王 嶺

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責(zé)任公司，上海201108）

0 引言

大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機是商用航空發(fā)動機的主要類型之一。早在20 世紀(jì)70 年代初，作為早期商用寬體客機的動力裝置，世界上第1 代大涵道比渦扇發(fā)動機完成研制和適航認(rèn)證，并投入航線運行[1]。然而，中國商用航空發(fā)動機研制起步較晚，目前還沒有產(chǎn)品取得適航認(rèn)證，與國際先進水平差距較大。

近年來，世界各國相繼提出了以“智能制造”為核心，全面推進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略計劃。中國也在2015 年發(fā)布了《中國制造2025》，認(rèn)為智能制造模式正在引領(lǐng)制造方式變革，要求以推進智能制造為主攻方向，實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的歷史跨越[2]。推進實施智能制造，是加速商用航空發(fā)動機研制進程，縮小與國際先進水平差距的重要途徑。

本文基于智能制造的本質(zhì)和特點，在研究國外實踐與發(fā)展趨勢，以及國內(nèi)現(xiàn)狀與面臨挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建智能制造生態(tài)系統(tǒng)，推進商用航空發(fā)動機智能制造的建議。

1 智能制造的本質(zhì)和特點

智能制造的概念，是在制造業(yè)發(fā)展過程中逐步形成，并不斷發(fā)展而來的，并且還在演進之中，目前尚未形成公認(rèn)的學(xué)術(shù)定義。但是，在實踐中，對于什么是智能制造，各界已經(jīng)達成相對統(tǒng)一的共識，并體現(xiàn)在各國的戰(zhàn)略性指導(dǎo)文件之中。

1.1 智能制造的本質(zhì)

德國政府于2013 年發(fā)布的“把握德國制造業(yè)的未來- 實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議”認(rèn)為，工業(yè)4.0是基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems ，CPS）的1 種全新的制造模式。在該模式下，企業(yè)將建立起全球網(wǎng)絡(luò)，并將設(shè)備、設(shè)施等所有資源融入到信息物理系統(tǒng)中，這些設(shè)備、設(shè)施等能夠通過相互通信和自主決策與控制，實現(xiàn)自我完善的智能化制造過程[3]。

中國在2016 年發(fā)布“智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020 年）”中指明：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[4]。

感知、學(xué)習(xí)以及決策等是人工智能的基本特征，智能制造的本質(zhì)是企業(yè)面向產(chǎn)品全生命期，建立、運行具備人工智能特征（局部或整體）的智能制造系統(tǒng)，以滿足顧客需求的1 種新模式。

1.2 智能制造的特點

智能制造是對制造業(yè)的重新定義，是對此前已經(jīng)出現(xiàn)過的制造模式的集成和再創(chuàng)新，具有如下特點[5]：

（1）以互操作性和提高生產(chǎn)力為基礎(chǔ)，將制造業(yè)企業(yè)各部分?jǐn)?shù)字化。

（2）設(shè)備互聯(lián)及分布式智能實時控制，實現(xiàn)產(chǎn)品的小批量柔性生產(chǎn)。

（3）協(xié)同供應(yīng)鏈管理，實現(xiàn)對市場變化的快速響應(yīng)，并能對供應(yīng)鏈中斷進行應(yīng)對。

（4）對能源和資源效率的集成優(yōu)化決策。

（5）通過貫穿產(chǎn)品全生命期的先進傳感器和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的快速循環(huán)。

實施智能制造，將在上述方面對商用航空發(fā)動機的研制帶來積極影響。

2 國外航空發(fā)動機智能制造實踐與發(fā)展趨勢

2.1 國外的實踐

GE 公司從20 世紀(jì)80 年代開始在CFM 系列商用航空發(fā)動機的制造過程中引入機器人技術(shù)，90 年代末期，隨著流程改進等活動的深入開展，自動化解決方案基本成熟，在鍛造、成型、測試和檢驗等工藝過程中大量應(yīng)用。GE 公司還開發(fā)了自動檢查系統(tǒng)，用于發(fā)動機整機裝配完成后的檢驗[6]。在此基礎(chǔ)上，GE 公司專門成立了GE 數(shù)字集團，致力于打造基于云計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺Predix。通過Predix 構(gòu)建數(shù)字雙胞胎，進行從發(fā)動機零件到整機，全部生產(chǎn)、運行和維護系統(tǒng)的無縫連接，全面獲取在全生命期內(nèi)的多級數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)商用航空發(fā)動機產(chǎn)品設(shè)計、制造、運行、維護服務(wù)，進行早期警告、預(yù)測、學(xué)習(xí)和優(yōu)化[7-8]。

