航天科工集團裝備智能制造標準體系框架研究

丁熙 阮超 孫燕 徐曉寧 魏志強

（北京電子工程總體研究所，北京，100854）

制造業是航天科工集團裝備產業的重中之重，作為航天產品發展的支柱性、基礎性產業，裝備制造業是提升科工集團產品質量的技術保障，而標準是產業發展和質量技術基礎的核心要素，是科工集團裝備制造業行業管理的重要手段，我們應盡早與國際對接，建成滿足航天國際合作需要的中國航天科工集團裝備智能制造標準體系框架。

1 國內外智能制造標準體系簡況

1.1 德國智能制造標準體系

工業4.0在德國被認為是第四次工業革命，是德國政府2011年11月公布的《高技術戰略2020》中的一項戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，保持德國的國際競爭力。德國工業4.0將推廣“工廠的標準化”，借助智能工廠的標準化將制造業生產模式推廣到國際市場，以標準化提高技術創新和模式創新的市場化效率。

1.2 美國智能制造標準體系

2016年2月，美國國家標準與技術研究院（NIST）工程實驗室系統集成部門，發表了一篇名為《智能制造系統現行標準體系》的報告，這份報告總結了未來美國智能制造系統將依賴的標準體系，這些標準橫跨產品、生產和商業這三個制造生命周期的主要維度。

1.3 中國國家智能制造標準體系

為解決標準缺失、滯后以及交叉重復等問題，指導當前和未來一段時間內智能制造標準化工作，根據國家智能制造戰略部署，工業和信息化部、國家標準化管理委員會共同組織制定了《國家智能制造標準體系建設指南》。智能制造系統架構通過生命周期、系統層級和智能功能的三個維度構建，主要解決智能制造標準體系結構和框架的建模研究。

德國把標準作為工業4.0戰略實施的優先領域，而中國也提出“智能制造，標準先行”。如何聯合組成跨行業、跨領域的工作組，加快標準化路線圖的實施；如何加快智能制造相關參考模型、術語及急需標準的制定工作；如何在推進智能工廠建設時做到標準先行；如何盡快與國家標準委員會以及多個技術委員會形成戰略合作，推動國家標準轉化為國際標準的路徑，以及盡快贏得話語權等；這些都是目前科工集團裝備制造標準體系建設急需考慮的。

2 科工集團裝備智能制造標準體系框架

2.1 研究基礎

自2013年以來，科工集團持續開展數字化工業標準體系相關研究和實踐工作，推動實施數字化研制模式，同時開展智能制造樣板間、ERP等建設工作，為形成智能制造能力創造條件。此外，與數字化工業體系建設相關的科研、質量模式的持續改進也為三大平臺（專有云、航天云網、智慧企業運行）的應用能力提升提供了管理制度上的保障。

作為智能制造標準體系框架的研究基礎，數字化工業標準體系深度融合信息化與工業化，實現武器裝備協同論證、協同設計、協同制造、協同試驗、協同服務保障。圍繞航天武器裝備研制需求，提升面向虛擬樣機的智能研發能力、基于模型的智能制造能力、智能化協同管控能力、面向資源和能力的軍工集團智慧云服務能力、智慧軍工條件下的信息安全能力等5項核心能力，為科工集團裝備智能制造標準體系框架建設奠定堅實的基礎。數字化工業標準體系頂層框架如圖1中所示。

圖1 數字化工業標準體系和智能制造標準體系

2.2 繼承關系

科工集團裝備智能制造標準體系框架用以統籌標準資源、優化標準結構，以滿足智能制造發展需求為目標，界定智能制造標準化的內涵和外延，識別智能制造現有和缺失的標準，認清與現有數字化工業標準體系間的交叉迭代關系，在數字化工業標準體系的基礎上完成一次進階，從數字化制造上升到智能化制造的新高度。

目前的數字化工業標準體系主要圍繞產品生命周期集成過程的數字化開展標準化工作，而智能制造帶來了新的挑戰。我們提出了以建設智慧企業為目標的科工集團裝備智能制造標準體系框架。在深入分析數字化工業標準體系原有8大類標準化需求的基礎上，提出了由“基礎共性”、“關鍵技術”、“智能設計”等7部分構成的科工集團裝備智能制造標準體系框架，兩者之間的繼承關系如圖1所示。

2.3 科工集團裝備智能制造系統架構

科工集團裝備智能制造需要實現跨企業的價值網絡橫向集成，貫穿企業設備層、控制層、管理層的縱向集成，以及從航天產品設計開發、生產計劃到售后服務的生命周期集成，是一個互聯、互通、互操作、多系統集成的復雜系統。

