中航工業(yè)北京航空制造工程研究所 王 焱 王湘念

制造技術(shù)的發(fā)展帶來了人類社會(huì)的進(jìn)步，從利用自然動(dòng)力到蒸汽動(dòng)力，從機(jī)械裝置到電氣應(yīng)用，從電子技術(shù)到計(jì)算機(jī)快速發(fā)展，都給工業(yè)領(lǐng)域帶來了不同程度的影響和推動(dòng)。進(jìn)入21世紀(jì)，電子、信息、計(jì)算等技術(shù)快速發(fā)展并日趨成熟，從而推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，引發(fā)了工業(yè)界尤其是制造業(yè)模式的變革。德國(guó)稱這種變革為第四次工業(yè)革命，即“工業(yè)4.0”；美國(guó)則稱其為第三次創(chuàng)新變革浪潮，認(rèn)為未來工業(yè)的特征是“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，最終的結(jié)果殊途同歸，就是更高的智能化。

以智能制造為核心的新一代工業(yè)變革的基本促進(jìn)要素是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展所帶來的計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式的變化（見圖1）。一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力的提升；另一方面，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)向應(yīng)用領(lǐng)域的滲入和融合，從計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)，乃至萬物互聯(lián)，為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造活動(dòng)進(jìn)入全數(shù)字量貫通的數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用環(huán)境。

圖1 計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展帶來的應(yīng)用模式變化

航空產(chǎn)品研制過程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，這一過程將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、分析與計(jì)算、計(jì)算機(jī)控制與輔助技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、微電子技術(shù)、材料技術(shù)、管理技術(shù)等集成為一體。航空制造技術(shù)一直是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM技術(shù)首先是為了滿足航空產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造需求而出現(xiàn)和不斷發(fā)展，并大量應(yīng)用于航空產(chǎn)品的研制過程。隨著航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以設(shè)計(jì)圖紙為載體的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)方式已經(jīng)逐漸被產(chǎn)品數(shù)字化模型所取代，計(jì)算機(jī)三維模型成為航空產(chǎn)品信息的基本載體，其制造過程也伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，從早期以數(shù)控加工為主體的計(jì)算輔助制造擴(kuò)展到零件加工、生產(chǎn)運(yùn)行、部件裝配及總體裝配等全過程的數(shù)字化制造。伴隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展變化，航空產(chǎn)品研制在經(jīng)歷了二維圖紙、三維模型、數(shù)字樣機(jī)等典型階段后，發(fā)展到現(xiàn)在的并行協(xié)同工作模式，數(shù)字量信息貫穿從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)過程，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并縮短了研制周期。航空產(chǎn)品全數(shù)字化設(shè)計(jì)制造模式已經(jīng)形成，數(shù)控車間已經(jīng)成為各航空企業(yè)的核心能力建設(shè)重點(diǎn)，數(shù)控設(shè)備已經(jīng)成為航空企業(yè)近年來技術(shù)改造配備的主流裝備?？傮w上，航空產(chǎn)品研制已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字化表達(dá)、網(wǎng)絡(luò)化連通、協(xié)同化研制、數(shù)字化執(zhí)行已經(jīng)成為航空產(chǎn)品研制的基本模式。

現(xiàn)代航空產(chǎn)品要求具有良好的飛行性能、長(zhǎng)壽命與高可靠性、合理的制造與使用成本等，使得航空產(chǎn)品的零件結(jié)構(gòu)、材料體系、加工要求等不斷發(fā)展變化（如整體結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度材料、抗疲勞等），提升工件加工精度、提高表面質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)零部件制造過程穩(wěn)定控制成為航空產(chǎn)品研制和批量生產(chǎn)所關(guān)注的核心；另外，用戶需求的多樣化也導(dǎo)致產(chǎn)品類型的多樣化，多品種、小批量乃至個(gè)性化成為新的航空產(chǎn)品研制模式。在處于數(shù)字化時(shí)代的航空產(chǎn)品研制過程中，加工執(zhí)行、工況處理、生產(chǎn)系統(tǒng)快速響應(yīng)等方面，都迫切需要提升整個(gè)過程的智能處理和協(xié)同管控能力，以實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行，滿足制造過程穩(wěn)定控制需求，智能制造將為提升航空產(chǎn)品研制過程的智能處理和協(xié)同管控能力提供保障，也將帶來航空產(chǎn)品研制模式的變革和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