PW 公司在其最新的齒輪傳動渦扇發(fā)動機GTF的壓氣機和渦輪葉片的批量生產(chǎn)中，采用自適應(yīng)加工和自動化檢測系統(tǒng)[9]。在GTF 發(fā)動機上安裝了超過5000 個傳感器進行在線監(jiān)測，可智能地調(diào)整發(fā)動機工作狀態(tài)，降低噪聲和油耗。在典型雙發(fā)客機的1 次飛行中，每臺GTF 發(fā)動機將產(chǎn)生1 TB 的數(shù)據(jù)，為了應(yīng)對激增的海量數(shù)據(jù)的采集、存儲和應(yīng)用，PW 公司與IBM 公司合作，建立了能夠處理超過4000 臺全球運行的商用航空發(fā)動機性能監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析的平臺，通過對每年超過12 PB 的數(shù)據(jù)流進行數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測分析，實現(xiàn)早期預(yù)警和故障檢測，從而提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性和壽命[10-12]。

RR 公司在20 世紀(jì)70 年代就已經(jīng)部署了無人值守的航改燃分布式發(fā)電機組[12]。在公司2014 年新建成的渦輪葉片和葉盤工廠中，采用了自動化的在線檢測技術(shù)進行質(zhì)量控制；同期建成的風(fēng)扇葉片工廠中，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了智能化的制造環(huán)境，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的數(shù)字化，形成了每個葉片0.5 TB 的數(shù)據(jù)記錄[13]。RR 公司還發(fā)布了“智慧引擎”概念，打造產(chǎn)品、服務(wù)和數(shù)字深度融合的商用航空發(fā)動機。公司持續(xù)加大在智能制造領(lǐng)域的投入，2017 年成立了航空公司飛機可用性中心、智能制造技術(shù)聯(lián)合試驗室、以及R2 試驗室等新機構(gòu)。公司在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域與微軟公司（Microsoft）和塔塔咨詢服務(wù)公司形成了緊密的互補合作關(guān)系，利用先進的數(shù)據(jù)分析、人工智能和機器學(xué)習(xí)，可提高設(shè)計、制造和運營效率，更好地滿足商用航空發(fā)動機顧客的需求[14]。

2.2 國外的發(fā)展趨勢

《航空周刊》預(yù)測：在2035 年，客戶接收1 架新飛機時，還會收到1 套與飛機尾號對應(yīng)的高度詳細(xì)的數(shù)字模型，模型包含飛機的機身、發(fā)動機以及所有的系統(tǒng)，是在設(shè)計、開發(fā)、測試和生產(chǎn)過程中建立，并且伴隨著飛機的整個生命期，精確地模擬飛機飛行，用來與真實飛機的數(shù)據(jù)進行比較，以識別異常情況，預(yù)測維修需求并預(yù)測剩余壽命，極為真實（ultra-realistic），能夠反映獨特的制造缺陷[15]。

上述預(yù)測是針對商用飛機產(chǎn)品和服務(wù)進行的，也反映了國外商用航空發(fā)動機智能制造的發(fā)展趨勢，即產(chǎn)品、生產(chǎn)和服務(wù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。產(chǎn)品及其數(shù)字模型在整個生命期中，以數(shù)字雙胞胎的形式，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云平臺上融合存在，包括航空公司、飛機制造商、適航當(dāng)局在內(nèi)的所有干系人、各類資源，都應(yīng)用云平臺進行協(xié)作，通過數(shù)據(jù)挖掘和分析應(yīng)用，實現(xiàn)產(chǎn)品和服務(wù)的智能化，為顧客提供最優(yōu)的解決方案。這種趨勢具體表現(xiàn)為：

