中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 杜寶瑞 王 勃 趙 璐 周元莉

航空工業(yè)處于制造業(yè)的尖端，目前呈現(xiàn)出多學(xué)科、邊緣性、尖端性等特點(diǎn)。全新的航空工業(yè)采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理方式，其主要特征和主要途徑是加工過(guò)程的精密化、快速化，自動(dòng)化技術(shù)的柔性化，以及整個(gè)制造過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。為了順應(yīng)飛機(jī)等武器裝備制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足未來(lái)國(guó)防軍事的需求，長(zhǎng)壽命、高可靠性和短周期已成為航空產(chǎn)品研發(fā)的基本指標(biāo)。在此形勢(shì)下，傳統(tǒng)的航空制造企業(yè)組織模式與制造方法已難以滿(mǎn)足航空工業(yè)發(fā)展的需求。近年來(lái)，隨著德國(guó)工業(yè)4.0等與智能制造相關(guān)的概念被提出，各發(fā)達(dá)國(guó)家均把智能制造作為促進(jìn)本國(guó)武器裝備制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要途徑。

智能工廠（圖1）是智能制造生態(tài)系統(tǒng)的核心，也是未來(lái)智能制造基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵組成部分。在智能工廠中，賽博物理系統(tǒng)將人、數(shù)據(jù)、資源進(jìn)行深入融合，使產(chǎn)品的制造過(guò)程得以全面優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)高能效、高柔性的智能制造。目前，西門(mén)子、戴姆勒、博世等著名的德國(guó)企業(yè)已投入巨資進(jìn)行研發(fā)。美國(guó)GE公司也將在近年內(nèi)投入15億美金，用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界與機(jī)器世界在制造過(guò)程中的深度融合。在航空領(lǐng)域，波音、洛克希德·馬丁等世界先進(jìn)航空制造企業(yè)在實(shí)施新的戰(zhàn)略規(guī)劃時(shí)，也高度重視智能工廠的建設(shè)，認(rèn)為其代表著未來(lái)航空工業(yè)制造技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。

反觀我國(guó)的航空制造企業(yè)，盡管在數(shù)字化、信息化等方面已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍存在大量的問(wèn)題亟待解決。首先，企業(yè)的數(shù)字化、自動(dòng)化水平仍然較低。這是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率難以提升的重要原因。例如，波音公司早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)提出MBD技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了全制造過(guò)程的數(shù)字化，而我國(guó)航空企業(yè)目前僅在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)基于三維模型的產(chǎn)品定義，但在工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造等環(huán)節(jié)仍主要沿用此前的紙質(zhì)工藝規(guī)程。其次，各航空企業(yè)缺乏高效的生產(chǎn)流程管理手段。飛機(jī)產(chǎn)品的制造流程非常復(fù)雜，目前，對(duì)制造流程的管控仍然主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)豐富的工人。這種工作方式難以綜合考慮制造過(guò)程中的各種因素，難以保證生產(chǎn)線(xiàn)的流暢運(yùn)轉(zhuǎn)，容易導(dǎo)致各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的產(chǎn)能失衡等問(wèn)題。以數(shù)控機(jī)床的使用為例，我國(guó)企業(yè)雖擁有當(dāng)今世界上最先進(jìn)的設(shè)備，也已掌握相當(dāng)比例的先進(jìn)操作技術(shù)，但設(shè)備綜合利用率不足世界水平的一半，生產(chǎn)效率更低。最后，對(duì)制造過(guò)程無(wú)法形成閉環(huán)的管控。目前，各航空企業(yè)對(duì)加工過(guò)程中的具體數(shù)據(jù)并不能充分地利用，從車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)中采集的數(shù)據(jù)大多僅用于顯示與統(tǒng)計(jì)，而對(duì)于加工設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則尚未做到實(shí)時(shí)采集，更未能實(shí)現(xiàn)基于這些數(shù)據(jù)的制造過(guò)程分析與優(yōu)化。

上述問(wèn)題在傳統(tǒng)制造工廠中借助傳統(tǒng)制造水平的提升難以突破，必須在智能制造思路的引領(lǐng)下，通過(guò)智能工廠的研究與建設(shè)加以解決。

