◎北京精密機電控制設(shè)備研究所 張文海 俞光煒 寧琦 岳良 王一鵬

基于“兩化”融合的智慧型研究所構(gòu)建研究

◎北京精密機電控制設(shè)備研究所 張文海 俞光煒 寧琦 岳良 王一鵬

“十二五”以來，“兩化”融合已成為國家級戰(zhàn)略，北京精密機電控制設(shè)備研究所作為中國運載火箭技術(shù)研究院唯一的廠所聯(lián)合單位，“十三五”計劃以《中國制造2025規(guī)劃》為指導(dǎo)，以國家大力推進(jìn)“兩化”深度融合和“工業(yè)4.0”為契機，研究構(gòu)建智慧型研制體系。通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息制造技術(shù)手段，實現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同創(chuàng)新、全方位綜合仿真、網(wǎng)絡(luò)智能化制造等技術(shù)的全面應(yīng)用，推進(jìn)研制流程優(yōu)化和研制模式轉(zhuǎn)型升級，切實提升設(shè)計仿真和協(xié)同研發(fā)能力，提高數(shù)字化制造和綜合業(yè)務(wù)管理能力，實現(xiàn)設(shè)計制造一體化智能研制的建設(shè)目標(biāo)。

一、建設(shè)目標(biāo)

結(jié)合研究所設(shè)計制造一體化特點，以信息技術(shù)和制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，打造成為一個以智能設(shè)計為中心的智慧型研究所，升級優(yōu)化產(chǎn)品的研制流程，改變傳統(tǒng)設(shè)計制造串行、系統(tǒng)設(shè)備孤立、知識信息未有效應(yīng)用的現(xiàn)狀。

1．實現(xiàn)五個目標(biāo)

一是實現(xiàn)以設(shè)計為中心，科研生產(chǎn)和經(jīng)營管理全要素大數(shù)據(jù)的智能挖掘分析、系統(tǒng)仿真評估、情境化感知和自動化推送應(yīng)用。

二是實現(xiàn)基于工藝制造、設(shè)備物資、人員經(jīng)費等信息的設(shè)計方案優(yōu)選和智慧型閉環(huán)迭代優(yōu)化。

三是實現(xiàn)生產(chǎn)試驗的數(shù)字化管控、柔性化制造、自動化檢測、智能化倉儲。

四是實現(xiàn)設(shè)計研發(fā)的信息物理網(wǎng)絡(luò)化融合、設(shè)計制造一體化協(xié)同和全過程虛擬化仿真驗證。

五是實現(xiàn)快速響應(yīng)研發(fā)與敏捷智能制造。

2．完成四個轉(zhuǎn)變

一是完成設(shè)計制造由孤立串行到并行一體的轉(zhuǎn)變；二是完成仿真驗證由局部到全流程的轉(zhuǎn)變；三是完成生產(chǎn)由傳統(tǒng)到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變；四是完成能力資源由分散管理到區(qū)域協(xié)同增強型管理的轉(zhuǎn)變。

3．提升三個能力

一是大幅提升航天伺服系統(tǒng)的創(chuàng)新能力和研制水平；二是提升科研生產(chǎn)的過程管控和精細(xì)化管理能力；三是提升網(wǎng)絡(luò)信息安全保密管控能力。

最終完成從產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃到生產(chǎn)實施和最終服務(wù)用戶的全生命周期管理，確保我國戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器和運載火箭伺服系統(tǒng)的領(lǐng)先地位，滿足“十三五”各型號項目的研制任務(wù)需要，為軍工能力建設(shè)樹立智慧型研究體系的標(biāo)桿。