（1）構(gòu)建以數(shù)字化雙胞胎為核心的產(chǎn)品全生命期的單一數(shù)據(jù)源管理；

（2）以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的產(chǎn)品和服務(wù)的集成優(yōu)化；

（3）以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為平臺全要素?zé)o縫連接。

3 中國商用航空發(fā)動機智能制造現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

近年來，中國商用航空發(fā)動機行業(yè)相關(guān)企業(yè)在國家高端制造、智能制造的政策引導(dǎo)和支持下，從完善企業(yè)治理、提高經(jīng)營管理水平的角度在智能制造領(lǐng)域開展了大量工作，取得了一定進展，但是由于中國商用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)起步較晚，在技術(shù)和管理上成熟度不高，在推進智能制造的過程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。

3.1 中國商用航空發(fā)動機智能制造的現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的努力，中國商用航空發(fā)動機行業(yè)相關(guān)企業(yè)在傳統(tǒng)信息化建設(shè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著成果，基本完成了PLM、ERP 和MES 等系統(tǒng)建設(shè)，并投入使用，數(shù)字化建模和仿真工具已經(jīng)成為工程設(shè)計的重要手段，而數(shù)控加工和檢測設(shè)備也逐漸成為制造裝備的主流。除了由于國內(nèi)尚無產(chǎn)品投入運行，商用航空發(fā)動機運行和維護過程的數(shù)字化、信息化還是空白外，管理和技術(shù)的各類過程已經(jīng)初步實現(xiàn)了數(shù)字化。但是上述的信息化系統(tǒng)、工具、設(shè)備，并沒有全面實現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)源惟一，多數(shù)還是面向具體過程數(shù)字化、信息化構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)或工具。

近年來，中國出臺了“智能制造試點示范專項行動實施方案”等一系列政策，投入資金幫助包括商用航空發(fā)動機行業(yè)在內(nèi)的企業(yè)實現(xiàn)智能制造轉(zhuǎn)型升級。根據(jù)方案要求，行業(yè)相關(guān)企業(yè)開展離散型智能制造模式的試點、示范。與傳統(tǒng)信息化建設(shè)項目比較，在管理系統(tǒng)、數(shù)字化工具、數(shù)控裝備建設(shè)的基礎(chǔ)上，深化了對ERP 和MES 協(xié)同與集成，突出了工業(yè)信息安全管理和防護機制。通過完成上述試點、示范項目，使得產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理、關(guān)鍵技術(shù)裝備網(wǎng)絡(luò)化集成管理、制造執(zhí)行的集成優(yōu)化、以及各類系統(tǒng)統(tǒng)一平臺運行等方面的能力得到顯著提升。但是，試點示范項目更多地關(guān)注“制造”過程本身，在與顧客和供方的協(xié)同，以及產(chǎn)品全生命期中其他方面的涵蓋存在不足。試點、示范項目取得的結(jié)果，還未全面實現(xiàn)與商用航空發(fā)動機產(chǎn)品、服務(wù)、數(shù)字全面融合的目標(biāo)。

3.2 中國商用航空發(fā)動機智能制造的挑戰(zhàn)

針對中國商用航空發(fā)動機現(xiàn)狀，推進實施智能制造，在內(nèi)部和外部還存在諸多挑戰(zhàn)。

3.2.1 內(nèi)部的挑戰(zhàn)

（1）商用航空發(fā)動機行業(yè)相關(guān)各方對智能制造涵義和價值的認(rèn)識還不統(tǒng)一。制造過程的自動化改造、業(yè)務(wù)流程的信息化使能等傳統(tǒng)信息化建設(shè)的理念仍占主流，嚴(yán)重制約了企業(yè)在戰(zhàn)略層面推進信息化職能轉(zhuǎn)型，以及“信息化技術(shù)”與“制造技術(shù)”的融合。

（2）商用航空發(fā)動機還處于產(chǎn)品研制階段，還沒有產(chǎn)品全生命期數(shù)據(jù)。產(chǎn)品的適航取證、生產(chǎn)交付和運行維護等過程缺少實踐經(jīng)驗，產(chǎn)品和服務(wù)的集成優(yōu)化還需要逐步摸索完善。

