□ 劉晴晴

1 數(shù)字化助力實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展

通過數(shù)字化技術(shù)的推動(dòng),人與物之間可以實(shí)現(xiàn)廣泛關(guān)聯(lián),從而催生數(shù)據(jù)爆炸,為企業(yè)帶來巨大機(jī)遇,借助生態(tài)圈做出更明智的決策,并創(chuàng)造價(jià)值。企業(yè)需要重新思考如何創(chuàng)造價(jià)值,如何通過改變運(yùn)營模式來獲取價(jià)值。大型企業(yè)對(duì)單一業(yè)務(wù)模式過于樂觀,并且通常固步自封,缺乏企業(yè)持久性發(fā)展的關(guān)鍵屬性——迅速敏捷的反應(yīng)。如何為企業(yè)提供實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力?面對(duì)日益加劇的變化,理想型企業(yè)應(yīng)采取何種措施才能全面發(fā)展?答案既簡單又復(fù)雜,即必須實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn),從經(jīng)營數(shù)字化到數(shù)字化制造。

數(shù)字化制造由工藝性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造、柔性制造、精益制造等制造方案集成而來,這些制造方案都強(qiáng)調(diào)對(duì)協(xié)作性產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì)的需求[1]。如果沒有一個(gè)綜合全面的數(shù)字化制造策略,將無法獲得產(chǎn)品生命周期管理的長期收益。數(shù)字化制造是將產(chǎn)品生命周期管理與車間應(yīng)用程序、設(shè)備集成在一起的關(guān)鍵點(diǎn),有助于設(shè)計(jì)組和制造組交流產(chǎn)品相關(guān)信息。這種一致性使制造業(yè)企業(yè)能夠兌現(xiàn)上市時(shí)間和產(chǎn)量目標(biāo),同時(shí)減少成本高昂的下游變更,從而節(jié)約成本。在航空航天制造業(yè)中,數(shù)字化技術(shù)對(duì)于技術(shù)復(fù)雜的大型機(jī)器設(shè)備而言更為重要。伴隨著數(shù)字化科技發(fā)展,航空航天制造業(yè)市場(chǎng)的格局也在不斷演變。數(shù)字化新技術(shù)的創(chuàng)新將持續(xù)重塑全球航空航天制造業(yè)持久發(fā)展的格局[2]。

航空運(yùn)輸業(yè)碳排放量占全球排放量的3%～5%,航空制造業(yè)碳排放量占全球排放量的0.2%～5%,航空領(lǐng)域雖然不能算作排放超級(jí)大戶,但是在航空領(lǐng)域目前實(shí)現(xiàn)減排非常困難。2019年,全球民用飛機(jī)制造業(yè)出現(xiàn)下行趨勢(shì),民用飛機(jī)制造企業(yè)面臨著未來一段時(shí)期內(nèi)訂單萎縮的危機(jī)。幾乎與此同時(shí),世界各國都開啟了將減碳作為未來全球環(huán)保的長期戰(zhàn)略任務(wù)。面對(duì)這一局勢(shì),航空制造業(yè)企業(yè)抽出大量資源投向能夠提升效率并降低排放的技術(shù)革新是不現(xiàn)實(shí)的,而通過數(shù)字化技術(shù)在技術(shù)含量本就較高的行業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,不僅可以為航空業(yè)減排做出一定的貢獻(xiàn),而且是面對(duì)減排目標(biāo)尋求更高可行性的重要路徑之一。

2 數(shù)字化是航空航天產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)風(fēng)口

當(dāng)今時(shí)代是數(shù)字定義世界的時(shí)代,數(shù)字原生不斷演變,將會(huì)改變制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)師、管理者、員工、消費(fèi)者,以及工業(yè)實(shí)物資產(chǎn)之間的數(shù)字化鏈接將釋放出巨大的附加價(jià)值,并徹底刷新制造業(yè)的原始版圖。