智能工廠的基本特征

智能制造是以智能加工與裝配為核心的，同時(shí)覆蓋面向智能加工與裝配的設(shè)計(jì)、服務(wù)及管理等多個(gè)環(huán)節(jié)。智能工廠中的全部活動(dòng)大致可以從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及供應(yīng)鏈3個(gè)維度來(lái)描述。在這些維度中，如果所有的活動(dòng)均能在賽博空間中得到充分的數(shù)據(jù)支持、過(guò)程優(yōu)化與驗(yàn)證，同時(shí)在物理系統(tǒng)中能夠?qū)崟r(shí)地執(zhí)行活動(dòng)并與賽博空間進(jìn)行深度交互，這樣的工廠可稱(chēng)為智能工廠。

與傳統(tǒng)的數(shù)字化工廠、自動(dòng)化工廠相比，智能工廠具備以下幾個(gè)突出特征。

1 制造系統(tǒng)的集成化

作為一個(gè)高層級(jí)的智能制造系統(tǒng)，智能工廠表現(xiàn)出鮮明的系統(tǒng)工程屬性，具有自循環(huán)特性的各技術(shù)環(huán)節(jié)與單元按照功能需求組成不同規(guī)模、不同層級(jí)的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的所有元素均是相互關(guān)聯(lián)的。在智能工廠中，制造系統(tǒng)的集成主要體現(xiàn)在以下方面。

首先是企業(yè)數(shù)字化平臺(tái)的集成。在智能工廠中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)與制造、零部件加工與裝配、檢測(cè)等各制造環(huán)節(jié)均是數(shù)字化的，各環(huán)節(jié)所需的軟件系統(tǒng)均集成在同一數(shù)字化平臺(tái)中，使整個(gè)制造流程完全基于單一模型驅(qū)動(dòng)，避免了在制造過(guò)程中因平臺(tái)不統(tǒng)一而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等過(guò)程。

圖1 智能工廠

其次是虛擬工廠與真實(shí)制造現(xiàn)場(chǎng)的集成?；谌Y源的虛擬制造工廠是智能工廠的重要組成部分，在產(chǎn)品生產(chǎn)之前，制造過(guò)程中所有的環(huán)節(jié)均在虛擬工廠中進(jìn)行建模、仿真與驗(yàn)證。在制造過(guò)程中，虛擬工廠管控系統(tǒng)向制造現(xiàn)場(chǎng)傳送制造指令，制造現(xiàn)場(chǎng)將加工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至管控系統(tǒng)，進(jìn)而形成對(duì)制造過(guò)程的閉環(huán)管控。

2 決策過(guò)程的智能化

傳統(tǒng)的人機(jī)交互中，作為決策主體的人支配“機(jī)器”的行為，而智能制造中的“機(jī)器”因部分擁有、擁有或擴(kuò)展人類(lèi)智能的能力，使人與“機(jī)器”共同組成決策主體，在同一信息物理系統(tǒng)中實(shí)施交互，信息量和種類(lèi)以及交流的方法更加豐富，從而使人機(jī)交互與融合達(dá)到前所未有的深度。

制造業(yè)自動(dòng)化的本質(zhì)是人類(lèi)在設(shè)備加工動(dòng)作執(zhí)行之前，將制造指令、邏輯判斷準(zhǔn)則等預(yù)先轉(zhuǎn)換為設(shè)備可識(shí)別的代碼并將其輸入到制造設(shè)備中。此時(shí)，制造設(shè)備可根據(jù)代碼自動(dòng)執(zhí)行制造動(dòng)作，從而節(jié)省了此前在制造機(jī)械化過(guò)程中人類(lèi)的勞動(dòng)。在此過(guò)程中，人是決策過(guò)程的唯一主體，制造設(shè)備僅僅是根據(jù)輸入的指令自動(dòng)地執(zhí)行制造過(guò)程，而并不具備如判斷、思維等高級(jí)智能化的行為能力。在智能工廠中，“機(jī)器”具有不同程度的感知、分析與決策能力，它們與人共同構(gòu)成決策主體。在“機(jī)器”的決策過(guò)程中，人類(lèi)向制造設(shè)備輸入決策規(guī)則，“機(jī)器”基于這些規(guī)則與制造數(shù)據(jù)自動(dòng)執(zhí)行決策過(guò)程，這樣可將由人為因素造成的決策失誤降至最低。與此同時(shí)，在決策過(guò)程中形成的知識(shí)可作為后續(xù)制造決策的原始依據(jù)，進(jìn)而使決策知識(shí)庫(kù)得到不斷優(yōu)化與拓展，從而不斷提升智能制造系統(tǒng)的智能化水平。