（3）“數(shù)據(jù)”資產(chǎn)尚未引起足夠重視，缺少從事“數(shù)據(jù)分析”的商用航空發(fā)動機產(chǎn)品專職數(shù)據(jù)工程師，直接影響“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用的推進。

（4）工業(yè)工程基礎(chǔ)研究和應(yīng)用不夠。對中國工業(yè)界而言，商用航空發(fā)動機產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)的過程設(shè)計和資源管理是全新課題，需要積極開展工業(yè)工程研究和應(yīng)用，以滿足智能制造模式下全流程、全要素動態(tài)優(yōu)化的需要。

（5）數(shù)據(jù)治理的理念和實踐不足。受歷史因素影響，各類已建或在建的信息化系統(tǒng)和數(shù)字化工具、設(shè)備，策劃階段并不具備統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理要求的條件，各類型的信息孤島不可避免，充分利用數(shù)據(jù)進行決策、支持運行的需要受到限制。

3.2.2 外部的挑戰(zhàn)

（1）國內(nèi)智能制造產(chǎn)業(yè)鏈和軟硬件產(chǎn)品不成熟。技術(shù)能力強、行業(yè)經(jīng)驗豐富的系統(tǒng)集成商較少，在基礎(chǔ)工業(yè)軟件和核心硬件依賴國外進口的情況下，國內(nèi)集成商對其技術(shù)原理掌握不深，系統(tǒng)實施風(fēng)險較大。

（2）國外先進智能制造技術(shù)及平臺引進存在困難。技術(shù)能力強、行業(yè)經(jīng)驗豐富的國外系統(tǒng)集成商，主要客戶仍是國外航空航天領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，受國際關(guān)系、市場競爭等因素影響，除了銷售軟件或提供一般性解決方案外，難以為中國企業(yè)提供深度工業(yè)知識集成的智能制造解決方案。

（3）智能制造基礎(chǔ)設(shè)施平臺建設(shè)不成熟。智能制造是利用全球網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的信息物理系統(tǒng)，目前還在推廣應(yīng)用階段，網(wǎng)絡(luò)、公共平臺等基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系等還不成熟，智能制造的整體生態(tài)系統(tǒng)尚未形成，企業(yè)要提前啟動智能制造轉(zhuǎn)型，需要面對更多困難。

（4）商用航空發(fā)動機智能制造產(chǎn)業(yè)鏈不成熟。智能制造是對傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的顛覆，產(chǎn)業(yè)鏈上游的各級供應(yīng)商在基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)能力以及管理理念上的差異，會對主制造商引領(lǐng)、推進智能制造的進程產(chǎn)生直接的影響。

（5）智能制造與適航法規(guī)的匹配性研究缺乏。商用航空發(fā)動機的設(shè)計、制造和服務(wù)必須滿足適航法規(guī)的要求。智能制造的應(yīng)用必然能提高產(chǎn)品全生命期的安全性和環(huán)保性，但也會帶來適航審查工作模式的變化，工業(yè)方必須與適航當(dāng)局充分溝通，并得到認(rèn)可。

4 推進商用航空發(fā)動機智能制造的建議

商用航空發(fā)動機主承制單位作為商用航空發(fā)動機設(shè)計、制造和服務(wù)的主體，推進智能制造的核心是構(gòu)造符合商用航空發(fā)動機行業(yè)和產(chǎn)業(yè)特點的智能制造生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 智能制造生態(tài)系統(tǒng)

智能制造生態(tài)系統(tǒng)基本原理如圖1 所示。該系統(tǒng)由產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)3 個維度構(gòu)成[5]。3 個維度分別相互影響形成各自的全生命期。商用航空發(fā)動機產(chǎn)品維的生命期涵蓋了發(fā)動機產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用、運行維護和退役回收等過程；生產(chǎn)維的生命期指面向商用航空發(fā)動機制造的整個生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)計、部署、操作和退役的全部過程；業(yè)務(wù)維則涵蓋了商用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商和客戶交互的所有過程。