對(duì)航空航天產(chǎn)業(yè)而言,制造環(huán)節(jié)一直以來都是產(chǎn)業(yè)運(yùn)營的首要關(guān)切。不同以往的是,從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度看,產(chǎn)品戰(zhàn)略相比供應(yīng)鏈管理,在現(xiàn)階段對(duì)飛機(jī)制造業(yè)的持久性發(fā)展更為重要。2010年之前,項(xiàng)目管理曾經(jīng)是航空制造業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急,產(chǎn)品戰(zhàn)略和研發(fā)效率等也占據(jù)至關(guān)重要的地位。當(dāng)時(shí),兩個(gè)大型商用飛機(jī)項(xiàng)目空客A350和波音787都處于開發(fā)階段,各家公司都高度專注于管理與這些項(xiàng)目相關(guān)的復(fù)雜開發(fā)流程。隨著這些商用飛機(jī)項(xiàng)目的落地,項(xiàng)目管理不再占據(jù)各家公司運(yùn)營的主要議事日程,逐漸被制造環(huán)節(jié)和供應(yīng)鏈管理所取代。2020年后,生產(chǎn)周期和制造成本的架構(gòu)被重新評(píng)估,高速率、高質(zhì)量的自動(dòng)化生產(chǎn)制造成為現(xiàn)階段更重要的目標(biāo)。

2020年和2021年航空制造業(yè)數(shù)字工程技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展,以數(shù)字孿生為代表的數(shù)字工程技術(shù)正深度推進(jìn)民用飛機(jī)產(chǎn)品與制造工藝向高精度建模仿真、可視化方向發(fā)展,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的制造工藝與應(yīng)用逐步向自動(dòng)化、大型化發(fā)展,業(yè)內(nèi)針對(duì)熱塑性復(fù)合材料制造工藝開展了大量研究與應(yīng)用試驗(yàn),金屬增材制造實(shí)現(xiàn)了更大尺寸零件的制造和應(yīng)用。航空制造商在行業(yè)大衰退的背景下,積極轉(zhuǎn)型建設(shè)集成優(yōu)勢(shì)技術(shù)的智能互聯(lián)制造體系,通過對(duì)數(shù)字化和自動(dòng)化在制造過程中更進(jìn)一步的應(yīng)用,以及模擬技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成,不斷為產(chǎn)品裝配與全周期產(chǎn)品鏈創(chuàng)新提供全面解決方案。

美國航空航天局研究中心和承包商合作,在2020年共同開發(fā)了一個(gè)大型計(jì)算流體力學(xué)仿真數(shù)據(jù)庫,用以驗(yàn)證飛機(jī)的超聲速性能,確保飛機(jī)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)性能在預(yù)期的范圍內(nèi)。這一數(shù)據(jù)庫為試飛規(guī)劃工具提供輸入,能夠進(jìn)行飛行員控制飛機(jī)的仿真,以及飛行過程中可能遇到的各種飛行條件的仿真。同一年,與美國航空航天局合作的工程公司開發(fā)編寫了有限元結(jié)構(gòu)分析軟件,用于非常規(guī)飛機(jī)的建模和分級(jí)。

2020年,英國政府宣布啟動(dòng)5GEncode項(xiàng)目,研究在工業(yè)環(huán)境中交付5G項(xiàng)目的最具成本效益的方法,開發(fā)制造業(yè)專用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的新業(yè)務(wù)模型。2020年11月,英國METTIS航宇公司宣布與無線寬帶聯(lián)盟成功合作,完成了第六代無線保真全球首次工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)中,對(duì)制造工廠產(chǎn)線面臨的復(fù)雜環(huán)境,以及重型移動(dòng)機(jī)械、熔爐、壓力機(jī)等對(duì)無線電信號(hào)和電纜造成的干擾進(jìn)行了分析。

同一時(shí)期,德國夫瑯禾費(fèi)生產(chǎn)技術(shù)研究所與研究合作伙伴共同研究工業(yè)開放測(cè)試環(huán)境,并將系統(tǒng)集成到通用研究架構(gòu)中,使70多個(gè)成員及國際合作伙伴共享計(jì)算資源和過程數(shù)據(jù)。將云技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與公司自身網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全性相結(jié)合,可以更方便地監(jiān)測(cè)機(jī)器和操作,并能夠?qū)⒅悄軅鞲衅骷夹g(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序等連接至公司網(wǎng)絡(luò)。

2021年對(duì)于整個(gè)航空工業(yè)供應(yīng)鏈而言,進(jìn)入了數(shù)字化智能生產(chǎn)與裝配技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的一個(gè)新階段。航空產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)和數(shù)字工程技術(shù)息息相連,與云計(jì)算、人工智能、5G相同,數(shù)字孿生也是真實(shí)物理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的1∶1數(shù)字化鏡像技術(shù),是推動(dòng)產(chǎn)品性能提升的強(qiáng)大支撐。通過數(shù)字技術(shù),將物體、系統(tǒng)、流程等實(shí)時(shí)映射于數(shù)字化系統(tǒng),對(duì)產(chǎn)品、制造、工廠進(jìn)行模擬仿真,進(jìn)而提高企業(yè)制造效率,推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新。

