□湯文仙

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全面提升國防科技工業(yè)的智能制造水平在“中國制造2025”戰(zhàn)略中發(fā)揮獨特作用

□湯文仙

《中國制造2025》是中國推動傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和應(yīng)對新技術(shù)革命實現(xiàn)高端化跨越發(fā)展的整體謀劃，智能制造是實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展和跨越發(fā)展的最佳途徑。通過智能制造能夠帶動各產(chǎn)業(yè)的智能化水平的提高，其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化成為主攻方向。國防科技工業(yè)是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國家制造業(yè)的重要組成部分，也是工業(yè)4.0的決勝之地。武器裝備科研生產(chǎn)多為復(fù)雜產(chǎn)品，一般為多廠所協(xié)同設(shè)計制造，并需要具備快速反應(yīng)、變批量生產(chǎn)、全生命周期支持等多方面的能力，充分體現(xiàn)了一個國家工業(yè)化的基礎(chǔ)能力和管理水平，處于中國工業(yè)4.0發(fā)展的核心地位，國防工業(yè)要在“中國制造2025”戰(zhàn)略中發(fā)揮獨特作用，集智攻關(guān)、重點突破。

數(shù)字化是國外國防科技工業(yè)的發(fā)展方向

為了適應(yīng)新軍事變革和信息化戰(zhàn)爭的要求，國外國防科技工業(yè)領(lǐng)域都在不斷推進以數(shù)字化為核心的工業(yè)體系建設(shè)，并取得了顯著成效。

致力數(shù)字化為核心的先進制造體系建設(shè)。從20世紀80年代開始，以美國為代表的發(fā)達國家就開始大力推動武器裝備柔性制造系統(tǒng)，隨著信息技術(shù)和數(shù)字化工業(yè)體系的發(fā)展，在武器裝備研制、生產(chǎn)中不僅實踐了數(shù)字化設(shè)計制造、并行工程、敏捷制造、集成制造、異地設(shè)計制造、協(xié)同設(shè)計和制造等一系列先進制造技術(shù)計劃，而且實現(xiàn)了武器裝備的虛擬制造和全壽命管理，形成在武器系統(tǒng)整個生命周期內(nèi)，能夠做出快速反應(yīng)的高水平制造能力。日本和德國也制定和實施了智能制造系統(tǒng)計劃和工業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)研究計劃，旨在用數(shù)字化技術(shù)改造傳統(tǒng)的制造業(yè)尤其是軍工制造業(yè)。

軍民協(xié)同創(chuàng)新推進國防智能制造的進程。2014年2月美國國防部牽頭組建成立了“數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新機構(gòu)”（DMDII），主要研究數(shù)字化數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全壽命周期中的交換以及在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的流動，以推進數(shù)字化、智能化制造。2015 年9月，D M D I I提出了其關(guān)注的4大技術(shù)領(lǐng)域：先進制造企業(yè)、智能機器、先進分析和賽博物理系統(tǒng)安全?，F(xiàn)已擁有80多家成員，涵蓋多家企業(yè)、政府機構(gòu)、院校和研究所等軍民口組織。其中，波音、洛馬、通用電氣、羅羅等軍工企業(yè)均是創(chuàng)始成員和一級成員。在今后5年內(nèi)，DMDII將陸續(xù)獲得政府投入的7000 萬美元資金，各成員單位配比的2.5 億美元“成本公攤”資金，支持關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與成果轉(zhuǎn)化。首個項目是美國國防先期研究計劃局（DARPA）發(fā)起的自適應(yīng)運載器制造（AVM）項目的技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，通過再造復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)和制造方式，以同一制造系統(tǒng)來設(shè)計和制造水上、水下、地面、空中、空間的所有種類的運載器。技術(shù)應(yīng)用后將徹底變革武器裝備研制流程，縮短研制時間80％以上。

數(shù)字化制造模式取得了顯著成效。波音公司在B777和B787研制過程中，采用并行工程和虛擬設(shè)計／制造等方法，組建集成產(chǎn)品開發(fā)團隊(IPT)，采用并行產(chǎn)品定義(CPD) 和100％的數(shù)字化預(yù)裝配，大量使用CAD／CAM技術(shù)等數(shù)字化制造模式，與傳統(tǒng)的制造模式相比，研制周期縮短了30％，研制成本降低了50％。波音公司在新一代戰(zhàn)神航天運輸工具研制和C130航空電子升級中，采用基于模型的定義和作業(yè)指導(dǎo)書等技術(shù)，縮短了裝配工期57％，將數(shù)字化制造推向制造現(xiàn)場的更深層次。此外，洛克希德導(dǎo)彈與空間公司(LMSC)采用并行工程和虛擬設(shè)計／制造的方法，改進產(chǎn)品開發(fā)流程，實現(xiàn)信息集成與共享，并組織綜合的產(chǎn)品開發(fā)團隊，從而使新型導(dǎo)彈的開發(fā)周期由原來的5年縮短到2年，研制縮短周期60％。