產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)維度在智能制造生態(tài)系統(tǒng)中心的“制造金字塔”以產(chǎn)品在3 個維度的需求為基礎(chǔ)形成相互影響及交匯。在這個金字塔中，制造裝備和生產(chǎn)控制、制造執(zhí)行和資源計劃垂直集成，直接進行產(chǎn)品的制造活動。智能制造就是通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的手段，使得產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)3 個維度之間實現(xiàn)高度集成，從而進行智能化的決策和執(zhí)行，使產(chǎn)品創(chuàng)新周期更快、供應(yīng)鏈更高效及質(zhì)量更好，持續(xù)滿足顧客的需要。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，建議開展如下工作。

4.1 構(gòu)建基于模型的商用航空發(fā)動機企業(yè)

基于模型的企業(yè)（Model-based Enterprise），是將產(chǎn)品生命期中和各種過程中的數(shù)據(jù)、信息和知識進行處理，建立產(chǎn)品模型、生產(chǎn)模型和業(yè)務(wù)模型，并通過模型支持其生命期活動的企業(yè)[16]。只有建立了基于模型的企業(yè)，才能將企業(yè)運行的所有要素融入到信息物理系統(tǒng)中，實現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)的緊密集成，創(chuàng)造設(shè)計、生產(chǎn)和服務(wù)的智能化。企業(yè)架構(gòu)（EA，Enterprise Architecture）理論為基于模型企業(yè)的構(gòu)建提供可行方法。企業(yè)架構(gòu)將企業(yè)業(yè)務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)及技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施及其之間的關(guān)系，包括基線的、目標(biāo)的及過渡的動態(tài)關(guān)系進行完整地表達，從而使得企業(yè)的產(chǎn)品模型和過程模型可以集成，由此構(gòu)成最樸素意義的基于模型的企業(yè)。

圖2 商用航空發(fā)動機業(yè)務(wù)架構(gòu)

處于市場競爭環(huán)境下的典型商用航空發(fā)動機企業(yè)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2 所示。這是最高層次的過程模型，表征了企業(yè)運行整體、運行邏輯和內(nèi)外部關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，進行逐次分解，直至產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)3 個維度得到充分解釋和表達，產(chǎn)品和過程模型全部建立。通過管理體系規(guī)范了整個企業(yè)的運行流程和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其適宜性、充分性和有效性是企業(yè)全要素綜合和集成優(yōu)化的結(jié)果。因此，一體化管理體系的建立和有效運行，是構(gòu)建基于模型的企業(yè)并支持企業(yè)實現(xiàn)智能制造轉(zhuǎn)型的必要基礎(chǔ)。

按照業(yè)務(wù)過程，根據(jù)產(chǎn)品、生產(chǎn)、業(yè)務(wù)3 個維度緊密集成，建立商用航空發(fā)動機企業(yè)智能制造實施架構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 智能制造實施架構(gòu)

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的云計算平臺[17]，使得商用航空發(fā)動機企業(yè)的內(nèi)部架構(gòu)可以擺脫傳統(tǒng)信息化技術(shù)的限制，具備強大的靈活性和可塑性。架構(gòu)層次完全按照企業(yè)管理的需要進行設(shè)定和調(diào)整，同時，仍能保證以統(tǒng)一模型的單一數(shù)據(jù)源支持企業(yè)數(shù)據(jù)、模型與知識的可重用，實現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)的高度集成。

4.2 實施基于模型的商用航空發(fā)動機系統(tǒng)工程

基于模型的系統(tǒng)工程MBSE（Model-based System Engineering）[18]是建模方法的規(guī)范化應(yīng)用，以支持系統(tǒng)從概念設(shè)計階段開始一直持續(xù)到開發(fā)階段和后續(xù)生命期階段的需求、設(shè)計、分析、驗證和確認(rèn)等全部活動，是實現(xiàn)產(chǎn)品維信息集成的最優(yōu)選擇。MBSE 的實施，要求在商用航空發(fā)動機產(chǎn)品全生命期內(nèi)，應(yīng)用規(guī)范化的建模語言和工具，在氣動、熱力、結(jié)構(gòu)、強度、傳熱、燃燒、電氣、控制等多領(lǐng)域建立產(chǎn)品模型，以及設(shè)計、分析、開發(fā)、驗證、確認(rèn)等系統(tǒng)工程活動的過程模型，并且在產(chǎn)品的全生命期內(nèi)確保模型按照單一數(shù)據(jù)源（Single Source of Product Data ，SSPD）進行管理，從而實現(xiàn)產(chǎn)品全生命期數(shù)據(jù)閉環(huán)。