3 加工過(guò)程的自動(dòng)化

車(chē)間與生產(chǎn)線(xiàn)中的智能加工單元是工廠中產(chǎn)品制造的最終落腳點(diǎn)，智能決策過(guò)程中形成的加工指令全部將在加工單元中得以實(shí)現(xiàn)。為了能夠準(zhǔn)確、高效地執(zhí)行制造指令，數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化是智能制造單元的必備條件。首先，智能加工單元中的加工設(shè)備、檢驗(yàn)設(shè)備、裝夾設(shè)備、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備等均是基于單一數(shù)字化模型驅(qū)動(dòng)的，這避免了傳統(tǒng)加工中由于數(shù)據(jù)源不一致而帶來(lái)的大量問(wèn)題。其次，智能制造車(chē)間中的各種設(shè)備、物料等大量采用如條碼、二維碼、RFID等識(shí)別技術(shù)，使車(chē)間中的任何實(shí)體均具有唯一的身份標(biāo)識(shí)，在物料裝夾、儲(chǔ)運(yùn)等過(guò)程中，通過(guò)對(duì)這種身份的識(shí)別與匹配，實(shí)現(xiàn)了物料、加工設(shè)備、刀具、工裝等的自動(dòng)裝夾與傳輸。最后，智能制造設(shè)備中大量引入智能傳感技術(shù)，通過(guò)在制造設(shè)備中嵌入各類(lèi)智能傳感器，實(shí)時(shí)采集加工過(guò)程中機(jī)床的溫度、振動(dòng)、噪聲、應(yīng)力等制造數(shù)據(jù)，并采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)控制設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，使設(shè)備在加工過(guò)程中始終處于最優(yōu)的效能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自適應(yīng)加工。例如，傳統(tǒng)制造車(chē)間中往往存在由于地基沉降而造成的機(jī)床加工精度損失，通過(guò)在機(jī)床底腳上引入位置與應(yīng)力傳感器，即可檢測(cè)到不同時(shí)段地基的沉降程度，據(jù)此，通過(guò)對(duì)機(jī)床底角的調(diào)整即可彌補(bǔ)該精度損失。此外，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，還可總結(jié)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備加工精度的衰減規(guī)律、設(shè)備運(yùn)行性能的演變規(guī)律等，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中各因素間的耦合關(guān)系進(jìn)行分析，可提前預(yù)判設(shè)備運(yùn)行的異常，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的監(jiān)控與故障預(yù)警。

4 服務(wù)過(guò)程的主動(dòng)化

制造企業(yè)通過(guò)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)用戶(hù)的地理位置、產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)等信息，為用戶(hù)提供產(chǎn)品在線(xiàn)支持、實(shí)時(shí)維護(hù)、健康監(jiān)測(cè)等智能化功能。這種服務(wù)與傳統(tǒng)的被動(dòng)服務(wù)不同，它能夠通過(guò)對(duì)用戶(hù)特征的分析，辨識(shí)用戶(hù)的顯性及隱性需求，主動(dòng)為用戶(hù)推送高價(jià)值的資訊與服務(wù)。此外，面向服務(wù)的制造將成為未來(lái)工廠建設(shè)中的一種趨勢(shì)，集成廣域服務(wù)資源的行業(yè)務(wù)聯(lián)網(wǎng)將越來(lái)越智能化、專(zhuān)業(yè)化，企業(yè)對(duì)用戶(hù)的服務(wù)將在很大程度上通過(guò)若干聯(lián)盟企業(yè)間的并行協(xié)同實(shí)現(xiàn)。對(duì)用戶(hù)而言，所體驗(yàn)到的服務(wù)的高效性與安全性也隨之提升，這也是智能工廠服務(wù)過(guò)程的基本特點(diǎn)。智能工廠中的主動(dòng)化服務(wù)如圖2所示。