我國國防科技工業(yè)的智能制造發(fā)展之路

經(jīng)過“十二五”期間國防信息化建設(shè)的有效積累，為形成數(shù)字化、智能化的國防科技工業(yè)科研、生產(chǎn)和管理體系奠定了堅實的基礎(chǔ)。

具備智能軍工制造發(fā)展的良好基礎(chǔ)。目前，我國國防科技工業(yè)企業(yè)已經(jīng)具備了一定的信息化軟硬件基礎(chǔ)和條件。計算機應(yīng)用已覆蓋生產(chǎn)、經(jīng)營、設(shè)計、物資、財務(wù)和人事等方面，保障了軍民品的研制和生產(chǎn)。以CAD、CAPP、CAM、CAE等為代表的數(shù)字化單項技術(shù)在軍民品的研制和生產(chǎn)應(yīng)用中已較為普及，有效地支撐了產(chǎn)品設(shè)計、性能優(yōu)化、仿真分析等，提高了科研生產(chǎn)的質(zhì)量和水平。

總體處于向數(shù)字軍工發(fā)展的轉(zhuǎn)型階段。我國國防科技工業(yè)通過一系列科研項目、研制保障條件建設(shè)、批生產(chǎn)技術(shù)改造、專門的信息化示范工程建設(shè)等手段，有效支持了武器裝備設(shè)計、制造、管理、試驗測試等方面的數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。但從總體上看，我國國防科技工業(yè)目前還處于由機械軍工向數(shù)字軍工發(fā)展的轉(zhuǎn)型階段，信息化應(yīng)用尚處于由單項技術(shù)應(yīng)用向系統(tǒng)集成的過渡時期。

部分軍工企業(yè)率先開始了智能制造探索。以中航工業(yè)直升機公司下屬的昌飛集團為例，在數(shù)字化設(shè)計和制造技術(shù)上與國際接軌，公司在S-92項目中開啟了數(shù)字化制造之路；引進了CATIA設(shè)計軟件，電子數(shù)據(jù)首次成為了生產(chǎn)依據(jù)，逐步實現(xiàn)了普通加工到數(shù)控加工、手工測量到三坐標和激光跟蹤儀測量的轉(zhuǎn)變；開發(fā)了昌飛數(shù)字化制造系統(tǒng)（CPS），以產(chǎn)品準時化交付為目標，以每架飛機在鉚裝、總裝、試飛三個階段的實物運動軌跡為實物流，建立虛擬“流動”生產(chǎn)線，從裝配到交付的整個離散過程，設(shè)定了從鉚接、內(nèi)部噴漆、地面工序、安裝、總裝、全機交付、軍檢到交付出廠等在內(nèi)的27個站位。同時，引入CAVE系統(tǒng)（虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)），通過呈現(xiàn)出的1：1立體影像，感受駕駛艙的各項操作和“檢測和維修”發(fā)動機等各種零部件。

我國國防科技工業(yè)的智能制造存在的問題

我國軍工企業(yè)目前仍處于數(shù)字化應(yīng)用到集成能力平臺建設(shè)的過渡階段，與國外軍工先進的智能制造水平還有一定距離，表現(xiàn)在：

缺乏一體化集成及數(shù)字化協(xié)同手段。集成與協(xié)同已經(jīng)成為信息化發(fā)展的重要方向。目前軍工企業(yè)在CAD、CAPP、CAM等數(shù)字化單項技術(shù)應(yīng)用普及，教字化設(shè)計、制造、試驗和工程管理上仍處于單點、分散、局部的應(yīng)用狀態(tài)，相互隔離，未能有效地與軍工科研生產(chǎn)的實際要求和業(yè)務(wù)過程相結(jié)合，缺乏系統(tǒng)間的信息共享、一體化集成及流程的協(xié)同與優(yōu)化，系統(tǒng)集成、并行工程、異地協(xié)同、敏捷制造、精益生產(chǎn)等集成技術(shù)和新型制造模式的初步應(yīng)用不足。

缺乏頂層規(guī)劃與系統(tǒng)分散建設(shè)問題突出。軍工企業(yè)由于信息化總體發(fā)展思路、頂層規(guī)劃不夠，造成集團內(nèi)企業(yè)、企業(yè)內(nèi)各部門之間各自為戰(zhàn)，形成了不同的軟硬件環(huán)境、不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同的規(guī)范標準、信息系統(tǒng)分散建設(shè)、獨立運行，相互之間不能得到有效集成，難以形成體系和發(fā)揮整體效益。

信息化核心技術(shù)和支撐軟件受制于國外。從信息安全保密角度來看，國防科技工業(yè)信息化建設(shè)所需的工業(yè)控制芯片、工業(yè)軟件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、設(shè)計開發(fā)工具等核心技術(shù)與支撐軟件，重大產(chǎn)品研發(fā)和工程實施所需的硬件裝備與軟件系統(tǒng)等信息化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品尚做不到完全自主，國產(chǎn)化裝備替代能力還有待提高，存在著信息安全風(fēng)險和隱患。