二、總體框架

“兩化”融合智慧型研究所概括為“四個平臺、兩個體系”。“四個平臺”是指基于大數(shù)據(jù)決策支持的智能運營平臺、基于模型的智能研發(fā)平臺、基于模型的智能制造協(xié)同平臺和基于CPS的智能設(shè)施平臺；“兩個體系”是指IT標(biāo)準(zhǔn)體系和IT安全體系。整個智慧研究所架構(gòu)分為6層，分別為智能展現(xiàn)層、智能管控層、智能業(yè)務(wù)層、智能支撐層、智能數(shù)據(jù)層、智能基礎(chǔ)層?？傮w平臺架構(gòu)如圖1所示。

首先建立集成平臺，在平臺上建立基于產(chǎn)品研制過程所有數(shù)據(jù)的協(xié)同管理模塊，提供的工程協(xié)同管理環(huán)境便于設(shè)計/制造/服務(wù)等全面協(xié)同；然后，按照研究所現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，在集成數(shù)據(jù)的平臺上建立以伺服產(chǎn)品研制流程為主線的數(shù)據(jù)產(chǎn)生工具集，包括建模、設(shè)計、仿真、數(shù)字工藝等工具軟件，以及制造設(shè)備、檢測設(shè)備、裝調(diào)設(shè)備等數(shù)字化工藝設(shè)備和數(shù)字化庫房；建立以產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)計劃等管理為主線的衍生數(shù)據(jù)的生成與管理工具集，包括頂層質(zhì)量管理模塊，基層質(zhì)量管理模塊，頂層生產(chǎn)任務(wù)分解與管理模塊，基層生產(chǎn)任務(wù)分解模塊，頂層計劃與決策的管理、基層計劃與決策的管理模塊。同時，建立企業(yè)內(nèi)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)的積累與管理工具集，包括頂層資產(chǎn)管理、基層資產(chǎn)管理、頂層標(biāo)準(zhǔn)、基層標(biāo)準(zhǔn)、模板、頂層庫房管理、基層庫房管理。

1．軟硬件平臺

“兩化”融合智慧型研究所包括4個研發(fā)平臺建設(shè):智能運營平臺、智能研發(fā)平臺、智能制造協(xié)同平臺和智能設(shè)施平臺。

（1）智能運營平臺

構(gòu)建面向決策的運營管理模式，實現(xiàn)對全業(yè)務(wù)過程人、財、物的協(xié)同管理，通過集成服務(wù)、業(yè)務(wù)智能、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的分析、科學(xué)決策、統(tǒng)一信息展示和智能監(jiān)控。建立涵蓋“全過程、全要素”的綜合性智能信息集成平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)等技術(shù)推進(jìn)研發(fā)生產(chǎn)和科研管理的全流程數(shù)字化，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的集中管理和處理分析。補充建立頂層決策、跨院跨域協(xié)同管理等系統(tǒng)，為管理決策提供可靠有效的數(shù)據(jù)支撐，為區(qū)域和上下游產(chǎn)業(yè)價值鏈數(shù)據(jù)互通管理提供平臺支撐。

（2）智能研發(fā)平臺

智能研發(fā)平臺包括基于模型的系統(tǒng)工程、基于模型的設(shè)計工程、基于模型的試驗工程和基于模型的制造工程能力建設(shè)。

基于模型的設(shè)計工程承接MBSE需求，通過基于組件的協(xié)同設(shè)計，在方案和初步設(shè)計過程中實現(xiàn)快速原型設(shè)計與迭代，確定最優(yōu)方案；通過工程設(shè)計在詳細(xì)設(shè)計過程中實現(xiàn)機、電等專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。設(shè)計工程以MBD方式向制造工程傳遞模型并開展后續(xù)工藝設(shè)計與仿真，以系統(tǒng)級模型、專業(yè)級模型的形式在試驗工程中進(jìn)行仿真驗證和模型迭代，通過PLM開展各類設(shè)計資源的調(diào)用、協(xié)同研制和模型管理。