智能工廠的框架體系

智能工廠由賽博空間中的虛擬數(shù)字工廠和物理系統(tǒng)中的實(shí)體工廠共同構(gòu)成。其中，實(shí)體工廠部署有大量的車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)、加工裝備等，為制造過(guò)程提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施與制造資源，也是實(shí)際制造流程的最終載體；虛擬數(shù)字工廠則是在這些制造資源以及制造流程的數(shù)字化模型基礎(chǔ)上，在實(shí)體工廠的生產(chǎn)之前，對(duì)整個(gè)制造流程進(jìn)行全面的建模與驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)體工廠與虛擬數(shù)字工廠之間的通信與融合，實(shí)體工廠的各制造單元中還配備有大量的智能元器件，用于制造過(guò)程中的工況感知與制造數(shù)據(jù)采集。在虛擬制造過(guò)程中，智能決策與管理系統(tǒng)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行不斷的迭代優(yōu)化，使制造流程達(dá)到最優(yōu)；在實(shí)際制造中，智能決策與管理系統(tǒng)則對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與調(diào)整，進(jìn)而使得制造過(guò)程體現(xiàn)出自適應(yīng)、自?xún)?yōu)化等智能化特征。

由上述可知，智能工廠的基本框架體系中包括智能決策與管理系統(tǒng)、企業(yè)虛擬制造平臺(tái)、智能制造車(chē)間等關(guān)鍵組成部分，如圖3所示。

1 智能決策與管理系統(tǒng)

圖3 智能工廠基本架構(gòu)

智能決策與管理系統(tǒng)如圖4所示，是智能工廠的管控核心，負(fù)責(zé)市場(chǎng)分析、經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、物料采購(gòu)、產(chǎn)品制造以及訂單交付等各環(huán)節(jié)的管理與決策。通過(guò)該系統(tǒng)，企業(yè)決策者能夠掌握企業(yè)自身的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)資源以及所生產(chǎn)的產(chǎn)品，能夠調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)流程與工藝方法，并能夠根據(jù)市場(chǎng)、客戶(hù)需求等動(dòng)態(tài)信息作出快速、智能的經(jīng)營(yíng)決策。

一般而言，智能決策與管理系統(tǒng)包含了企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）、供應(yīng)鏈管理（SCM）等一系列生產(chǎn)管理工具。在智能工廠中，這些系統(tǒng)工具的最突出特點(diǎn)在于：一方面能夠向工廠管理者提供更加全面的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及更加有效的決策工具，相較于傳統(tǒng)工廠，在解決企業(yè)產(chǎn)能、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面，能夠發(fā)揮更加顯著的作用；另一方面，這些系統(tǒng)工具自身已達(dá)到了不同程度的智能化水平，在輔助工廠管理者進(jìn)行決策的過(guò)程中，能夠切實(shí)提升企業(yè)生產(chǎn)的靈活性，進(jìn)而滿(mǎn)足不同用戶(hù)的差異化需求。

2 企業(yè)數(shù)字化制造平臺(tái)

企業(yè)數(shù)字化制造平臺(tái)需要解決的問(wèn)題是如何在信息空間中對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、制造過(guò)程等全部運(yùn)行流程進(jìn)行建模與仿真，并對(duì)企業(yè)的決策與制造活動(dòng)的執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)控與優(yōu)化。這其中的關(guān)鍵因素包括以下兩點(diǎn)。

（1）制造資源與流程的建模與仿真。

在建模過(guò)程中，需要著重考慮智能制造資源的3個(gè)要素，即實(shí)體、屬性和活動(dòng)。實(shí)體可通俗地理解為智能工廠中的具體對(duì)象。屬性是在仿真過(guò)程中實(shí)體所具備的各項(xiàng)有效特性。智能工廠中各實(shí)體之間相互作用而引起實(shí)體的屬性發(fā)生變化，這種變化通?？捎脿顟B(tài)的概念來(lái)描述。智能制造資源通常會(huì)由于外界變化而受到影響。這種對(duì)系統(tǒng)的活動(dòng)結(jié)果產(chǎn)生影響的外界因素可理解為制造資源所處的環(huán)境。在對(duì)智能制造資源進(jìn)行建模與仿真時(shí)，需要考慮其所處的環(huán)境，并明確制造資源及其所處環(huán)境之間的邊界。

（2）建立虛擬平臺(tái)與制造資源之間的關(guān)聯(lián)。

圖4 智能決策與管理系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)制造現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，制造現(xiàn)場(chǎng)可向虛擬平臺(tái)實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)狀況。其中主要包括生產(chǎn)線(xiàn)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在制品的生產(chǎn)狀態(tài)，過(guò)程中的質(zhì)量狀態(tài)，物料的供應(yīng)狀態(tài)等。在智能制造模式下，數(shù)據(jù)形式、種類(lèi)、維度、精細(xì)程度等將是多元化的，因此，數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與反饋也需要與之相適應(yīng)。