數(shù)字孿生作為原衍生于航空產(chǎn)業(yè)的工程應(yīng)用技術(shù),憑借自身與物理產(chǎn)品等價(jià)虛擬數(shù)字化表達(dá)的關(guān)系紐帶,面向產(chǎn)品制造過程?；跀?shù)字孿生的設(shè)計(jì)與制造,可以分析任務(wù)規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、具象化設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及虛擬驗(yàn)證。當(dāng)前,數(shù)字孿生已經(jīng)成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程中的焦點(diǎn)[3]。隨著新基建的推進(jìn),企業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加快,數(shù)字孿生與智能制造相結(jié)合,將為制造業(yè)生產(chǎn)效率的提升帶來更廣闊的空間。

3 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的智能制造

數(shù)字孿生與智能制造相結(jié)合,實(shí)質(zhì)是在物聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的工業(yè)互聯(lián)技術(shù)。在制造環(huán)節(jié)中,數(shù)字孿生體可以看作真實(shí)系統(tǒng)的代表,使用最好的物理模型和可用的數(shù)據(jù)來模擬真實(shí)的數(shù)字孿生體。

數(shù)字孿生作為釋放企業(yè)數(shù)字化潛力的關(guān)鍵技術(shù),代表著現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的連接。數(shù)字孿生是真實(shí)的機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)的數(shù)字圖像,具有屬性、狀態(tài)和行為。德國北部輕量級(jí)生產(chǎn)技術(shù)中心為高壓釜開發(fā)了一個(gè)數(shù)字孿生,用以更快地檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài),預(yù)測(cè)未來行為,實(shí)現(xiàn)更有效的規(guī)劃。由于是對(duì)規(guī)劃而言,因此機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能可以在做出正確決策方面發(fā)揮重要作用。在加熱速率、冷卻速率、保持時(shí)間都是靜態(tài)預(yù)定的場(chǎng)景中,使用虛擬設(shè)備,既可以干預(yù)運(yùn)行過程,又可以進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

從數(shù)字孿生的角度而言,產(chǎn)品研制就是實(shí)現(xiàn)在數(shù)字空間進(jìn)行精準(zhǔn)的表達(dá),分析產(chǎn)品的物理實(shí)體。雖然數(shù)字孿生在初期仍是物理實(shí)體的仿真模型,但是最終目標(biāo)是要脫離物理實(shí)體,或達(dá)到所建立模型的深度演變與復(fù)用。在這一過程中,最重要的是建立面向產(chǎn)品功能性的行為分析推理決策模型,體系相當(dāng)龐大。具體包括兩部分內(nèi)容,一部分是管理層面,一部分是工藝層面。工藝層面的數(shù)字孿生,基本都與工藝密切相關(guān)。工藝類型多種多樣,這是企業(yè)最核心的一類優(yōu)勢(shì)。

將數(shù)字孿生技術(shù)與人工智能技術(shù)深度結(jié)合,可以促進(jìn)信息空間與物理空間的實(shí)時(shí)交互、融合,在信息化平臺(tái)上進(jìn)行更為真實(shí)的數(shù)字化模擬,并實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。將數(shù)字孿生系統(tǒng)與機(jī)器學(xué)習(xí)能力相結(jié)合,數(shù)字孿生系統(tǒng)就可以根據(jù)多重反饋源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度自我學(xué)習(xí),從而做到幾乎實(shí)時(shí)在數(shù)字世界中呈現(xiàn)物理實(shí)體的真實(shí)狀況,并能夠?qū)磳l(fā)生的事件進(jìn)行重復(fù)推測(cè)和預(yù)演。數(shù)字孿生系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)除依賴于傳感器的反饋信息外,還可以學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)或集成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。通過持續(xù)不斷的自我學(xué)習(xí)與迭代,模擬的精度和速度將大幅提高。

通過數(shù)字孿生,可以在網(wǎng)絡(luò)空間中復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng),并使產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字空間模型與物理空間模型處于實(shí)時(shí)交互,兩者之間及時(shí)掌握彼此的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)時(shí)做出響應(yīng),為實(shí)現(xiàn)智能制造提供更有力的保障,同時(shí)也進(jìn)一步加速智能制造與工業(yè)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)的融合。