基于模型的試驗工程對產(chǎn)品研制過程中的試驗數(shù)據(jù)、任務(wù)進(jìn)行管理，通過虛擬化的方式對系統(tǒng)級、產(chǎn)品級設(shè)計中各類模型進(jìn)行仿真驗證，指導(dǎo)設(shè)計不斷迭代完善，與MBSE、設(shè)計工程共同完成完整的性能伺服系統(tǒng)。試驗工程是對MBSE、設(shè)計工程的閉環(huán)驗證過程，各類模型通過系統(tǒng)PLM進(jìn)行關(guān)聯(lián)和追溯。

基于模型的制造工程對制造過程進(jìn)行管理，對各類工藝開展MBD驅(qū)動設(shè)計并進(jìn)行仿真，同時圍繞制造裝備、生產(chǎn)線和物流等開展生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，實現(xiàn)生產(chǎn)驗證與優(yōu)化，完成虛擬生產(chǎn)。制造工程承接MBSE需求和設(shè)計工程MBD模型開展工藝規(guī)劃、設(shè)計與管理，向?qū)嵨锷a(chǎn)過程提供各類工藝和制造過程信息。

（3）智能制造協(xié)同平臺

智能制造協(xié)同平臺實現(xiàn)伺服系統(tǒng)試制過程管理和智能供應(yīng)鏈協(xié)同管理，建立基于信息物理系統(tǒng)（CPS）的智能型制造系統(tǒng)（含網(wǎng)絡(luò)、軟件系統(tǒng)），以及具備精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作、自治功能，智能檢測、自動倉儲、智能物流的伺服智能化生產(chǎn)單元。以現(xiàn)有的自動化設(shè)備為基礎(chǔ)，補充現(xiàn)代傳感器、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、自動化機器人、智能化倉儲物流等設(shè)備，實現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變。

（4）智能設(shè)施平臺

智能設(shè)施平臺包括智能基礎(chǔ)軟件、智能園區(qū)設(shè)施、信息資源中心、統(tǒng)一門戶等基礎(chǔ)能力，以支持未來應(yīng)用的高容量、高性能、高可靠性、智能管理、備份恢復(fù)能力和動態(tài)管理的要求。

2．支撐體系

（1）信息安全體系

圍繞涉密網(wǎng)絡(luò)的安全防范，遵循中國航天科技集團公司要求，建立整體的涉密安全防護體系，以滿足分級安全要求和國家信息安全等級保護的安全要求。信息安全體系參考框架如圖2所示。

（2）信息標(biāo)準(zhǔn)體系

按照航天科技集團的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系框架要求，結(jié)合研究所型號研制、科研生產(chǎn)和管理需求，在國標(biāo)、國軍標(biāo)、航標(biāo)和航天科技集團標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行提升轉(zhuǎn)化、細(xì)化或補充，涵蓋信息化基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（IT標(biāo)準(zhǔn)）、信息技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)（IT應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)）和信息化管理標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容類型。

通過智慧型研究所的建設(shè)，北京精密機電控制設(shè)備研究所通過構(gòu)建并行協(xié)同、虛實結(jié)合的產(chǎn)品分析論證、設(shè)計開發(fā)、仿真評估、試驗驗證、裝配集成、制造集成等數(shù)字化研制條件，形成全三維數(shù)字化研制能力，實現(xiàn)研制模式升級轉(zhuǎn)型和流程優(yōu)化，顯著提升了產(chǎn)品的研制水平和效率，將全面實現(xiàn)數(shù)字化制造、信息化管理的科研生產(chǎn)方式，從而提升管理精細(xì)化水平。同時，將大大提高目前伺服產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、試驗驗證和制造水平，實現(xiàn)基于同一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品多專業(yè)交叉協(xié)同和與總體單位的協(xié)同設(shè)計，建成伺服產(chǎn)品新的研發(fā)能力體系，為新一代伺服產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展提供有力的技術(shù)基礎(chǔ)保障，為重大背景型號伺服產(chǎn)品研制的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供支持，提升研發(fā)能力，為軍工行業(yè)的整體轉(zhuǎn)型樹立標(biāo)桿?！?/p>