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        明確發(fā)展方向 提升智能制造層級(jí)
        ——訪中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司副總工程師杜寶瑞

        2016-03-13 11:14:29
        航空制造技術(shù) 2016年19期
        關(guān)鍵詞:賽博決策數(shù)字化

        本刊記者 谷 雨

        :您長(zhǎng)期從事數(shù)字化制造技術(shù)的研究與應(yīng)用工作,針對(duì)當(dāng)前工程應(yīng)用新需要,請(qǐng)談?wù)勗摷夹g(shù)的發(fā)展方向。

        杜寶瑞:數(shù)字化技術(shù)使制造依據(jù)從模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,數(shù)字化技術(shù)的核心是為制造過(guò)程提供了數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化制造工藝以及數(shù)字化制造程序。得益于數(shù)字化技術(shù),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,產(chǎn)品的幾何信息通過(guò)精準(zhǔn)的三維數(shù)字化模型進(jìn)行定義,而其他非幾何信息也被以數(shù)字化方式定義于同一文件中,進(jìn)而形成制造過(guò)程的單一數(shù)據(jù)源。在制造過(guò)程中,通過(guò)數(shù)字量傳遞實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)與制造及數(shù)字化制造指令的生成,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)控加工、數(shù)字化裝配和數(shù)字化檢測(cè)。

        未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),制造業(yè)將快速邁入智能制造時(shí)代,而數(shù)字化制造技術(shù)將為其提供不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ),制造業(yè)的數(shù)字化程度也將會(huì)得到進(jìn)一步提升。以工藝設(shè)計(jì)為例,在目前技術(shù)水平下,無(wú)論是基于模擬量(二維圖紙)的工藝設(shè)計(jì),還是基于數(shù)字量(三維模型)的三維工藝設(shè)計(jì),工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果(工藝規(guī)程)均是用來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人的作業(yè)過(guò)程。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,工藝設(shè)計(jì)結(jié)果將會(huì)精細(xì)到可計(jì)算的程度,亦即,工藝流程將由一系列的算法、可算規(guī)則和數(shù)據(jù)構(gòu)成,在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中,智能化的計(jì)算系統(tǒng)將根據(jù)上述算法與規(guī)則,直接生成機(jī)器可理解、可計(jì)算、可執(zhí)行的制造指令集。屆時(shí),大量的制造經(jīng)驗(yàn)知識(shí)將被轉(zhuǎn)化成顯式化、邏輯化、數(shù)字化的制造知識(shí),而決策方法等則以結(jié)構(gòu)化的推理模型和決策規(guī)則等體現(xiàn)。制造過(guò)程中的決策將在很大程度上由專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)邏輯判斷或優(yōu)化計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn),這對(duì)人類(lèi)的決策將起到良好的輔助與補(bǔ)充作用。

        :沈飛是較早引入智能制造理念的航空企業(yè)之一,在建設(shè)數(shù)字化企業(yè)當(dāng)中,您對(duì)智能制造的概念有哪些見(jiàn)解?

        杜寶瑞:智能制造的概念自20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)后,其工程化應(yīng)用長(zhǎng)期處于停滯和沉寂的狀態(tài)。近年來(lái),數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,促進(jìn)了智能制造技術(shù)的快速發(fā)展。

        智能制造是在數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)上,融入人工智能技術(shù),以賽博物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System,CPS)為支撐,以人、機(jī)(智能制造裝備)和資源等的深度融合為核心,高度自動(dòng)化和柔性化的新型制造模式。智能制造包括智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng),其中智能制造技術(shù)是以系統(tǒng)信息自主采集、分析與決策,制造裝備精準(zhǔn)執(zhí)行,組織自學(xué)習(xí)和流程自?xún)?yōu)化為特征的智能加工與裝配,面向智能加工與裝配的智能設(shè)計(jì)、服務(wù)與管理等專(zhuān)門(mén)技術(shù);智能制造系統(tǒng)是指應(yīng)用智能制造技術(shù)、達(dá)成全面或部分智能化的制造過(guò)程或組織,按其規(guī)模與功能可分為智能單元、智能生產(chǎn)線(xiàn)、智能車(chē)間、智能工廠等不同層級(jí)的系統(tǒng)。