我國國防科技工業(yè)的智能制造發(fā)展建議

面對以信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為核心的第三次工業(yè)革命的挑戰(zhàn)，以及新軍事變革對武器裝備發(fā)展的要求，我國武器裝備制造業(yè)的數(shù)字化水平亟待提升。

建立數(shù)字化的武器裝備科研生產(chǎn)體系。武器裝備系統(tǒng)具有研發(fā)成本高、技術(shù)含量高、小批量定制化、集成度高的特點。設(shè)計制造環(huán)節(jié)逐步從二維向三維過渡，試驗測試逐步從實物樣機向虛擬仿真發(fā)展，流程和體系逐步從串行、并行向全面協(xié)同發(fā)展。傳統(tǒng)物理樣機的研制模式和技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代武器裝備研制快速性和創(chuàng)新性的需求，以數(shù)字樣機為核心的研制模式已成為新一代軍品研制能力的重要途徑。全面提高武器裝備的研發(fā)和生產(chǎn)整體水平，應(yīng)以軍工產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計制造和信息化管理為重點，全方位建立科研、生產(chǎn)、經(jīng)營和管理的數(shù)字化武器裝備科研生產(chǎn)體系。

強化全生命周期數(shù)字化綜合集成能力平臺。國防科技工業(yè)產(chǎn)品全壽命周期的各個階段都有賴于先進技術(shù)的支持，應(yīng)順應(yīng)制造業(yè)信息化技術(shù)“集成與協(xié)同”的發(fā)展趨勢，將數(shù)字化綜合集成作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將信息技術(shù)與型號研制業(yè)務(wù)過程的產(chǎn)品全生命周期充分融合，構(gòu)建面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化綜合能力平臺，包括需求分析、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、設(shè)計定型、生產(chǎn)制造、試驗與其他工程設(shè)計、后勤支持、運行操作以及培訓(xùn)等多個關(guān)鍵活動或階段，并將數(shù)字化平臺進行集成，實現(xiàn)跨專業(yè)、跨學(xué)科、跨平臺、跨地域的協(xié)同研制生產(chǎn)，支撐武器裝備的快速研制和創(chuàng)新。

構(gòu)建高效安全的“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用服務(wù)體系。數(shù)字化的核心是大數(shù)據(jù)，科研生產(chǎn)和管理中產(chǎn)生的直接信息及衍生信息呈幾何級數(shù)膨脹，其大部分數(shù)據(jù)未能進行系統(tǒng)利用。為此，應(yīng)圍繞著產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)信息進行采集、傳輸、存儲、運算和分析，構(gòu)建覆蓋全行業(yè)的“大數(shù)據(jù)中心”。通過智能化分析模型和方法，對“大數(shù)據(jù)”進行分析利用，通過建模、仿真、控制和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)運營全過程中的知識，使整個生產(chǎn)運營過程具備靈敏準確的感知能力、正確的判斷能力、靈活的自組織能力以及有效的協(xié)同執(zhí)行能力，為提升國防科技工業(yè)智能制造水平提供支撐。

強化國防科技工業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)體系。從國防科技工業(yè)產(chǎn)品全壽命周期入手，針對每個環(huán)節(jié)適用的技術(shù)，構(gòu)建由系統(tǒng)總體技術(shù)群、管理技術(shù)群、制造工藝與裝備技術(shù)群、設(shè)計制造一體化技術(shù)群以及支撐技術(shù)群等組成的國防科技工業(yè)信息化的關(guān)鍵技術(shù)體系。設(shè)立重大專項，集智攻關(guān)、重點突破。一是加強對新一代信息技術(shù)、智能制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸攻關(guān)；二是加強操作系統(tǒng)、工控系統(tǒng)、集成電路、新能源、新工藝、新材料等基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)；三是支持以物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、無線通信等應(yīng)用為基礎(chǔ)，與武器裝備的研制環(huán)節(jié)緊密融合。

打造可靠、安全的保密防護體系。在提升國防科技工業(yè)的智能制造過程中，必須解決新技術(shù)使用帶來的安全保密風(fēng)險，應(yīng)始終將安全保密防護體系作為智能制造建設(shè)的重要內(nèi)容和前提。建立和完善基礎(chǔ)信息安全體系，進一步完善包括標準規(guī)范、安全保密、人才培養(yǎng)等在內(nèi)的安全保障機制，制定涉及的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸、衛(wèi)星定位、數(shù)據(jù)中心等相關(guān)技術(shù)的安全保密標準；制定高層次的工業(yè)控制系統(tǒng)安全策略和實踐規(guī)范，在大幅度提升信息化程度的同時，確保信息安全與保密。（作者單位為賽迪軍民結(jié)合研究所）