按照國家智能制造標準體系建設指南的指導思路，通過研究科工集團裝備智能制造基礎和發展前景，提取其共性抽象特征，構建由過程維度、層級維度和智能維度組成的三維智能制造系統架構，從而界定科工集團裝備智能制造標準化的內涵和外延，識別現有和缺失的標準，認知現有標準間的交叉重疊關系，開展科工集團裝備智能制造標準體系結構和框架的建模研究。

航天智能制造裝備產業相關標準的建立對于提高裝備質量，提高零部件及組件、軟件系統的互換性具有重要意義。在深入分析標準化需求的基礎上，綜合航天智能制造系統架構各維度邏輯關系，智能制造系統架構的過程維度以科工集團裝備產品生命周期為主線，形成4類關鍵標準：設計、生產、試驗和綜保。層級維度按照航天系統組織架構，自下而上共分4級：車間處室級、廠所級、院級和集團級。智能維度自下而上分為4層：智能基礎、單元級智能、多單元協同智能、集群級智能，對智能功能結構分解細化，如圖2所示。

圖2 科工集團裝備智能制造系統架構

2.4 科工集團裝備智能制造標準體系結構

科工集團裝備智能制造標準體系結構包括7個部分：基礎共性、關鍵技術、智能設計、智能生產、智能試驗、智能綜保和智能管控，主要反映標準體系框架各部分的組成關系，如圖3所示。

圖3 科工集團裝備智能制造標準體系結構圖

●基礎共性標準和關鍵技術標準位于結構圖的左、右兩側，對應系統架構的智能維度；共性技術標準作為其研制的基礎，是整個體系的支柱。

●智能設計標準、智能生產標準、智能試驗標準和智能綜保標準位于結構圖中央，是標準體系的核心內容，對應系統架構的過程維度，囊括了科工集團裝備智能制造全生命周期中遵守的設計、生產、試驗和綜保要求，是科工集團裝備智能制造建設的依據和準則。

●智能管控標準位于結構圖最頂層，保證裝備在設計、生產、試驗和綜保的全過程中受到及時有效地管理與控制，并能依據現場變化動態調整。

2.5 科工集團裝備智能制造標準體系框架

從智能裝備/單元、智能生產線、智能工廠到智慧云制造等不同層面，研究科工集團裝備智能制造標準體系、業務模式、服務模式、運營模式、商業模式等頂層設計內容，向基于航天武器裝備智能制造的基礎共性標準、關鍵技術標準、智能設計標準、智能生產標準、智能試驗標準、智能綜保標準、智能管控標準領域延伸。如圖4所示。

圖4 科工集團裝備智能制造標準體系框架

●基礎共性標準主要用于規范統一科工集團裝備智能制造相關概念，是頂層標準，為其他各部分標準提供支撐，主要包括通用標準、安全標準、集成標準、可靠性標準等。

●關鍵技術標準基于智能化專業能力，結合云平臺的建設，構建武器系統和分系統多級虛擬樣機，并行協同開展作戰需求分析、系統概念設計、多學科設計分析與綜合優化、作戰效能評估，主要包括云制造、智能虛擬樣機、系統和產品生命周期管理、工業互聯網等。

●智能設計標準基于智能制造的思想和要求構建智能化產品數據源和設計與分析規則，確保研制活動并行過程中的數據一致性，以支撐航天武器裝備的研制、生產、保障的協同與綜合設計，來提高產品質量和縮短研制周期。主要包括智能設計與仿真、工藝設計與仿真、設計資源庫和智能設計優化等。

●智能生產標準實現基于產品制造基線的技術狀態管理、智能化生產技術準備與過程控制、生產管理與控制、生產質量管理與控制等核心業務的綜合管理，實現對物料清單、工藝、計劃、資源設備、物料、質量數據的集成管理和共享。研究基于MBD數據源的工藝、計劃、質量、生產、物流等5大核心業務的企業級智能化協同制造運行模式，制定基于MBD的工藝協同設計系統、基于MBD的工藝仿真系統、車間制造執行系統、數字化生產線、生產物流數字化系統、數字化檢測與質量、制造設備物聯環境等7個方向的標準。主要分為智能設備、智能車間和智能工廠。

●智能試驗標準支撐模裝試驗、環境試驗、仿真實驗、性能試驗、可靠性工程試驗、試驗管理和檢測評價等智能試驗體系建立，將實物樣機的試驗驗證和虛擬樣機的仿真驗證有機結合，實現對試驗的智能化分析應用。主要圍繞復雜戰場環境下智能化靶場、試驗智能化管理和公用智能化試驗驗證系統所涉及的試驗對象、環境、過程、結果和管理等幾個方面進行。