商用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)經(jīng)過長期的信息化建設(shè)，CAx（CAD、CAPP、CAM）、CFD，以及MPM、PDM、ERP、MES、CRM 等工具和系統(tǒng)已經(jīng)得到普遍使用。但是這些工具和系統(tǒng)所產(chǎn)生、保存和使用的模型是分散在產(chǎn)品需求分析與定義、概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、驗證與確認(rèn)、生產(chǎn)交付、服務(wù)支持，以及最終退役等各階段。面向產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成研發(fā)平臺提供了當(dāng)前的MBSE 解決方案[19]。

產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性，使得商用航空發(fā)動機研發(fā)成為產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成研發(fā)平臺具有高價值的應(yīng)用場景。同時，也要求平臺開發(fā)過程和產(chǎn)品研發(fā)過程高度耦合，以持續(xù)提高MBSE 解決方案的效能，滿足產(chǎn)品研發(fā)的需求。

4.3 推動商用航空發(fā)動機“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用

“大數(shù)據(jù)”[20]應(yīng)用已經(jīng)成為國外領(lǐng)先商用航空發(fā)動機企業(yè)提升產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量、獲取長期競爭優(yōu)勢的重要手段。商用航空發(fā)動機的數(shù)據(jù)增長和應(yīng)用價值提升，互為因果、相互促進，形成了良性循環(huán)。在產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)全生命期中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，已經(jīng)是與產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)一樣的重要資產(chǎn)，對其進行數(shù)據(jù)挖掘，并創(chuàng)造價值，是中國商用航空發(fā)動機與國外領(lǐng)先企業(yè)競爭需要具備的基礎(chǔ)能力。

現(xiàn)階段推進中國商用航空發(fā)動機的大數(shù)據(jù)應(yīng)用措施如下：

（1）借鑒國外成功經(jīng)驗，在推力、油耗等典型技術(shù)指標(biāo)之外，關(guān)注運營效率、經(jīng)濟性、維修性、可靠性、壽命等顧客滿意的整體需求，從產(chǎn)品和服務(wù)融合的角度將航線運營和維護的大數(shù)據(jù)應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)采集、分析、傳輸和處理能力作為產(chǎn)品指標(biāo)要求，按照系統(tǒng)工程要求進行設(shè)計和驗證；

（2）以構(gòu)建全生命期模型為核心，針對產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、運行、維護和服務(wù)過程，將產(chǎn)品和過程生命期內(nèi)數(shù)據(jù)全面采集、完整記錄，作為系統(tǒng)工程活動的基本要求。消除產(chǎn)業(yè)鏈中部分存在的由于機械加工零件手工檢測和裝配工序人工監(jiān)督而導(dǎo)致的過程無數(shù)據(jù)的情況[21-22]。

（3）組建專業(yè)的大數(shù)據(jù)工程技術(shù)隊伍，利用產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)長期積累的存量數(shù)據(jù)，開展商用航空發(fā)動機全生命期大數(shù)據(jù)應(yīng)用方法和關(guān)鍵技術(shù)研究，將原來分散在各信息系統(tǒng)的不同類型的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)方法重新分析、挖掘，為現(xiàn)實產(chǎn)品研制工作提供支持。

4.4 建立商用航空發(fā)動機智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系

為了實現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)3 個維度全生命期的集成，針對商用航空發(fā)動機產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)特征建立完整的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，是推進智能行業(yè)應(yīng)用、建立生態(tài)的基礎(chǔ)。《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015）》從生命期、系統(tǒng)層級、智能功能等3 個維度建立了智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系的參考模型，并提出智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架[23]?？蚣馨凑铡盎A(chǔ)共性”、“關(guān)鍵技術(shù)”和“重點行業(yè)”進行劃分。其中明確智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系與航空、船舶、石化、鋼鐵等制造業(yè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系之間不是從屬關(guān)系，而是存在交集，即為智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中的重點行業(yè)相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

