大數據的分析、科學決策、統(tǒng)一信息展示和智能監(jiān)控。建立涵蓋“全過程、全要素”的綜合性智能信息集成平臺，通過物聯(lián)網、云、大數據等技術推進研發(fā)生產和科研管理的全流程數字化，實現各類數據的集中管理和處理分析。補充建立頂層決策、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據支撐，為區(qū)域和上下游產業(yè)價值鏈數據互通管理提供平臺支撐。

（2）智能研發(fā)平臺

智能研發(fā)平臺包括基于模型的系統(tǒng)工程、基于模型的設計工程、基于模型的試驗工程和基于模型的制造工程能力建設。

基于模型的設計工程承接MBSE需求，通過基于組件的協(xié)同設計，在方案和初步設計過程中實現快速原型設計與迭代，確定最優(yōu)方案；通過工程設計在詳細設計過程中實現機、電等專業(yè)的協(xié)同設計。設計工程以MBD方式向制造工程傳遞模型并開展后續(xù)工藝設計與仿真，以系統(tǒng)級模型、專業(yè)級模型的形式在試驗工程中進行仿真驗證和模型迭代，通過PLM開展各類設計資源的調用、協(xié)同研制和模型管理。

基于模型的試驗工程對產品研制過程中的試驗數據、任務進行管理，通過虛擬化的方式對系統(tǒng)級、產品級設計中各類模型進行仿真驗證，指導設計不斷迭代完善，與MBSE、設計工程共同完成完整的性能伺服系統(tǒng)。試驗工程是對MBSE、設計工程的閉環(huán)驗證過程，各類模型通過系統(tǒng)PLM進行關聯(lián)和追溯。

基于模型的制造工程對制造過程進行管理，對各類工藝開展MBD驅動設計并進行仿真，同時圍繞制造裝備、生產線和物流等開展生產系統(tǒng)的設計與仿真，實現生產驗證與優(yōu)化，完成虛擬生產。制造工程承接MBSE需求和設計工程MBD模型開展工藝規(guī)劃、設計與管理，向實物生產過程提供各類工藝和制造過程信息。

（3）智能制造協(xié)同平臺

智能制造協(xié)同平臺實現伺服系統(tǒng)試制過程管理和智能供應鏈協(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)（含網絡、軟件系統(tǒng)），以及具備精確控制、遠程協(xié)作、自治功能，智能檢測、自動倉儲、智能物流的伺服智能化生產單元。以現有的自動化設備為基礎，補充現代傳感器、基礎網絡、自動化機器人、智能化倉儲物流等設備，實現傳統(tǒng)生產向數字化、網絡化、智能化的轉變。

（4）智能設施平臺

智能設施平臺包括智能基礎軟件、智能園區(qū)設施、信息資源中心、統(tǒng)一門戶等基礎能力，以支持未來應用的高容量、高性能、高可靠性、智能管理、備份恢復能力和動態(tài)管理的要求。

2．支撐體系

（1）信息安全體系

圍繞涉密網絡的安全防范，遵循中國航天科技集團公司要求，建立整體的涉密安全防護體系，以滿足分級安全要求和國家信息安全等級保護的安全要求。信息安全體系參考框架如圖2所示。

（2）信息標準體系

按照航天科技集團的信息化標準規(guī)范體系框架要求，結合研究所型號研制、科研生產和管理需求，在國標、國軍標、航標和航天科技集團標準基礎上進行提升轉化、細化或補充，涵蓋信息化基礎標準、信息技術標準（IT標準）、信息技術應用標準（IT應用標準）和信息化管理標準等內容類型。

通過智慧型研究所的建設，北京精密機電控制設備研究所通過構建并行協(xié)同、虛實結合的產品分析論證、設計開發(fā)、仿真評估、試驗驗證、裝配集成、制造集成等數字化研制條件，形成全三維數字化研制能力，實現研制模式升級轉型和流程優(yōu)化，顯著提升了產品的研制水平和效率，將全面實現數字化制造、信息化管理的科研生產方式，從而提升管理精細化水平。同時，將大大提高目前伺服產品的設計、仿真、試驗驗證和制造水平，實現基于同一數據源的產品多專業(yè)交叉協(xié)同和與總體單位的協(xié)同設計，建成伺服產品新的研發(fā)能力體系，為新一代伺服產品技術創(chuàng)新和發(fā)展提供有力的技術基礎保障，為重大背景型號伺服產品研制的關鍵技術攻關提供支持，提升研發(fā)能力，為軍工行業(yè)的整體轉型樹立標桿。▲