4 人機(jī)互融

數(shù)字化雖然很重要,但也只是向真正無人化智能生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)階段。數(shù)字孿生技術(shù)和人工智能領(lǐng)域的發(fā)展密不可分。目前,無論是哪一種無人操作,在現(xiàn)實(shí)世界中都存在風(fēng)險(xiǎn)。人工智能可以通過數(shù)字孿生在虛擬世界中進(jìn)行訓(xùn)練,通過開源的、基于云的自動(dòng)駕駛汽車虛擬試驗(yàn)場(chǎng),可以預(yù)設(shè)數(shù)以百萬計(jì)的場(chǎng)景,并在數(shù)以千計(jì)的不同虛擬模型中去訓(xùn)練人工智能,高效且安全。在未來的虛擬世界中,各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和自主權(quán)都可以互聯(lián)。很多成功的工業(yè)制造企業(yè)已經(jīng)使用智能硬件和軟件協(xié)作,在不同的場(chǎng)景、環(huán)境、條件下生產(chǎn)。通過數(shù)字孿生技術(shù),越來越智能和完善的人工智能可以加速對(duì)各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)合,促進(jìn)制造業(yè)向真正實(shí)現(xiàn)無人化演變。

當(dāng)然,工業(yè)制造完全自主完成的定義并不是二元的,即并不是非黑即白的。在從自動(dòng)化、數(shù)字化、人機(jī)互聯(lián)到真正意義自主生產(chǎn)的整個(gè)發(fā)展過程中,有五個(gè)步驟:① 由人控制;② 由人控制,由機(jī)器支持;③ 由機(jī)器控制,由人支持;④ 由機(jī)器控制,由人管理;⑤ 完全由機(jī)器控制。人的角色最終將轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程操作者,能夠遠(yuǎn)程控制機(jī)器自主進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng),并糾正或撤銷錯(cuò)誤的活動(dòng)。

作為物理資產(chǎn)數(shù)字反映的數(shù)字孿生,在以上過程中與各種不同的任務(wù)共存,生產(chǎn)環(huán)節(jié)中每一個(gè)對(duì)象的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)、分析、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等都有不同的數(shù)字孿生狀態(tài)。如果每一個(gè)數(shù)字孿生與所有其它任務(wù)的數(shù)字孿生分享各自的數(shù)據(jù),以開放、可互操作獨(dú)立于供應(yīng)商,那么就能夠?qū)崿F(xiàn)真正的最高價(jià)值。此時(shí),數(shù)字孿生的意義在于,在跨領(lǐng)域的所有工業(yè)流程生命周期中,保持所有功能完全數(shù)字化和協(xié)作,不損失數(shù)據(jù)、分析與時(shí)間;數(shù)字孿生在不同的階段提供不同的能力,實(shí)現(xiàn)從一個(gè)階段到下一個(gè)階段的交接。數(shù)字孿生技術(shù)自身不足以實(shí)現(xiàn)無人化的自主智能生產(chǎn),但是數(shù)字孿生是自動(dòng)化和自主生產(chǎn)之間的重要連接。

5 智能技術(shù)賦能企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

智能化技術(shù)不僅僅局限于利用傳統(tǒng)的自動(dòng)化或機(jī)器人流程來提升績效。雖然自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)能夠使員工專注于更有價(jià)值的工作,但是流程全面自動(dòng)化并不是企業(yè)的最終目標(biāo)。隨著工業(yè)4.0的發(fā)展從自動(dòng)化逐漸走向智能自主化,員工可以接受來自于數(shù)字孿生的規(guī)劃預(yù)測(cè),通過人工智能進(jìn)一步增強(qiáng)跨領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。

為最大限度發(fā)揮人工智能潛能,并成為真正的數(shù)字領(lǐng)軍者,企業(yè)需要著手重塑業(yè)務(wù)流程,打造可自適應(yīng)的活性流程,利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自我改進(jìn)。隨著機(jī)器陪伴能力的提高,新型人機(jī)協(xié)作,甚至是無人操作的模式也將應(yīng)運(yùn)而生,給各行業(yè)和整體經(jīng)濟(jì)局勢(shì)帶來更深遠(yuǎn)的影響。

