徐旺，陳智超，袁士琳

淺析智能制造在民機制造企業(yè)的應用

徐旺，陳智超，袁士琳

（上海飛機制造有限公司，上海 201324）

智能制造技術是幫助傳統(tǒng)企業(yè)改造升級的最佳路徑，是驅(qū)動航空產(chǎn)業(yè)快速成長的關鍵。通過介紹民機智能制造模式的特點，搭建了民機制造企業(yè)智能工廠的架構，分析了智能制造在工廠的應用案例，給出了智能工廠的建設思路。

智能制造；航空產(chǎn)業(yè)；民機；智能工廠

智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等[1]。智能制造技術的快速發(fā)展正在影響和改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式，通過智能制造技術變革傳統(tǒng)的制造模式是中國制造業(yè)尤其是中國航空制造業(yè)在新時代所面臨的巨大機遇和挑戰(zhàn)。要想進一步提高中國航空制造業(yè)的技術水平，促進中國民用飛機產(chǎn)業(yè)在智能制造時代背景下的技術變革，提升中國在民機制造領域的影響力和話語權，必須探索出一條適合民機制造企業(yè)的智能制造新模式。民機智能制造的模式需立足航空業(yè)的產(chǎn)業(yè)特點和實際情況，尋找讓人、數(shù)據(jù)、知識、設備、產(chǎn)品等各種資源能夠有效配置的方式，補足體系性不足，只有從概念設計階段開始，全面實施智能制造理念，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的智能制造。

1 民機智能制造的模式特點

民機智能制造的理念需貫穿飛機研制的全生命周期，即在飛機生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)（包括概念設計、詳細設計、工藝研發(fā)、零件制造、飛機裝配、交付運營等）全面施行智能制造概念，才能改變現(xiàn)有飛機生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)的效率與管理水平。智能制造在民用航空領域應用需要把握以下特點。

1.1 數(shù)據(jù)互聯(lián)是基礎

數(shù)據(jù)和互聯(lián)包含三個維度：①各個系統(tǒng)端到端的連接，實現(xiàn)了工程、工藝、生產(chǎn)、運維等一整條制造鏈上的端到端的雙向連接和閉環(huán)協(xié)同；②從設備到管理的縱向集成，在企業(yè)內(nèi)部，實現(xiàn)從計劃編制、計劃下發(fā)、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)派工到設備工位、設備與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的縱向集成；③供需鏈上生態(tài)系統(tǒng)的橫向集成，實現(xiàn)制造商與上游供應商、系統(tǒng)集成商、合作伙伴、院所，以及與下游客戶、終端市場的數(shù)據(jù)互聯(lián)。

1.2 制造需求是關鍵

系統(tǒng)的端到端連接使得企業(yè)從每個環(huán)節(jié)獲取了大量數(shù)據(jù)，這些大數(shù)據(jù)的分析將提升企業(yè)以及產(chǎn)品全方位的能力，比如可以了解不同階層、商務人士的需求，在設計、研發(fā)、工藝、維護、運營等各個環(huán)節(jié)協(xié)同運作，從而能夠滿足不同的客戶及生產(chǎn)要求，實現(xiàn)飛機“私人訂制”需求。

設備到管理的縱向集成可以實現(xiàn)底層硬件物理、工藝設計、制造過程到企業(yè)管理的縱向打通，要實現(xiàn)自動化實施率和工人的比例可以進行快速的切換，適應不同的產(chǎn)能需求，就必須實現(xiàn)設備到管理的縱向集成，從而實現(xiàn)企業(yè)“混合生產(chǎn)方式”的提升。

供需鏈上生態(tài)系統(tǒng)的橫向集成能夠?qū)a(chǎn)品的上下游產(chǎn)業(yè)鏈進行聯(lián)通，實現(xiàn)橫向貫通，比如在采購鏈上就可以盡量做到根據(jù)訂單量靈活調(diào)整產(chǎn)能本身，快速實現(xiàn)飛機產(chǎn)品的維修維護，最大程度減少備品備件量，實現(xiàn)“零備品備件”的敏捷運維方式，而不是根據(jù)預測訂單量來設計固定的產(chǎn)能。

1.3 模式轉(zhuǎn)變是驅(qū)動

生產(chǎn)線模式將由“自動化生產(chǎn)線”向“柔性化生產(chǎn)線”轉(zhuǎn)變。隨著空域開放、社會財富增加、時間成本增加，民用航空市場將進一步開放，航空公司需更多不同配置的飛機。系統(tǒng)的端到端連接可實現(xiàn)企業(yè)柔性生產(chǎn)線的協(xié)同運行，制造多種相似型號的機身、機翼，幫助企業(yè)改變現(xiàn)在以具體型號進行劃分相對固定的生產(chǎn)線的模式，轉(zhuǎn)為“柔性化生產(chǎn)”制造模式。產(chǎn)業(yè)鏈模式將由“透明工廠”向“透明產(chǎn)業(yè)鏈”轉(zhuǎn)變。隨著信息采集技術的應用，大飛機的制造過程已部分實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及實時狀態(tài)監(jiān)控，初步具備了透明工廠的特點，但目前所采集的數(shù)據(jù)還缺乏統(tǒng)一有效的管理手段。隨著對設備到管理數(shù)據(jù)的縱向集成和供需鏈上生態(tài)系統(tǒng)的橫向集成，企業(yè)將可以實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的透明化管理，實現(xiàn)制造過程的全產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)控，從“透明工廠”向“透明產(chǎn)業(yè)鏈”轉(zhuǎn)變。