商用航空發(fā)動機的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系是針對產(chǎn)品生命期特點，充分考慮適航法規(guī)的具體要求，面向商用航空發(fā)動機設(shè)計、制造和服務(wù)，對基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行細(xì)化和落實，是中國協(xié)調(diào)商用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)推進智能制造的基礎(chǔ)。商用航空發(fā)動機智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖4 所示?，F(xiàn)階段行業(yè)智能制造的標(biāo)準(zhǔn)制定沒有統(tǒng)一的模式和可借鑒的經(jīng)驗，需要結(jié)合商用航空發(fā)動機生命期產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)實踐和集成的需要，與已有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)合，對標(biāo)相關(guān)要求和具體需求進行建設(shè)，在產(chǎn)業(yè)鏈完善的過程中逐步發(fā)展，構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

圖4 商用航空發(fā)動機智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架

4.5 開展試點、示范項目建設(shè)

智能制造模式在商用航空發(fā)動機全產(chǎn)業(yè)鏈推進中存在內(nèi)外部諸多挑戰(zhàn)，因此，有必要根據(jù)企業(yè)運營和產(chǎn)品研制的實際需要開展試點、示范項目，對基于模型的企業(yè)、MBSE、智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系等關(guān)鍵要素的頂層設(shè)計和實施路徑的正確性進行驗證，來推動商用航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈、智能制造生態(tài)系統(tǒng)成長與完善。商用航空發(fā)動機智能制造試點項目范圍如圖5 所示。

試點、示范項目需緊密結(jié)合商用航空發(fā)動機產(chǎn)品特點，統(tǒng)籌全局，并逐步探索產(chǎn)品、生產(chǎn)、業(yè)務(wù)維度的具體智能制造場景、特征與成效。通過試點、示范項目逐步達成整體驗證目標(biāo)，實施路徑及要素其包括：

（1）對試點產(chǎn)品對象完整建模，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命期數(shù)字化管理；

（2）對試點工藝過程建立完整模型，實現(xiàn)全流程數(shù)字化管理；

（3）對試點工藝過程涉及關(guān)鍵技術(shù)裝備進行連接，實現(xiàn)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通；

圖5 商用航空發(fā)動機智能制造試點項目范圍

（4）面向全生命期建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和閉環(huán)管理；

（5）建立全流程的工業(yè)信息安全管理機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全。

自2015 年以來，中國商用航空發(fā)動機企業(yè)在國家和地方支持下，按照上述路徑開展了總體規(guī)劃和多項試點示范項目，啟動實施了新模式應(yīng)用、核心機裝配、數(shù)字化檢測等智能制造項目。項目過程中，以企業(yè)一體化管理體系為基礎(chǔ)，分析了企業(yè)在業(yè)務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)及技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施層次上的項目建設(shè)內(nèi)容，初步建立了數(shù)據(jù)生命期閉環(huán)管理的條件。在項目范圍內(nèi)，完成了低壓渦輪單元體大部件對接、高壓轉(zhuǎn)子堆疊優(yōu)化、高精度螺母自動擰緊等典型對象和生產(chǎn)過程的數(shù)字化建模，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)裝備的互聯(lián)互通，建立了基本的工業(yè)信息安全管理機制，呈現(xiàn)了智能車間、工廠的基本要素和運行特征，已經(jīng)開始用于智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系的驗證。同時，在項目建設(shè)中，還組建了包含專職數(shù)據(jù)工程師的工業(yè)工程技術(shù)團隊，利用項目運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)推進了大數(shù)據(jù)方法的研究。

5 總結(jié)

商用航空發(fā)動機研制是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通過學(xué)習(xí)國外領(lǐng)先企業(yè)實踐經(jīng)驗和發(fā)展趨勢，分析當(dāng)前問題和挑戰(zhàn)的情況下，重點構(gòu)建基于模型的企業(yè)、實施基于模型的系統(tǒng)工程、建立完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，并利用大數(shù)據(jù)、云計算等關(guān)鍵技術(shù)，通過試點、示范項目實施，逐步推進中國商用航空發(fā)動機智能制造實施，將有力支撐研制工作，縮小與國外先進水平的差距。