未來,人機(jī)互融是智能生產(chǎn)制造工作場(chǎng)所的一個(gè)組成部分,機(jī)器為人類員工服務(wù),并與之共存。從傳統(tǒng)角度看,人作為生產(chǎn)要素是無價(jià)的。然而,在自主生產(chǎn)的智能工廠中,業(yè)務(wù)流程持續(xù)被優(yōu)化或重塑,智能化程序?qū)崿F(xiàn)了自我改進(jìn)、實(shí)時(shí)感知、理解學(xué)習(xí)、即時(shí)響應(yīng),人的工作需要越來越完全自主生產(chǎn)的數(shù)字表述,這也意味著數(shù)字化具有了新的、更人性化的含義。

6 智能集成生產(chǎn)

工業(yè)4.0在德國被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命,智能工廠利用智能設(shè)備將智能物料生產(chǎn)為智能產(chǎn)品,整個(gè)過程貫穿網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,從而提高生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。工業(yè)4.0以一種新的生產(chǎn)方式,即一種新一代信息技術(shù)與工業(yè)化深度融合的方式,推動(dòng)傳統(tǒng)大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。

采用智能集成生產(chǎn),從嵌入式系統(tǒng)向信息物理系統(tǒng)進(jìn)化,形成智能工廠。在智能集成生產(chǎn)中,互聯(lián)網(wǎng)不斷向?qū)崿F(xiàn)物體、數(shù)據(jù)、服務(wù)等無縫鏈接的方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。在頂層中,有與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗、經(jīng)營管理相關(guān)的企業(yè)資源計(jì)劃、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理等,與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊密相連。在中間層,通過信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的控制、調(diào)度等,貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期。在底層,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。

當(dāng)然,航空制造業(yè)企業(yè)需要遵循自身的生產(chǎn)規(guī)律。數(shù)字化改變生產(chǎn)和工作方法,人、機(jī)器、系統(tǒng)、物流、產(chǎn)品能夠?qū)崟r(shí)相互連接,生產(chǎn)盡可能地更靈活和更高效,并且更符合客戶的要求。需要注意的是,航空制造業(yè)企業(yè)智能工廠實(shí)施的概念目前還只能在有限范圍內(nèi)發(fā)展。相比一家汽車制造企業(yè)每天出廠幾千輛汽車,空客公司每天生產(chǎn)2.5架飛機(jī),已經(jīng)屬于系列化生產(chǎn),但生產(chǎn)數(shù)量基礎(chǔ)還不夠大規(guī)模。另一方面,對(duì)單個(gè)部件的技術(shù)要求在不斷提高,產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜,可制造性越來越具有挑戰(zhàn),這意味著越來越多的工藝必須盡可能地實(shí)現(xiàn)集成和整合。

7 端對(duì)端系統(tǒng)工程

集成意味著以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心,是信息技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)階段,支持制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。高度集成化能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率,有效組織各方資源,將企業(yè)從不同個(gè)體變?yōu)榫邆涑瑥?qiáng)凝聚力的團(tuán)隊(duì),使人員組織管理、任務(wù)分配、工作協(xié)調(diào)、信息交流、設(shè)計(jì)資料、資源共享等發(fā)生根本性變化。智能集成生產(chǎn)將生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò),使設(shè)備與設(shè)備、服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向、端對(duì)端的高度集成[4]。

橫向集成是信息集成,指網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的企業(yè)間通過價(jià)值鏈及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源信息共享與資源整合,確保各企業(yè)間的無縫合作,提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)。橫向集成主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作上,從企業(yè)自身的集成到企業(yè)間的集成,進(jìn)而走向企業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)集團(tuán),甚至跨國集團(tuán),產(chǎn)生新的價(jià)值鏈,實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式的創(chuàng)新。

縱向集成指基于生產(chǎn)工藝及技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化制造體系集成,實(shí)現(xiàn)分散式生產(chǎn),代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式中央控制生產(chǎn)流程。采用縱向集成,從側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程,發(fā)展為產(chǎn)品全生命周期的集成,建立有效的縱向生產(chǎn)體系。

端對(duì)端集成指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成,可以保障大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)施。端對(duì)端集成以價(jià)值鏈為導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)端到端的生產(chǎn)流程,以及信息世界和物理世界的有效整合。端對(duì)端集成從工藝流程角度來審視智能制造,主要體現(xiàn)在并行制造上,可以形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng),并向工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展,包括更加有效和快速的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試,同時(shí)逐步整合新的制造方式。