制造商模式將由傳統(tǒng)“主制造商+供應商”模式向“集成制造商+專業(yè)化云制造”轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)的“主制造商+供應商”模式下，各供應商各自完成所承擔的部段制造任務，后由主制造商總裝成整機結構。通過供需鏈上生態(tài)系統(tǒng)的橫向集成，企業(yè)可根據(jù)各供應商的制造特點與專業(yè)特長，將其生產(chǎn)能力虛擬化至云端，由集成制造商通過大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)選用合適的供應商，充分發(fā)揮各供應商的技術優(yōu)勢，由傳統(tǒng)的“主制造商+供應商”模式向“集成制造商+專業(yè)化云制造”模式轉(zhuǎn)變。

1.4 產(chǎn)業(yè)提升是目標

在未來的飛機生產(chǎn)中，主制造商可在實現(xiàn)了端到端連接、打通橫向、縱向互聯(lián)的基礎上，實現(xiàn)從管理到制造、從供應到需求的全智能化管理，并通過大數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)私人定制、混合生產(chǎn)、柔性制造等未來飛機制造的需求。飛機的制造模式也將向透明產(chǎn)業(yè)鏈、柔性化生產(chǎn)以及集成化制造和云制造轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)民機制造產(chǎn)業(yè)水平的大幅提升，如圖1所示。

2 智能制造在民機企業(yè)的應用

智能制造在企業(yè)中的直接應用就是智能工廠的建立。智能工廠承載著整個供應鏈和生命周期中所需的各種信息，整個生產(chǎn)價值鏈中所集成的生產(chǎn)設施能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，以及能夠根據(jù)當前的狀況靈活地決定生產(chǎn)過程。智能工廠的目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式[2]。

根據(jù)智能制造的特點，并結合民機企業(yè)的制造模式，民機企業(yè)智能制造工廠的總體架構可分為四個層級：決策層、應用層、信息層和物理層。其中應用層又可按照民機生產(chǎn)流程細分為智能生產(chǎn)制造、智能裝配以及智能測試。每一層級都包含大量的智能制造設備和智能制造技術，如圖2所示。

圖1 民機智能制造的新模式

圖2 民機制造企業(yè)智能工廠架構

目前國內(nèi)制造企業(yè)中智能工廠建設開展得比較好的單位有西門子成都工廠、三一重工、青島海爾集團等，而成飛集團智能數(shù)控機加車間是中國航空制造領域應用智能制造較早也較為先進的代表。其主要的模式特點與應用效果分析如下。

2.1 主要模式特點

成飛智能數(shù)控機加車間通過數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集，建立了設備間的數(shù)據(jù)互聯(lián)及數(shù)據(jù)收集，進而實現(xiàn)了從計劃編制、計劃下發(fā)、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)派工到設備執(zhí)行的縱向集成。在此基礎上又通過智能數(shù)控編程、在機檢測質(zhì)量控制、自適應加工等實現(xiàn)了車間的智能加工及柔性化生產(chǎn)。

2.2 所應用的主要技術

成飛數(shù)控機加車間主要應用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術、垂直系統(tǒng)整合技術、模擬技術以及大數(shù)據(jù)分析技術，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、垂直系統(tǒng)整合技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互聯(lián)，通過模擬技術實現(xiàn)了智能加工，通過大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)了優(yōu)化計劃排程、自動配送刀具、自動故障預警等。

2.3 應用效果

通過智能制造車間的運行及關鍵技術的應用，成飛數(shù)控設備利用率顯著提升，已達到國內(nèi)領先水平并接近國際先進水平。以機床換刀進行生產(chǎn)加工為例，當決策層下達指令進行生產(chǎn)任務時，立體庫刀具調(diào)度室收到指令，同時生成二維碼，二維碼對應唯一的刀具且有位置信息，通過掃描二維碼將刀具從立體庫中取出放至AGV小車；AGV小車讀取二維碼信息并通過視覺引導定位系統(tǒng)即可將刀具轉(zhuǎn)運至刀具托架；再通過智能機器人完成刀具從托架至機床上的換刀，完成加工后，實時數(shù)據(jù)傳送至生產(chǎn)調(diào)度中心進行重新決策，此時刀具庫已完成自動更新。

3 結論

智能工廠的建造是循序漸進的，在實現(xiàn)了自動化設備標準化和數(shù)據(jù)互聯(lián)的基礎上，綜合應用大數(shù)據(jù)分析技術、云計算技術、增材制造技術等智能制造領域的關鍵技術，同時在實施的過程中必須與車間MES/DNC/CAPP 等系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全面采集、設備運行狀態(tài)監(jiān)控[3]，進而促進柔性化生產(chǎn)、透明產(chǎn)業(yè)鏈等模式的轉(zhuǎn)變，逐步從智能單元、智能生產(chǎn)線到智能車間再到智能工廠，實現(xiàn)資源的高效配置及供需方的合作共贏，最終促進民機制造產(chǎn)業(yè)水平的大幅提升。

［1］岳維松，程楠，侯彥全.離散型智能制造模式研究——基于海爾智能工廠［J］.工業(yè)經(jīng)濟論壇，2017，4（1）：105-110．

［2］繆學勤.智能工廠與裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級［J］.自動化儀表，2014，35（3）：1-6．

［3］李利民，侯軒，畢晉燕.高端裝備制造業(yè)智能工廠建設思路和構想［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016（267）：16-19．

F426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.063

2095－6835（2019）13－0143－03

徐旺（1986—），男，碩士，工程師，主要從事科研創(chuàng)新管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