在智能制造模式下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工與裝配等各環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)的制造模式均存在明顯不同。因此，企業(yè)數(shù)字化制造平臺(tái)必須適應(yīng)這些變化，從而滿(mǎn)足智能制造的應(yīng)用需求。

在面向智能制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，企業(yè)數(shù)字化制造平臺(tái)應(yīng)提供以下兩方面的功能：首先，能夠?qū)⒂脩?hù)對(duì)產(chǎn)品的需求以及研發(fā)人員對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)想建成虛擬的產(chǎn)品模型，完成產(chǎn)品的功能性能優(yōu)化，通過(guò)仿真分析在產(chǎn)品正式生產(chǎn)之前保證產(chǎn)品的功能性能滿(mǎn)足要求，減少研制后期的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；其次，能夠支持建立滿(mǎn)足智能加工與裝配標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的產(chǎn)品全三維數(shù)字化定義，使產(chǎn)品信息不僅能被制造工程師所理解，還能夠被各種智能化系統(tǒng)所接收，并被無(wú)任何歧義地理解，從而能夠完成各類(lèi)工藝、工裝的智能設(shè)計(jì)和調(diào)整，并驅(qū)動(dòng)智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)精確、高效、高質(zhì)量地完成產(chǎn)品的加工與裝配。

在智能加工與裝配方面，傳統(tǒng)制造中人、設(shè)備、加工資源等之間的信息交換并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而數(shù)據(jù)交換的種類(lèi)與方式通常是針對(duì)特定情況而專(zhuān)門(mén)定制的，這導(dǎo)致了制造過(guò)程中將出現(xiàn)大量的耦合，系統(tǒng)的靈活性受到極大的影響。例如，在數(shù)控程序編制過(guò)程中，工藝人員通常將加工程序指定到特定的機(jī)床中，由于不同機(jī)床所使用的數(shù)控系統(tǒng)不同，數(shù)控程序無(wú)法直接移植到其他機(jī)床中使用，若當(dāng)前機(jī)床上被指定的零件過(guò)多，則容易出現(xiàn)被加工零件需要等待，而其他機(jī)床處于空閑狀態(tài)的情況。

隨著制造系統(tǒng)智能化程度的不斷提升，智能加工與裝配中的數(shù)據(jù)將是基于統(tǒng)一的模型，不再針對(duì)特定系統(tǒng)或特定設(shè)備，這些數(shù)據(jù)可被制造系統(tǒng)中的所有主體所識(shí)別，并能夠通過(guò)自身的數(shù)據(jù)處理能力從中解析出具體的制造信息。例如，智能數(shù)控加工設(shè)備可能不再接收數(shù)控程序代碼，而是直接接收具有加工信息的三維模型，根據(jù)模型中定義的被加工需求，設(shè)備將自動(dòng)生成最優(yōu)化的加工程序。這樣的優(yōu)勢(shì)在于：一方面，工藝設(shè)計(jì)人員不再需要指定特定機(jī)床，因此加工工藝數(shù)據(jù)具有通用性；另一方面，在機(jī)床內(nèi)部生成的加工程序是最適合當(dāng)前設(shè)備的加工代碼，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)真正的自適應(yīng)加工。

3 智能制造車(chē)間

智能制造車(chē)間及生產(chǎn)線(xiàn)是產(chǎn)品制造的物理空間，其中的智能制造單元及制造裝備提供實(shí)際的加工能力。各智能制造單元間的協(xié)作與管控由智能管控及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。智能制造車(chē)間基本構(gòu)成如圖5所示。

（1）車(chē)間中央管控系統(tǒng)。車(chē)間中央管控系統(tǒng)是智能加工與裝配的核心環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)制造過(guò)程的智能調(diào)度、制造指令的智能生成與按需配送等任務(wù)。在制造過(guò)程的智能調(diào)度方面，需根據(jù)車(chē)間生產(chǎn)任務(wù)，綜合分析車(chē)間內(nèi)設(shè)備、工裝、毛料等制造資源，按照工藝類(lèi)型及生產(chǎn)計(jì)劃等將生產(chǎn)任務(wù)實(shí)時(shí)分派到不同的生產(chǎn)線(xiàn)或制造單元，使制造過(guò)程中設(shè)備的利用率達(dá)到最高。在制造指令的智能生成與按需分配方面，面向車(chē)間內(nèi)的生產(chǎn)線(xiàn)及生產(chǎn)設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)自動(dòng)生成并優(yōu)化相應(yīng)的加工指令、檢測(cè)指令、物料傳送指令等，并根據(jù)具體需求將其推送至加工設(shè)備、檢測(cè)裝備、物流系統(tǒng)等。

