梁丹 劉蘇

（首都航天機(jī)械有限公司，北京，100076）

近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家已紛紛實(shí)施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局面臨大調(diào)整、大變革和大發(fā)展；我國(guó)正加快實(shí)施“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，著力構(gòu)建新型制造體系。同時(shí)，各種先進(jìn)理念和先進(jìn)技術(shù)層出不窮，如何與制造業(yè)務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“兩化” （信息化和工業(yè)化）融合的落地實(shí)施，實(shí)現(xiàn)智能制造，制造企業(yè)面臨著巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 “航空航天裝備”是“中國(guó)制造2025”十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，航天智能制造需要實(shí)現(xiàn)貫穿企業(yè)協(xié)同層、車(chē)間層、控制層、設(shè)備層等不同層面的縱向集成，以及涵蓋航天產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)的端到端集成。本文在“智能制造、標(biāo)準(zhǔn)先行”的共識(shí)下，通過(guò)開(kāi)展運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系研究，使用標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)識(shí)別與采集、橫向業(yè)務(wù)流程的貫通、異構(gòu)系統(tǒng)間的集成等工作[1]。

1 運(yùn)載火箭研制生產(chǎn)特征

1.1 運(yùn)載火箭的制造特點(diǎn)

運(yùn)載火箭的貯箱、殼段、整流罩等大型薄壁連接結(jié)構(gòu)，在裝配、焊接、鉚接等方面的技術(shù)難度較大。同時(shí)，火箭需要在嚴(yán)苛的空間環(huán)境下飛行，要求產(chǎn)品具備很高的制造精度，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格。在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過(guò)程中，大量的新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)、新工藝、新裝備被采用，需要采用更加先進(jìn)的集成制造技術(shù)和創(chuàng)新管理方法來(lái)確保產(chǎn)品研制。

運(yùn)載火箭生產(chǎn)為多品種單件或小批量生產(chǎn)，隨著任務(wù)形式的不斷深化，呈現(xiàn)出多型號(hào)并舉、研制與批產(chǎn)并存的生產(chǎn)特點(diǎn)。研制產(chǎn)品需快速響應(yīng)，批產(chǎn)任務(wù)需按要求完成，是典型的離散式制造模式。同時(shí)，由于配套產(chǎn)品的品種多、零件數(shù)量多，生產(chǎn)部門(mén)分布在不同的地區(qū)，生產(chǎn)組織具有跨地域、跨專業(yè)、跨單位的大協(xié)作特點(diǎn)。

目前，運(yùn)載火箭采用三維IPD（集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)）協(xié)同研制技術(shù)，逐步打破專業(yè)、部門(mén)界限，改變了原來(lái)按專業(yè)和部門(mén)職能管理的研制模式，滿足多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化條件下的設(shè)計(jì)制造一體化協(xié)同研制[2]。

1.2 運(yùn)載火箭智能制造面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

1.2.1 生產(chǎn)模式面臨的問(wèn)題

目前運(yùn)載火箭制造采用的是單件小批量、多品種多型號(hào)混線生產(chǎn)模式，這種模式的運(yùn)載火箭制造過(guò)程存在生產(chǎn)裝備的適應(yīng)性問(wèn)題、生產(chǎn)排程的精細(xì)管控問(wèn)題、物資配給的效率問(wèn)題等。往往使得運(yùn)載火箭制造企業(yè)面臨制造效率低下、投入資源浪費(fèi)嚴(yán)重、質(zhì)量管控難度較大等難題。

1.2.2 質(zhì)量與可靠性保障面臨著巨大考驗(yàn)

在面臨更為復(fù)雜的航天裝備系統(tǒng)制造、更為先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)要求和大幅度縮短的研制周期等挑戰(zhàn)時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性保障面臨著巨大考驗(yàn)。有必要通過(guò)工業(yè)化和信息化的深度融合，以及制造過(guò)程的傳感、監(jiān)控、互聯(lián)互通等工業(yè)互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用為未來(lái)航天產(chǎn)品品質(zhì)溯源和可靠性提供有效途徑。

1.2.3 生產(chǎn)的不均衡性帶來(lái)的制約

航天技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)品更新的速度越來(lái)越快，新產(chǎn)品研發(fā)的周期大幅縮短，產(chǎn)品生產(chǎn)的批量成數(shù)量級(jí)的增加，新研產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，批產(chǎn)數(shù)量日益增加，傳統(tǒng)的制造模式、布局方式難以適應(yīng)新時(shí)期航天任務(wù)形勢(shì)，成為航天快速發(fā)展的制約。