智能制造的基礎(chǔ)及內(nèi)涵

制造是從概念到實(shí)物的過程，通過制造活動(dòng)把原材料加工成適用的產(chǎn)品。制造可分為狹義的制造和廣義的制造2類，表1給出其基本涵義和表現(xiàn)形式。

表1 制造的涵義及表現(xiàn)形式

傳統(tǒng)的制造活動(dòng)模型如圖2[1]所示，其過程是，輸入原材料或毛坯，利用加工設(shè)備和工具在能源驅(qū)動(dòng)作用下，使原材料或毛坯的幾何形狀或物理化學(xué)性能發(fā)生變化，最終形成各種用途的產(chǎn)品，人（勞動(dòng)力）是活動(dòng)的主體。所有的制造活動(dòng)需要通過制造系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，制造系統(tǒng)是指以生產(chǎn)產(chǎn)品為目的，由制造過程的物料、能源、軟硬件設(shè)備、人員以及相關(guān)設(shè)計(jì)方法、加工工藝、生產(chǎn)調(diào)度、系統(tǒng)維護(hù)、管理規(guī)范等組成的具有特定制造功能的有機(jī)整體。

圖2 傳統(tǒng)制造活動(dòng)模型

在數(shù)字化環(huán)境下，數(shù)字量信息伴隨著原材料流動(dòng)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和制造活動(dòng)成為產(chǎn)品制造過程中產(chǎn)生、處理、存儲(chǔ)和使用的關(guān)鍵資源之一，這使得生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)的以物流為核心向以信息為核心的模式轉(zhuǎn)變，信息驅(qū)動(dòng)下的制造活動(dòng)（見圖3）模式下把產(chǎn)品看做是在傳統(tǒng)的原始資源上賦予新信息的產(chǎn)物，而從用戶的角度只是使用產(chǎn)品的功能滿足需求（即產(chǎn)品提供服務(wù)），這樣，制造過程就是一個(gè)對(duì)制造系統(tǒng)注入生產(chǎn)信息（原始資源、能源和信息），從而使產(chǎn)品信息獲得增值的過程[2]。

圖3 信息驅(qū)動(dòng)下的制造活動(dòng)模型

從抽象的角度看，制造活動(dòng)就是對(duì)“資源+信息”的處理過程，現(xiàn)代制造系統(tǒng)中由于數(shù)字模型、自動(dòng)控制、數(shù)字量驅(qū)動(dòng)的存在而使得制造過程的信息量激增，制造活動(dòng)是對(duì)市場(chǎng)、開發(fā)、制造、服務(wù)和管理等各階段信息的獲取、加工、處理的過程，要求制造系統(tǒng)具有更強(qiáng)的信息加工（智能處理）能力，減小復(fù)雜處理過程對(duì)人類智慧的依賴。20世紀(jì)90年代，人工智能開始在制造領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等成為當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)領(lǐng)域探討的重點(diǎn)，出現(xiàn)了“智能制造”的概念，并形成了智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的基本概念（見表 2[3]）。

心理學(xué)認(rèn)為，從感覺到記憶到思維的過程成為“智慧”，其結(jié)果產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，行為和語(yǔ)言表達(dá)過程表現(xiàn)出“能力”；將感覺、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過程稱為智能過程。人類智能涉及記憶力、計(jì)算及判斷力、理解力、預(yù)測(cè)能力、情感、直覺等，而機(jī)器智能（或稱人工智能）主要體現(xiàn)存儲(chǔ)、計(jì)算、邏輯、推理能力，機(jī)器智能依據(jù)的方法、規(guī)則只是人類部分智能的抽象和固化。智能制造是一種生產(chǎn)模式，涵蓋了從獨(dú)立設(shè)備的機(jī)器智能到制造過程的系統(tǒng)智能的進(jìn)步和發(fā)展，從控制論原理看，控制系統(tǒng)的作用就是以某種智能的方式從外界提取必要的信息（稱為輸入），按一定的規(guī)則由中央處理器進(jìn)行處理，產(chǎn)生新的信息（稱為輸出）反作用于外界，以達(dá)到一定的目的[4]。由此，我們給出智能制造的典型特征：“動(dòng)態(tài)感知——實(shí)時(shí)分析——自主決策——精準(zhǔn)執(zhí)行”（見圖4），即利用傳感系統(tǒng)獲取制造系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，通過高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和分析，根據(jù)分析的結(jié)果，按照設(shè)定的規(guī)則或積累的知識(shí)通過人工智能方法做出判斷和決策，再將處理結(jié)果反饋到現(xiàn)場(chǎng)完成精確調(diào)整和處理，這一過程是在數(shù)字量、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)于航空產(chǎn)品研制，智能制造的前提是產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字化模型、數(shù)字化控制的工藝裝備、網(wǎng)絡(luò)化集成的制造系統(tǒng)、基于規(guī)則或知識(shí)庫(kù)的智能化處理。智能制造系統(tǒng)是人—機(jī)一體化的混合系統(tǒng)，在智能制造系統(tǒng)中，機(jī)器智能和人的智能將緊密地集成在一起。實(shí)現(xiàn)智能制造的工廠首先是數(shù)字化工廠，制造活動(dòng)及對(duì)象是數(shù)字定義的，執(zhí)行過程是由數(shù)字量驅(qū)動(dòng)的；其次是虛擬工廠，所有的制造活動(dòng)可以在計(jì)算機(jī)支持的虛擬空間中進(jìn)行仿真執(zhí)行；最后是智能工廠，獨(dú)立的智能設(shè)備或單元（系統(tǒng)）體現(xiàn)出 “自動(dòng)化”和“自主性”，由設(shè)備或單元（系統(tǒng)）構(gòu)成的制造系統(tǒng)具有 “自組織能力”和“合作性”，面向供應(yīng)鏈或外部市場(chǎng)體現(xiàn)出“協(xié)作化”。

