智能化體系對我國軍工企業的影響*

天津電源研究所 姜釗 于輝 蘭志成 蘇彬 杜洋

近年來，智能制造作為全世界范圍都在競相議論的熱門話題，已開始應用在各個國家的軍工品生產過程中，逐漸更新的新技術手段與不斷增加的涉及范疇，正在讓軍工企業智能化的成功轉型面臨更多的難題與更大的難度。文章首先介紹了國際上先進軍工產品智能制造典型應用場景，其次，針對我國軍工企業運行的現狀及特殊性，討論了軍工企業與智能制造各個系統相結合的要義，最后提出智能化體系規劃對軍工企業的重要作用，及應涵蓋的組成因素。

1 國內外智能化體系概述

隨著新一輪信息革命的來到，工業云[1]、大數據[2]、AI人工智能、物聯網、增材制造[3]等新一代工業與信息技術在全球制造業中的作用變得越來越關鍵。全球多個核心工業化國家和經濟體，均在調整產業政策，規劃未來制造業的升級與再造。美國提出“先進制造技術與工業互聯網”概念，德國提出了“工業4.0”[4]策略，本質均希望依靠智能化技術，通過信息網絡技術與現代制造工業技術的深度融合，來實現智能化市場響應與設計制造過程，進而提供智能化的產品和服務，從而搶占世界范圍內制造業的制高點[5]。

行業的制造水平高低，可直接由與其存在供應關聯關系的信息化互通程度所決定，如計算機、通信、電子設備、汽車等智能制造領先行業，普遍具有下游市場較大，受眾的更新換代需求高、制造過程復雜但利潤率較高等特點。大部分國內外先進智能制造廠商有著豐富的自動化經驗，甚至達成了無人化的生產模式，并結合自身特點，自主研發了MES、PLM、ERP等數字化、信息化系統，最終通過收購領域內外相關廠家與供應商[6]，達到其先進技術的升級再造，逐漸實現了全球同步研發、數字化生產、全業務鏈綜合集成的智能制造體系。波音公司的脈動式生產線便是其典型代表，如圖1所示。

圖1 波音公司脈動式生產線Fig.1 Boeing pulse production line

國防裝備行業在各國制造業中都是高端制造和尖端技術的引領者，因此，各個國家對軍工企業的智能制造與數字化轉型投入都十分巨大并寄予厚望，且大多成果顯著，如在太空中執行任務的衛星，可通過傳遞實時的飛行狀態和周圍環境等數據，來“指導”在地面上“伴飛”的衛星數字孿生模型，不僅可以直接鏡像執行任務衛星的實際運行狀態，還可通過仿真分析等手段來提供緊急狀態下的決策方案[7]，如圖2所示。

圖2 衛星數字孿生應用模式Fig.2 Satellite digital twin application mode

目前，我國的航空航天、電子裝配等領域自動化程度依舊較低、勞動力投入回報也有所下降，智能制造改革需求愈見強烈，所以智能制造的繼續深化改革與升級勢在必行。當前，我國制造企業總體處于“電氣自動化+數字化”階段，隨著智能制造的升級與推進，有望在2025年實現總體進入“數字化+網絡化”階段，根據中國經濟信息社統計，當前90%制造企業配有自動生產線，但僅有40%實現了數字化管理，5%打通了工廠內部數據，1%使用了相關的智能化技術，而預計在2025年，數字化、網絡化、智能化制造企業占比將達到70%、30%、10%，如圖3所示[8]。

圖3 中國智能制造總體進程示意圖Fig.3 Schematic diagram of China's intelligent manufacturing overall process

2 我國軍工企業制造特點解析

軍工工業是一個國家制造業的基礎，同時也代表著制造業的發展水平。它不僅關系到國防安全，而且代表著科創實力、制造能力和綜合國力。近年來，中國制造企業面臨的內外部環境正在發生著深刻的變化，軍工制造企業同樣也面臨著類似的各種挑戰。從外部環境看，市場及軍方對產品研發生產過程的質量監控越來越嚴苛，對產品的交貨期和服務質量也提出了更高的要求。在市場全球化、軍民融合、技術與產業升級的背景下，國內外軍工企業之間，軍工企業與其他國有、民營企業之間，圍繞產品技戰指標、質量、成本、交期等環節的競爭在進一步加劇。在內部經營管理方面，隨著中國社會人口的老齡化、新生勞動力減少、人力成本的上升、交流與溝通的互聯網化，智能終端與自動化設備的普及，給傳統的企業管理模式與生產理念帶來了全新的挑戰，現階段我國某些軍工企業現狀還有不足之處，如：