2 運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系

2.1 標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

“智能制造、標(biāo)準(zhǔn)先行”，加快研究并推進(jìn)智能制造的標(biāo)準(zhǔn)化工作，是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)。中國(guó)工業(yè)和信息化部及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》從生命期、系統(tǒng)層級(jí)、智能功能等3個(gè)維度建立了智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，并建立了包括 “A基礎(chǔ)共性”“B關(guān)鍵技術(shù)” “C行業(yè)應(yīng)用”等3個(gè)部分的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)[3]，結(jié)合運(yùn)載火箭制造模式特點(diǎn)，根據(jù)國(guó)家智能制造參考模型，筆者分析運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與其他領(lǐng)域的差異。

a）生命周期維度：運(yùn)載火箭的生命周期基本涵蓋了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售和服務(wù)等活動(dòng)，但其要求與民用領(lǐng)域有較大差異。

b）系統(tǒng)層級(jí)維度：在單元層、企業(yè)層級(jí)運(yùn)載火箭領(lǐng)域與國(guó)家通用要求差距不大，優(yōu)先選用成熟的通用控制系統(tǒng)。但基于產(chǎn)品的制造特點(diǎn)、制造模式和應(yīng)用需求，在設(shè)備層、車(chē)間層和協(xié)同層級(jí)，涉及柔性數(shù)字化制造單元、智能裝備等，有一定的特色性。

c）智能功能維度：運(yùn)載火箭領(lǐng)域?qū)χ圃煸O(shè)備和生產(chǎn)資源的需求具有明顯的特點(diǎn)。例如針對(duì)航天產(chǎn)品自行研制的專用工裝，由于信息安全的要求，采取的互聯(lián)互通技術(shù)手段以及融合共享技術(shù)與民用領(lǐng)域相比存在一定差異[4]。此外，目前運(yùn)載火箭系統(tǒng)集成目標(biāo)側(cè)重在智能生產(chǎn)線、數(shù)字化車(chē)間的實(shí)現(xiàn)，智能工廠屬于偏長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)體系框架

綜合國(guó)家智能制造系統(tǒng)架構(gòu)各維度邏輯關(guān)系，將智能制造系統(tǒng)架構(gòu)的生命周期維度和系統(tǒng)層級(jí)維度組成的平面自上而下依次映射到智能功能維度的多個(gè)層級(jí)，結(jié)合運(yùn)載火箭智能制造發(fā)展的特色，增加修改相關(guān)模塊，結(jié)合對(duì)智能裝備、智能工廠、智能服務(wù)、工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等5類關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行組合分析，考慮并列或作為下層級(jí)處理，與基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和重點(diǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

對(duì)體系框架進(jìn)行逐級(jí)細(xì)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)需求進(jìn)行全局整合，將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系中的“AE評(píng)價(jià)”整合到“C智能工廠建設(shè)”中（CC評(píng)價(jià)），與智能工廠的設(shè)計(jì)、建造交付、評(píng)價(jià)放在一起。將“B關(guān)鍵技術(shù)”進(jìn)行拆分為 “B智能裝備” “C智能工廠建設(shè)” “D智能工藝設(shè)計(jì)” “E智能物流與現(xiàn)場(chǎng)管理” “F智能生產(chǎn)” “G智能服務(wù)”“H智能經(jīng)營(yíng)”7個(gè)一級(jí)模塊，運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架見(jiàn)圖1所示。

圖1 運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架（二級(jí)）

a）A基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)主要包括4個(gè)部分：基礎(chǔ)、信息安全、可靠性和檢測(cè)評(píng)價(jià)?；谶\(yùn)載火箭研制過(guò)程中的信息安全要求，需要單獨(dú)制定相應(yīng)的信息安全標(biāo)準(zhǔn)，主要包括軟件安全、設(shè)備信息安全、網(wǎng)絡(luò)信息安全、數(shù)據(jù)安全、信息安全防護(hù)等。

b）B智能裝備

智能裝備標(biāo)準(zhǔn)包括工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、針對(duì)航天產(chǎn)品自行研制的數(shù)字化工裝等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提高了產(chǎn)品的精度和可靠性。

c）C智能工廠建設(shè)

智能工廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)定其設(shè)計(jì)、建造、交付以及評(píng)價(jià)過(guò)程，確保建設(shè)過(guò)程規(guī)范化、系統(tǒng)集成規(guī)范化，指導(dǎo)系統(tǒng)與業(yè)務(wù)的優(yōu)化。

d）D智能工藝設(shè)計(jì)

基于運(yùn)載火箭采用三維IPD協(xié)同研制模式，智能工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要涵蓋設(shè)計(jì)制造協(xié)同、工藝設(shè)計(jì)與仿真、BOM（物料清單）管理、設(shè)計(jì)與工藝管理的全過(guò)程。

e）E智能物流與現(xiàn)場(chǎng)管理

智能物流與現(xiàn)場(chǎng)管理標(biāo)準(zhǔn)主要解決車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)原材料、半成品、成品、工裝等的快速準(zhǔn)確流轉(zhuǎn)問(wèn)題，以及基于航天質(zhì)量管理要求的現(xiàn)場(chǎng)管理等內(nèi)容。

f）F智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)包括基于單件小批量多品種多型號(hào)混線生產(chǎn)模式下的計(jì)劃調(diào)度、制造過(guò)程控制、質(zhì)量管控、產(chǎn)品試驗(yàn)與測(cè)試等內(nèi)容。為了將質(zhì)量過(guò)程控制內(nèi)容與生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，將質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)分類納入此部分。

g）G智能服務(wù)