表2 智能制造技術(shù)及智能制造系統(tǒng)的基本概念

圖4 智能制造特征

從智能制造的基礎(chǔ)和內(nèi)涵中可以看出，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化是智能制造系統(tǒng)的基本前提要素。數(shù)字化是全制造和產(chǎn)品定量表達(dá)的手段；網(wǎng)絡(luò)化是數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和分析的基本支持環(huán)境；自動(dòng)化是制造系統(tǒng)運(yùn)行、智能化處理的基本保障；智能化是制造系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和信息處理的基本方法，智能制造系統(tǒng)是一個(gè)“感知—分析—決策—執(zhí)行”的全閉環(huán)系統(tǒng)。

航空產(chǎn)品智能制造的技術(shù)結(jié)構(gòu)及基本組成

制造控制過程通常分為批量生產(chǎn)型、連續(xù)生產(chǎn)型、離散生產(chǎn)型3種形式，制造活動(dòng)體現(xiàn)在企業(yè)的不同層級(jí)中，企業(yè)、工作場(chǎng)所、工作區(qū)域、生產(chǎn)線/生產(chǎn)單元、加工設(shè)備構(gòu)成了支持制造活動(dòng)的主體[4-6]，綜合起來，這里給出智能制造系統(tǒng)的信息層級(jí)結(jié)構(gòu)模型（見圖5），一方面是制造活動(dòng)的從語(yǔ)義/圖形（Semantics/Graphics）到Pattern（模式）到Model(模型)到字節(jié)（Byte）的數(shù)字化，另一方面是制造運(yùn)行過程中現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息從字節(jié)（Byte）到字/像素 （Words/Pixels） 到語(yǔ)句/圖像（Sentence/Image）到語(yǔ)義/圖形（Semantics/Graphics）的理解，在這樣的過程中，智能處理將在各個(gè)環(huán)節(jié)以“感知—分析—決策—執(zhí)行”的全閉環(huán)控制發(fā)揮作用。

制造系統(tǒng)中信息的智能處理是智能制造的核心，也是航空產(chǎn)品狹義制造過程首先要關(guān)注的重點(diǎn)，主要涉及生產(chǎn)規(guī)劃、工廠/生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、現(xiàn)場(chǎng)加工等過程。

航空產(chǎn)品研制已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字化的裝備成為各個(gè)工藝環(huán)節(jié)不可或缺的基礎(chǔ)資源，復(fù)雜形狀零部件制造的工藝活動(dòng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的手工操作變成程序控制執(zhí)行，這種數(shù)字化執(zhí)行手段為實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品智能制造奠定了基礎(chǔ)。航空產(chǎn)品制造過程的智能化主要由4個(gè)方面組成。