●智能綜保標準以航天武器裝備全生命周期保障需求為牽引，以智能化手段提升航天武器裝備的綜合保障能力。主要包括綜合保障設計及評價、個性化定制、遠程運維和配套服務等所涉及的智能化綜合保障標準。

●智能管控決策標準圍繞企業戰略、企業經營和型號業務等3個層次集中開展管控和決策支持，實現管理業務之間及其與工程的集成與協同，將各種管理活動信息化，從而規范各項管理業務、提高管理效率。主要圍繞工業大數據、業務流程體系、信息化應用建設和信息化應用運行等幾個方面開展規劃和建設。

2.6 成果及應用

在科工集團“五個新一代”（指新一代武器裝備技術、新一代航天發射與應用技術、新一代自主可控信息技術、新一代裝備制造技術、新一代材料與工藝技術）和“四項基礎技術”（指微系統基礎技術、自主可控信息安全基礎技術、智能制造基礎技術、智慧產業基礎技術）發展中均已明確智能制造技術及應用相關內容。實施智能制造將有力推動“制造與服務相結合、線上與線下相結合、創新與創業相結合”新業態體系的構建與完善?？乒ぜ瘓F在數字化、網絡化、智能化方面開展了大量關鍵技術攻關工作，建立了一批國家級、省市級技術和工程中心、重點實驗室。依托復雜產品智能制造系統技術國家重點實驗室、航天產品智慧云制造試點示范項目、精密電子元器件智能制造新模式應用項目、云制造技術研發中心、“三啞”（啞設備、啞崗位、啞企業）改造等相關技術研究與實踐，目前已發布《云制造術語》、《云制造服務平臺體系架構要求》、《云制造服務平臺信息安全防護體系管理要求》等標準，擁有相關專利463個，榮獲多項國家、部級科技進步獎。

科工集團結合行業特點，強化標準在推進科工集團裝備智能制造發展中的牽引作用，聚焦最佳技術研究與實踐，優先形成標準。按照“邊應用邊建設”的原則開展重點應用領域的標準編制工作，下一階段擬制定如下專業標準。

a）云仿真服務分類、云仿真服務描述與封裝、云仿真服務組合與協同及云仿真服務共享、應用模式。

b）面向離散制造業的數字化車間服務模型，包括數字化車間的術語和定義、數字化車間模型結構和建模方法、設備層數字化要求、工藝設計數字化要求、車間信息交互、制造運行管理數字化要求等。

c） 面向離散制造業的車間CPS（信息物理系統）體系架構，包括車間CPS系統模型、虛擬車間建模仿真要求、虛擬車間模型校驗要求、車間CPS系統管理過程要求等。

d）云制造資源、能力服務管理要求，包括云制造資源/能力服務構建、運行、評估等方面的管理要求，適用于全系統、全生命周期各層次、各階段的云制造資源、能力服務管理的方案論證、設計開發、建設實施、系統運營等。

e）面向離散制造業的工業大數據服務模型，包括工業大數據服務體系、工業大數據治理要求、工業大數據分類體系、工業大數據應用體系等。

初步建立面向航天領域的裝備智能制造標準體系框架及其相關標準，突破共性關鍵技術與工程化、產業化瓶頸，推動產業升級關鍵技術標準研制，助推智能制造、綠色制造，提高創新發展能力和競爭力，為盡快實現裝備智能制造工廠這一典型科工集團裝備智能制造場景的標準化、規范化建設及應用打開局面。

3 前景展望

裝備智能制造標準體系框架建設強化標準在推進科工集團裝備智能制造發展中的牽引作用，聚焦最佳技術實踐，優先形成標準，統籌標準資源，優化標準結構。突出科工集團裝備智能制造標準體系框架與航天產品數字化工業標準體系的融合貫通，視其成熟度等級分步推進。充分結合我國裝備制造業和智能制造技術的總體發展布局，適時制修訂符合我國國情的智能制造標準，為科工集團裝備產業發展提供支撐。建立科工集團裝備智能制造標準準入原則，形成動態更新完善機制，隨著智能制造發展的不同階段，緊密結合智能制造技術研究成果，充分考慮標準的適用性，推動裝備智能制造標準建設，逐步形成兼容性好、開放性強的科工集團智能制造標準體系。

科工集團裝備智能制造標準體系框架通過對標《國家智能制造標準體系建設指南》，分解細化形成，有利于加強標準的統籌規劃與宏觀指導，牽引科工集團裝備智能制造標準體系建設及相關標準立項工作，構建相互銜接、協調配套的標準體系，可用以指導未來一段時期內航天領域智能制造國家標準和行業標準立項及制修訂工作，并成為科學管理的根本依據。