生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及的智能服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和運(yùn)維服務(wù)，是智能工廠穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的環(huán)節(jié)。 “網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造標(biāo)準(zhǔn)”用于指導(dǎo)企業(yè)持續(xù)改進(jìn)和不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)化制造資源協(xié)同，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造與服務(wù)運(yùn)維信息高度共享、資源和服務(wù)的動(dòng)態(tài)分析與柔性配置水平顯著增強(qiáng)。 “運(yùn)維服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)”用于指導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展遠(yuǎn)程運(yùn)維和預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)建設(shè)和管理，基于采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，全面分析企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況。

h）H智能經(jīng)營(yíng)

智能經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)定企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中采購(gòu)、銷(xiāo)售、能源、工廠安全、環(huán)保和健康等方面的管理要求，指導(dǎo)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，確保管理過(guò)程的規(guī)范化和精益化。

i）I智造環(huán)境

智造環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)軟件應(yīng)用集成標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)大數(shù)據(jù)及軟件應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等，是智能制造建設(shè)的必要基礎(chǔ)條件。

3 數(shù)字化生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐

為了充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)在推進(jìn)智能制造發(fā)展中的基礎(chǔ)性和引導(dǎo)性作用，在深入分析標(biāo)準(zhǔn)化需求的基礎(chǔ)上，按照“急用先行、共用先立”的原則，重點(diǎn)開(kāi)展數(shù)字化生產(chǎn)線相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作，在數(shù)字化車(chē)間規(guī)劃、系統(tǒng)平臺(tái)搭建、共用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)、實(shí)施運(yùn)行和維護(hù)保障等方面有據(jù)可依。

參與編制集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)《航天數(shù)字化車(chē)間建設(shè)通用要求》，規(guī)定了航天數(shù)字化車(chē)間的體系結(jié)構(gòu)與數(shù)字化要求和建設(shè)要求，提出了以管理層、執(zhí)行層、基礎(chǔ)層為特點(diǎn)的航天數(shù)字化車(chē)間3層體系架構(gòu)。通過(guò)提煉航天數(shù)字化車(chē)間建設(shè)的數(shù)字化要素，提出數(shù)字化功能要求，細(xì)化數(shù)字化車(chē)間建設(shè)流程。

完成院標(biāo)《數(shù)字化柔性生產(chǎn)線建設(shè)指南》的編制，規(guī)定了數(shù)字化柔性生產(chǎn)線建設(shè)的一般要求、總體架構(gòu)及主要類型、工作流程、方案策劃、建設(shè)實(shí)施和運(yùn)行評(píng)估等。給出了航天數(shù)字化柔性生產(chǎn)線的總體架構(gòu)。

目前，航天一院多家單位相繼開(kāi)展了數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)工作，以首都航天機(jī)械有限公司為例，圍繞生產(chǎn)短線瓶頸，立足于核心制造技術(shù)與關(guān)鍵生產(chǎn)工藝，借助自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化等技術(shù)，進(jìn)行工藝創(chuàng)新和流程再造，開(kāi)展泵閥零件加工等數(shù)字化生產(chǎn)線/單元建設(shè)，系統(tǒng)開(kāi)展了工藝布局、工藝優(yōu)化和管理提升工作，取得了較好效果。通過(guò)開(kāi)展數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)，優(yōu)化調(diào)整航天產(chǎn)品生產(chǎn)線，形成新時(shí)期高效適用的航天制造新模式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化穩(wěn)定批產(chǎn)和快速研制，同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

與生產(chǎn)線建設(shè)前相比，多品種、小批量、研制與批產(chǎn)混線生產(chǎn)狀態(tài)下，現(xiàn)有生產(chǎn)線產(chǎn)能提高100%，典型產(chǎn)品合格率提高29.8%，百件產(chǎn)品缺陷數(shù)從122個(gè)下降為3個(gè)，提升了生產(chǎn)的數(shù)字化、精細(xì)化、科學(xué)化管理水平。航天結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品數(shù)字化柔性生產(chǎn)線技術(shù)的研究具有鮮明的代表性，對(duì)于其他類似的多品種、小批量部組件的生產(chǎn)，具有示范作用和推廣效果。

運(yùn)載火箭研制是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文結(jié)合運(yùn)載火箭制造特點(diǎn)和對(duì)智能制造的需求，提出了運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架，指導(dǎo)運(yùn)載火箭智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作?；诋?dāng)前任務(wù)需求，重點(diǎn)開(kāi)展數(shù)字化生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)編制和航天結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品數(shù)字化柔性生產(chǎn)線建設(shè)實(shí)踐，逐步推進(jìn)運(yùn)載火箭智能制造實(shí)施，為航天智能制造標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)工作起到先行示范作用。