（1）智能加工工藝。

傳統(tǒng)的數(shù)控和數(shù)字化加工過程是根據(jù)零部件的設(shè)計(jì)模型和工藝要求確定加工工藝及程序，基于空間和時(shí)間的確定性關(guān)系來完成產(chǎn)品制造工作，加工狀態(tài)是依靠現(xiàn)場(chǎng)工作人員監(jiān)控、事后檢測(cè)來確認(rèn)的，難以實(shí)時(shí)掌握加工過程中工況的時(shí)變規(guī)律，并即時(shí)做出決策，導(dǎo)致航空產(chǎn)品零部件質(zhì)量一致性不穩(wěn)定，表面質(zhì)量狀態(tài)波動(dòng)大，零部件的裝配互換性差，服役性能不穩(wěn)定，從而引起返修或安全事故。智能加工工藝是在零部件制造過程中，增加對(duì)加工過程、時(shí)變工況的在線監(jiān)測(cè)，采用智能技術(shù)對(duì)獲取的加工過程狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、評(píng)估和決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程的自主學(xué)習(xí)和決策控制，擴(kuò)展了加工過程智能處理能力。更進(jìn)一步，可以通過自主學(xué)習(xí)形成工藝知識(shí)庫(kù)，支持工藝設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)工件加工工藝的自主決策設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

圖5 智能制造系統(tǒng)的信息層級(jí)結(jié)構(gòu)模型

智能化加工工藝的航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要方向是：工件加工過程的力—熱—變形場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與工況優(yōu)化控制、加工軌跡跟蹤與實(shí)時(shí)修正、加工區(qū)域狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)估、非確定定位狀態(tài)下的工藝基準(zhǔn)協(xié)調(diào)、復(fù)雜零件加工余量?jī)?yōu)化調(diào)整及其表面光順性控制、加工工藝與程序的智能化設(shè)計(jì)等，典型實(shí)例如葉片和整體葉盤的自適應(yīng)加工、焊接軌跡跟蹤及實(shí)時(shí)修正、焊縫質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估與工藝參數(shù)即時(shí)優(yōu)化、部件自動(dòng)化制孔與連接裝配工藝等。

（2）智能裝備及智能制造單元?，F(xiàn)代數(shù)控裝備是按確定的空間關(guān)系和程序邏輯來運(yùn)轉(zhuǎn)的。隨著數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算處理能力的不斷提升和功能部件不斷發(fā)展完善，數(shù)控裝備的加工效率、穩(wěn)定性、靈活性、信息處理能力都有了極大的提高，已經(jīng)成為支持航空產(chǎn)品制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)，航空產(chǎn)品構(gòu)件的整體化、大型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化以及高性能材料的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了航空產(chǎn)品制造工藝向集成化和復(fù)合化方向發(fā)展。智能裝備及智能制造單元是支撐航空產(chǎn)品智能加工工藝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是航空智能制造實(shí)施的關(guān)鍵條件。

航空制造領(lǐng)域的智能裝備及智能制造單元主要包括智能機(jī)床、智能機(jī)器人、智能控制裝置及系統(tǒng)、復(fù)合加工單元、智能物流系統(tǒng)、傳感識(shí)別及信息采集裝置等，能夠?qū)υO(shè)備、工藝系統(tǒng)及加工狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)智能決策與自適應(yīng)控制。這些智能裝備及單元應(yīng)針對(duì)航空產(chǎn)品整體化、大型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化零件及高性能材料加工進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)和開發(fā)，滿足航空產(chǎn)品制造過程中運(yùn)動(dòng)、功率、扭矩、能量、信息等的智能化控制要求。目前已經(jīng)應(yīng)用的智能裝備和單元包括智能化加工中心、機(jī)器人智能焊接系統(tǒng)、部件及總裝自動(dòng)化噴漆系統(tǒng)、飛機(jī)大部件對(duì)接與裝配系統(tǒng)等。

（3） 智能制造系統(tǒng)。

從狹義的制造看，航空產(chǎn)品制造包含一系列工藝過程和工序過程，原材料及信息進(jìn)入由工藝裝備、物流系統(tǒng)、工作人員、能源動(dòng)力等組成的制造系統(tǒng)，經(jīng)過不同的工序或工藝處理，形成符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品；而從廣義的制造看，制造包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)的全過程。傳統(tǒng)制造過程是以人為核心實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，制造過程信息化也主要是在信息收集、存儲(chǔ)、傳遞方面減輕了人工工作量，航空產(chǎn)品數(shù)字模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、數(shù)字量協(xié)調(diào)、工藝裝備高度自動(dòng)化控制等帶來的大量數(shù)據(jù)、復(fù)雜的工作狀態(tài)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等，使得工作人員在制造狀態(tài)跟蹤、決策處理方面面臨巨大壓力。智能制造系統(tǒng)以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，引入智能處理決策功能，構(gòu)建出基于智能化裝備、智能化工藝、傳感識(shí)別網(wǎng)絡(luò)、智能決策處理系統(tǒng)、人機(jī)互聯(lián)的智能化制造系統(tǒng)，使制造智能由個(gè)體智能跨越到整體智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)的全過程支持。