圖5 智能制造車(chē)間基本構(gòu)成

（2）智能生產(chǎn)線(xiàn)。智能生產(chǎn)線(xiàn)可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、提取、分析與處理工藝、工裝等各類(lèi)制造數(shù)據(jù)，以及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等過(guò)程數(shù)據(jù)，并能夠通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)等，并據(jù)此進(jìn)行故障診斷、維護(hù)報(bào)警等行為，對(duì)于生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)難以自動(dòng)處理的情況，還可將其向上傳遞至車(chē)間中央管控系統(tǒng)。此外，生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)不同的制造單元具有協(xié)同關(guān)系，可根據(jù)不同的生產(chǎn)需求對(duì)工裝、毛料、刀具、加工方案等進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化與重組，優(yōu)化配置生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)各生產(chǎn)資源。

（3）智能制造裝備。從邏輯構(gòu)成的角度，智能制造裝備由智能決策單元、總線(xiàn)接口、制造執(zhí)行單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)接口、人機(jī)交互接口以及其他輔助單元構(gòu)成。其中，智能決策單元是智能設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的流程控制、運(yùn)行參數(shù)計(jì)算以及設(shè)備檢測(cè)維護(hù)等；總線(xiàn)接口負(fù)責(zé)接收車(chē)間總線(xiàn)中傳輸來(lái)的作業(yè)指令與數(shù)據(jù)，同時(shí)負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)向車(chē)間總線(xiàn)的傳送。制造執(zhí)行單元由制造信息感知系統(tǒng)、制造指令執(zhí)行系統(tǒng)以及制造質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)等構(gòu)成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)制造過(guò)程數(shù)據(jù)以及制造過(guò)程決策知識(shí)；數(shù)據(jù)接口分布于智能設(shè)備的各個(gè)組成模塊之間，用于封裝、傳送制造指令與數(shù)據(jù)；人機(jī)交互接口負(fù)責(zé)提供人與智能設(shè)備之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話(huà)接口；輔助單元主要是指刀具庫(kù)、一體化管控終端等。

（4）倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)。智能制造車(chē)間中的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)主要涉及到AGV/RGV系統(tǒng)、碼垛機(jī)以及立體倉(cāng)庫(kù)等。AGV/RGV系統(tǒng)主要包括地面控制系統(tǒng)及車(chē)載控制系統(tǒng)。其中，地面控制系統(tǒng)與車(chē)間中央管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配、車(chē)輛管理、交通管理及通信管理等，車(chē)載控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)AGV/RGV單機(jī)的導(dǎo)航、導(dǎo)引、路徑選擇、車(chē)輛驅(qū)動(dòng)及裝卸操作等。

碼垛機(jī)的控制系統(tǒng)是碼垛機(jī)研制中的關(guān)鍵。碼垛機(jī)控制系統(tǒng)主要是通過(guò)模塊化、層次化的控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作時(shí)間的控制，以及碼垛機(jī)的故障診斷與安全維護(hù)等。

立體化倉(cāng)庫(kù)由倉(cāng)庫(kù)建筑體、貨架、托盤(pán)系統(tǒng)、碼垛機(jī)、托盤(pán)輸送機(jī)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)管理與調(diào)度系統(tǒng)等組成。其中，倉(cāng)儲(chǔ)管理與調(diào)度系統(tǒng)是立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵，主要負(fù)責(zé)倉(cāng)儲(chǔ)優(yōu)化調(diào)度、物料出入庫(kù)、庫(kù)存管理等。

結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)航空工業(yè)面臨著產(chǎn)品質(zhì)量、成本和制造周期等壓力。智能制造的出現(xiàn)，將為各航空制造企業(yè)在解決現(xiàn)有問(wèn)題時(shí)提供一條全新的發(fā)展思路和技術(shù)途徑。各航空制造企業(yè)應(yīng)因循智能制造的思路，提前布局，統(tǒng)籌安排，積極推進(jìn)航空領(lǐng)域智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用，打造出一大批高度智能化、柔性化的車(chē)間與生產(chǎn)線(xiàn)，形成若干航空智能制造工廠，全面提升我國(guó)航空制造業(yè)的整體水平。