        總體而言,智能制造具有5大特征:(1)高度的自主化。在智能制造模式下,生產(chǎn)過(guò)程中的制造信息能夠被實(shí)時(shí)感知、獲取并進(jìn)行分析,使系統(tǒng)擁有了自學(xué)習(xí)、自決策、自主控制等能力,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自組織、自重構(gòu)及企業(yè)制造資源的最優(yōu)利用,從而使自動(dòng)化的程度與規(guī)模大幅提升。(2)深度的人機(jī)交叉融合。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,在一致的賽博物理系統(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。(3)賽博空間與物理系統(tǒng)深度融合。相較于傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn),智能制造具有生產(chǎn)過(guò)程中制造信息感知、獲取、分析等能力,對(duì)于物理系統(tǒng)中的各個(gè)實(shí)體,信息空間中均對(duì)應(yīng)存在一個(gè)與其高度融合的模型。完備的信息空間成為制造系統(tǒng)中不可或缺的重要構(gòu)成部分。信息空間與物理系統(tǒng)之間的深度交融可實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的自組織、自重構(gòu)及資源的最優(yōu)利用,從而使自動(dòng)化的程度與規(guī)模大幅提升。在智能制造過(guò)程中,賽博空間與物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深入交互與融合,賽博空間對(duì)物理系統(tǒng)的活動(dòng)進(jìn)行先驗(yàn)預(yù)判、實(shí)時(shí)控制以及后置優(yōu)化,從而使制造過(guò)程得到全面管控與優(yōu)化。(4)制造系統(tǒng)靈活可控。通過(guò)智能技術(shù)的運(yùn)用,智能制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、柔性化水平逐步提高,系統(tǒng)單元之間能夠根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)靈活的組織重構(gòu),與傳統(tǒng)自動(dòng)化制造相比,智能制造系統(tǒng)的靈活性更為顯著。(5)基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的定制化、眾創(chuàng)眾包化生產(chǎn)。在智能制造模式下,由于制造系統(tǒng)的柔性化程度大幅提升,在滿(mǎn)足產(chǎn)品大批量高效生產(chǎn)的同時(shí),通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+等理念的推進(jìn),形成全新的制造生態(tài)環(huán)境,使制造業(yè)形成定制化、眾創(chuàng)化,有特定需求的用戶(hù)甚至可以直接參與到制造過(guò)程中來(lái),極大地滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)制造業(yè)的個(gè)性化需求。

        杜寶瑞:我國(guó)的航空制造企業(yè),盡管在數(shù)字化、信息化等方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但是普遍而言,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)了基于三維模型的產(chǎn)品定義,而在工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造等環(huán)節(jié)仍主要沿用傳統(tǒng)的紙質(zhì)工藝規(guī)程。其次,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,其中所涉及的數(shù)據(jù)管理、流程管理、資源管理等工作難度非常大。目前,對(duì)制造流程的管控仍然主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)人員,管理理念較為傳統(tǒng),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)過(guò)程的流暢運(yùn)轉(zhuǎn)。以數(shù)控機(jī)床的使用為例,我國(guó)軍工企業(yè)雖然擁有一大批當(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)制造技術(shù),但設(shè)備綜合利用率不足世界水平的一半,生產(chǎn)效率則更低。

        對(duì)上述問(wèn)題分析可見(jiàn),航空制造企業(yè)無(wú)論在技術(shù)層面或是管理層面,與國(guó)外先進(jìn)制造企業(yè)均存在較大差距,在未來(lái)發(fā)展中,各企業(yè)應(yīng)深入理解智能制造的內(nèi)涵,為解決現(xiàn)有問(wèn)題找到突破口。在智能制造的研究與實(shí)施過(guò)程中,各企業(yè)應(yīng)當(dāng)深入地分析企業(yè)的制造技術(shù)基礎(chǔ)條件,明確智能制造發(fā)展的需求,確定發(fā)展目標(biāo)、方向和重點(diǎn),找準(zhǔn)發(fā)展路徑。在夯實(shí)自身技術(shù)與條件的基礎(chǔ)上重點(diǎn)突破,逐步提高智能制造的層級(jí)。

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