由于航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造過程的復(fù)雜性，智能制造系統(tǒng)依據(jù)產(chǎn)品類型和主體制造工藝不同而有所差異，可分為切削加工、鈑金成形與加工、復(fù)合材料構(gòu)件制造、部件裝配、整機(jī)裝配、檢測(cè)測(cè)試等不同類型，但他們均具備智能化工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化、智能化運(yùn)行管控、傳感識(shí)別網(wǎng)絡(luò)及實(shí)時(shí)處理、制造數(shù)據(jù)采集與知識(shí)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)化開放控制、在線學(xué)習(xí)和工藝優(yōu)化等基本能力，典型的智能制造系統(tǒng)包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能切削加工系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)盤環(huán)件智能生產(chǎn)線、復(fù)合材料構(gòu)件智能制造系統(tǒng)、飛機(jī)智能裝配生產(chǎn)線等。

（4） 航空產(chǎn)品智能維護(hù)與服務(wù)。

波音787飛機(jī)采用數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同形成了全球協(xié)作研制模式，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，波音公司也在全球范圍內(nèi)初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)服役飛機(jī)的飛行起降點(diǎn)、維修狀態(tài)等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展、信息化與工業(yè)化的深度融合，移動(dòng)互聯(lián)、知識(shí)工作自動(dòng)化、云計(jì)算、先進(jìn)機(jī)器人等成為影響人類未來生存模式發(fā)展的顛覆性技術(shù)，產(chǎn)品的制造模式也將從傳統(tǒng)的專業(yè)化分工、流水化作業(yè)、協(xié)同化研制跨入以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為基礎(chǔ)的全新模式，多品種研制、批量化生產(chǎn)將逐步由個(gè)性化定制所取代，設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)將形成一種“眾包”模式，用戶需求、產(chǎn)品制造、使用服務(wù)將成為網(wǎng)絡(luò)世界的主要活動(dòng)，用戶獲得的是需求服務(wù)而不是通過擁有產(chǎn)品滿足需求。

航空產(chǎn)品智能維護(hù)與服務(wù)具有以下特征：對(duì)產(chǎn)品使用過程的主動(dòng)監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或組件的連續(xù)跟蹤、產(chǎn)品工作狀態(tài)即時(shí)分析、基于工作狀態(tài)的維護(hù)更換等。典型的支持系統(tǒng)包括：傳感與狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、基于高速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、云服務(wù)平臺(tái)及系統(tǒng)、維護(hù)支持系統(tǒng)、電子手冊(cè)等。

航空智能制造技術(shù)發(fā)展途徑

盡管航空產(chǎn)品研制模式已經(jīng)開始進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，但由于相關(guān)基礎(chǔ)環(huán)境和平臺(tái)條件還不能準(zhǔn)確、及時(shí)、有效支持產(chǎn)品研制、數(shù)據(jù)協(xié)同、運(yùn)行監(jiān)控、全生命周期管理等關(guān)鍵過程，導(dǎo)致產(chǎn)品研制過程中，存在數(shù)據(jù)傳遞及時(shí)性差、數(shù)控設(shè)備運(yùn)行效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤控制難等一系列制約產(chǎn)品及時(shí)交付的問題，數(shù)字化系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化連通、智能化制造將成為提升航空產(chǎn)品研制和生產(chǎn)核心能力的基本手段。發(fā)展航空智能制造技術(shù)，應(yīng)從支撐技術(shù)入手，實(shí)現(xiàn)從智能制造單元、智能制造系統(tǒng)到智能工廠的演進(jìn)，最終打造智能航空產(chǎn)品。

（1）針對(duì)航空產(chǎn)品研制和發(fā)展需求，建立關(guān)鍵智能工藝裝備研制和應(yīng)用能力，形成典型產(chǎn)品智能化生產(chǎn)線，開發(fā)一批支持產(chǎn)品穩(wěn)定加工的智能化系統(tǒng)或裝置，形成全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、全生命周期管理的研制與批生產(chǎn)模式。