8 設(shè)備自律管理

在飛機(jī)智能集成生產(chǎn)過程中,先進(jìn)數(shù)字技術(shù)和新一代機(jī)器人在生產(chǎn)線上與員工一起工作,自主完成部分制造環(huán)節(jié),每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見、高度透明,整個(gè)車間有序、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上,附加了新的功能,用以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理,滿足安全性、可追蹤性、節(jié)能性等要求。通過為生產(chǎn)線配置眾多傳感器,使設(shè)備具有感知能力,將所感知的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至云計(jì)算數(shù)據(jù)中心,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析決策,進(jìn)一步使自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化。

通常而言,在生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備中配置的傳感器能夠?qū)崟r(shí)抓取數(shù)據(jù),經(jīng)過無線通信連接互聯(lián)網(wǎng),傳輸數(shù)據(jù),對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合,形成了信息物理系統(tǒng),使生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析,形成決策,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的智能化直接決定了工業(yè)4.0所要求的智能生產(chǎn)水平。

在具體生產(chǎn)流程方面,各種生產(chǎn)資源形成一個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)。不同設(shè)備通過數(shù)據(jù)交互連接在一起,工廠內(nèi)部和外部構(gòu)成一個(gè)整體。生產(chǎn)模式從由集中式中央控制向分散式增強(qiáng)控制轉(zhuǎn)變,分散化后的生產(chǎn)相比流水線將更為靈活。特別是在裝配方面,智能機(jī)器人將處理更多重復(fù)性繁重任務(wù)。

9 結(jié)束語

從民用航空制造業(yè)市場(chǎng)分析來看,目前還未出現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化變革和創(chuàng)新領(lǐng)頭羊。大訂單和較高的準(zhǔn)入門檻使航空航天制造業(yè)整體相對(duì)平穩(wěn),項(xiàng)目管理和工程部門的風(fēng)險(xiǎn)相比其它制造行業(yè)較低。加之很多項(xiàng)目全部或部分歸政府所有,并能得到大量補(bǔ)貼,因此行業(yè)進(jìn)入的壁壘相對(duì)較高。對(duì)于行業(yè)的新進(jìn)入者而言,認(rèn)證成本和相關(guān)要求仍然是不容易克服的挑戰(zhàn)。相比汽車等其它行業(yè),航空制造業(yè)市場(chǎng)集中度相當(dāng)高,相對(duì)壟斷。我國和俄羅斯的飛機(jī)原始設(shè)備制造商正在努力進(jìn)入全球航空航天市場(chǎng),目前已經(jīng)在一定程度上取得了成功。

在行業(yè)領(lǐng)軍者眼中,數(shù)字化對(duì)航空制造業(yè)產(chǎn)生重大影響。大部分觀點(diǎn)都認(rèn)為,影響已經(jīng)存在。目前,大部分行業(yè)內(nèi)的認(rèn)知似乎低估了數(shù)字化給現(xiàn)存價(jià)值鏈所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí),數(shù)字化會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈及客戶的需求。因此,建議航空制造業(yè)的領(lǐng)軍者們仔細(xì)審視整個(gè)價(jià)值鏈,找到真正蘊(yùn)藏巨大變革契機(jī)的領(lǐng)域,而不是一味關(guān)注效益的提升。

盡管目前航空航天業(yè)的真正變革仍未出現(xiàn),但事實(shí)上行業(yè)寡頭和壟斷者長期低下的效率為行業(yè)變革創(chuàng)造了良好的前提條件?？湛凸驹趫D盧茲推出商業(yè)實(shí)驗(yàn)室,以及和創(chuàng)新實(shí)體公司簽訂一系列關(guān)鍵性生產(chǎn)合同,都是行業(yè)已經(jīng)在發(fā)生數(shù)字化改變的見證。在下一個(gè)十年,變革的勢(shì)頭會(huì)更加迅猛,任何細(xì)分市場(chǎng)的任何業(yè)務(wù)領(lǐng)域都有可能被顛覆。

未來,航空制造業(yè)必然會(huì)成為全方位、全過程、全產(chǎn)品數(shù)字化制造業(yè)。航空產(chǎn)品從市場(chǎng)需求開始,經(jīng)歷概念設(shè)計(jì)、模擬試驗(yàn)、實(shí)地生產(chǎn)、營銷、售后、修理、報(bào)廢,產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。機(jī)械系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等也都會(huì)采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì),在屬性上采用數(shù)字化方式描述。這一切,都由航空制造業(yè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先導(dǎo)——數(shù)字化驅(qū)動(dòng)所帶來。