(1)容易過分強調設備的自動化與集成化，而忽視其內部相關數據驅動的信息化投入。

(2)在強調設備與工藝技術參數的把控同時，忽視了相關適用性與功能性的前期仿真分析與優化，發生了軟、硬件先應用、后規劃的本末倒置。

(3)生產和檢測設備，仍存在大量手工環節，非標設備基礎較為薄弱。

(4)智能系統的規劃方面，缺乏應有的宏觀架構，設計管理與執行制造兩個系統之間較為獨立，缺乏成熟的數據采集與記錄方式。綜上所述，軍工企業尤其需要新的管理理念、方法和手段來應對目前面臨的種種問題，以實現企業內部的高效協同、人性化管理與產品本身的智能升級。

3 智能化體系規劃對軍工企業影響

我國軍工產品現有的生產制造工藝大多十分成熟，但在多規格、變批量產品生產系統的整體建設中，由于自身的智能制造建設經驗不足，往往缺乏對企業自身智能化方案規劃的全方位有效把控，在藍圖設計階段更是容易出現各功能模塊投入比例失衡、避重就輕等問題。比如，很多企業非常重視對自動程度低的生產環節進行“機器換人”工作，但這種改造方式往往容易將瓶頸工序轉移到生產的其他單元中，反而會使人工成本增加，整體效率降低。再比如，企業為打通某個業務流程，或為解決制造過程的某一類共性問題，而建設了一整套信息化系統，由于缺乏對整體的業務理解，導致了各系統之間的功能重疊、邊界模糊、數據來源多樣等問題發生。因此，應結合軍工企業自身的各信息化系統現狀，針對企業的實際應用需要，來客觀、公正、合理的提出全方位的智能規劃方案[9]。軍工企業典型智能體系規劃架構與內容，如圖4所示。

圖4 軍工企業智能化規劃體系架構與內容Fig.4 Military industry intelligent planning architecture and content

在軍工企業智能化轉型的建設初期，總體規劃應統籌質量、效率、成本三個方面為落腳點，規劃引領下的實施方案甚至直接決定了整體智能化升級項目的成敗與否，良好的規劃方案將大大降低整體工程的實施周期，減少不必要的返工和失誤，規劃內容一般可按時間邏輯關系包含以下幾點[10]：

(1)企業的現狀評估與長短期的智能化目標確認。

(2)各個階段的升級轉型與實施要點，并進行階段性與針對性的藍圖規劃。

(3)智能化關鍵技術的應用評估與詳細實施路徑設計。較通用的軍工企業智能化規劃主要內容與作用如表1所示。

表1 軍工企業智能化規劃主要內容與作用Tab.1 Main content and role of intelligent planning of military enterprises

其中，最值得注意的是布局仿真工作，因為其自身涵蓋了企業的多重因素與內容，不僅起到前期驗證各實施方案的作用，還作為后續規劃內容的實施橋梁，承載著生產與管理全流程的數據脈絡。傳統的三維技術中，受技術的限制，工程技術人員所建立的產品數字模型僅僅是幾何模型，而尺寸和公差標注、表面處理方法、熱處理方法等工藝信息依舊在二維圖紙上進行標識，制造工藝設計人員也無法依據三維模型描述產品的工藝過程、裝配過程、檢驗過程及制造過程所需的信息。三維工藝設計可在產品零部件三維數字化實體模型的基礎上，利用現代計算機技術、信息技術和人工智能技術，借助于虛擬現實等人機交互手段，來規劃與仿真產品的加工裝配過程，并指導現場生產。三維布局仿真工作應滿足或包含以下內容：

(1)自動化生產線、關鍵設備（含核心零部件）、過程物流設備的三維模型定義。

(2)對應工藝流程、核心參數的虛實同步關聯。

(3)關鍵設備（含核心零部件）模型展開與核心要素的嵌入。

(4)定義產品流轉與自動化的核心關鍵要素。

(5)虛實環境的工作狀態定義與異常預警的同步。

4 結語

現階段軍工企業正面臨著多品種變批量，高質量低成本，柔性制造快速響應，節能節拍與環境友好等制造需求，在這樣的背景及內外部環境下，軍工企業可以通過智能制造與數字化網絡技術為抓手，推動企業在產品制造、技術與服務等各個方面的創新與升級。對外強化產業鏈協同、充分發揮本行業內的核心企業帶動作用，打造產業整體優勢，積極開拓新的市場空間；對內聚焦核心競爭力，提高內部協同效率，通過研發設計和業務管理，達到生產現場和產品服務的互聯互通，行程有效的反饋迭代提升機制，逐步邁向智能化的設計生產與服務，達到創新推動、降本增效的目的。