（2）針對(duì)典型零部件制造過程，研究狀態(tài)監(jiān)控與信息采集、基于工況的決策處理、制造過程建模仿真等智能制造關(guān)鍵技術(shù)，建立航空產(chǎn)品智能化設(shè)計(jì)與執(zhí)行的支持工具，滿足機(jī)械加工、鈑金成形、復(fù)合材料構(gòu)件制造、零部件裝配等需求，為航空產(chǎn)品制造提供高精度、高效率、智能化的工藝手段；建立包括智能化測(cè)控一體加工、復(fù)材自動(dòng)鋪放、鈑金數(shù)字化成形、數(shù)字化光整加工、智能物流傳輸、數(shù)字化柔性裝配線等智能化裝備及系統(tǒng)，形成航空產(chǎn)品數(shù)字化智能化支持產(chǎn)品；研制以數(shù)字化、智能化控制為特征的關(guān)鍵工藝設(shè)備及系統(tǒng)，通過設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、物流集成、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、生產(chǎn)線運(yùn)行控制等技術(shù)方法集成應(yīng)用，建立關(guān)鍵零件的集成化生產(chǎn)線，采用智能化的管理、調(diào)整與控制技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線物流、信息流的協(xié)調(diào)運(yùn)行，滿足航空關(guān)鍵零件加工精度穩(wěn)定性、表面質(zhì)量一致性控制的迫切需求。

（3）應(yīng)從現(xiàn)在起，圍繞支撐技術(shù)、單元技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)等層面逐步開展智能制造的推進(jìn)和實(shí)施工作。

智能支撐技術(shù)重點(diǎn)要突破的技術(shù)包括：適用于航空制造工況及其產(chǎn)品的智能傳感技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)的各種工況感知信息的采集、融合和分析處理技術(shù)，分布式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及賽博物理融合系統(tǒng)（CPS）技術(shù)，制造過程的虛擬建模、半物理和物理仿真技術(shù)等。

智能制造單元技術(shù)重點(diǎn)要突破的內(nèi)容包括：專用嵌入式控制單元、減速機(jī)等智能核心器件，實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控、健康檢測(cè)、故障診斷等實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控方法，視覺監(jiān)控的機(jī)器人焊接、智能化鉆鉚、測(cè)控一體的五坐標(biāo)加工，基于力感知的打磨、柔性化工裝定位等智能化執(zhí)行單元，知識(shí)建模、智能決策支持系統(tǒng)等。

智能制造系統(tǒng)重點(diǎn)要突破的技術(shù)包括：制造系統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)化管控、多機(jī)器人的協(xié)同控制、工藝與裝備的信息交互與過程優(yōu)化、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控與智能化加工決策、制造過程數(shù)值仿真與工藝優(yōu)化等。

智能工廠要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：工藝布局規(guī)劃與虛擬工廠、智能倉(cāng)儲(chǔ)與物流、智能化生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量狀態(tài)跟蹤與智能化檢測(cè)等。

智能制造是工業(yè)化與信息化深度融合的產(chǎn)物，當(dāng)前，我國(guó)政府正在推進(jìn)《中國(guó)制造2025》這一戰(zhàn)略規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃，我們應(yīng)該抓住這一有利時(shí)機(jī)，在中航工業(yè)已有的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)/制造基礎(chǔ)上，打造航空智能制造，提升我國(guó)航空制造業(yè)的整體能力和水平。

結(jié)束語(yǔ)

智能制造從宏觀上將推動(dòng)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、大批量、剛性緩慢的生產(chǎn)模式向個(gè)性化、高度柔性化、快速響應(yīng)市場(chǎng)需求方向轉(zhuǎn)變；微觀上，將通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能化的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制過程的全閉環(huán)控制。

作為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化延伸發(fā)展的智能制造，將為制造業(yè)帶來從大規(guī)模生產(chǎn)到定制化柔性生產(chǎn)的變革，將建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)品研制和服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)從最初設(shè)計(jì)創(chuàng)意到最終產(chǎn)品制造乃至使用服務(wù)的全流程控制和管理。

[1]James A R， Henry W K. 計(jì)算機(jī)集成制造. 夏蓮，韓江，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]王焱.未來工廠：數(shù)字量貫通的集成運(yùn)行 . 航空制造技術(shù)，2015(8)：40-45.

[3]王潤(rùn)孝.先進(jìn)制造技術(shù)導(dǎo)論.北京：科學(xué)出版社，2004.

[4]萬百五，韓崇昭，蔡遠(yuǎn)利.控制論—概念、方法及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[5]GB/T 20720.1—2006.企業(yè)控制系統(tǒng)集成 第1部分：模型和術(shù)語(yǔ).

[6]BS EN62264-1∶2013.Enterprisecontrol system integration Part 1∶ Models and terminology.