航空机电航电产品的智能制造新模式建设

宋 晶 陈剑锋

航空机电航电产品的智能制造新模式建设

宋 晶 陈剑锋

工业的发展历程也是人类智能逐步向机器转移的过程

在生命之初，面对环境的未知与变化，人类主动去获取知识为己所用，以保证其生存与繁衍。智能就是人们获取和应用知识与技巧的能力，其本质是利用已知的知识与方法，解决未知的问题。智能可以分为两个层次：初级层次——利用已知的知识与方法解决已知问题；高级层次——利用未知的知识与方法解决未知问题。当具备预测事物的发展趋势能力的时候，则是智慧了。

纵观人类发展史，人类文明演进是不断的人机重新分工的过程。随着人的智力、智能、智慧不断深化发达，本体的体能及劳动效率逐渐不足以满足我们不断增长的需求，于是，人类开始不断借助或发明各类工具来提高劳动效率。人类工业文明发展也是随着对产品需求的不断进化，人类的体力劳动和脑力劳动逐步向机器转移的过程，使机器除了可以放大人类的体能，也能复制、放大人类的智能（人工智能）。

人工智能是指由人类制造出来的“机器”所表现出来的智能行为，即用机械和电子装备来模仿、延伸和扩展人的智能，进行如求解、推理、分析、决策等智能活动，使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。让机器像人一样，能在线动态感知各种工况（看）、主动交换信息（听/说）、智能分析与决策（想）、机器自律精准执行（做）。把人工智能引入制造过程的各阶段、各环节，即可构成具有不同程度智能行为的智能执行单元，每一智能执行单元均包含人与“机器”，两者之间实现交互，共同构成决策主体。

“设备”“数据”“人”高度融合，具有智能行为的机器通过自检测、自分析，形成自适应的决策调整，反馈到系统的前端，构成新一轮的决策指令生成,并丰富知识与经验积累。同时人将机器还不能处理的状态，进行基于知识与经验的思考，形成正向和主导的决策与指令。多个智能执行单元共同组成特定的智能制造系统。

智能制造是在数字化、信息化、网络化、自动化等基础上，融入人工智能技术，以赛博物理系统为支撑，以人、机（智能制造设备）和资源等深度融合为核心，高度柔性化、自动化的新型制造模式。企业的智能制造新模式有六个主要特征：状态感知——准确感知企业、车间、设备的实时运行状态；实时分析——对获取的实时运行状态数据进行快速、准确的分析；自主决策——按照设定的规则，根据数据分析的结果，自主做出判断和选择；精准执行——执行决策，对设备状态、车间和生产线的运行做出调整；动态架构——打破企业边界，对外动态聚合、释放全球资源，为我所用，对内资源实时优化，确保产能最大常态化；人机融合——人类专家与智能产品、智能装备等共同组成智能系统，分工协作。

航空机电航电产品行业的特点使其非常适宜开展智能制造

航空机载机电航电产品被称作飞行器的“大脑”和“神经中枢”，直接决定飞行器能否实现安全可控的飞行、完成机动动作、按时准确飞行至目标位置。航空机电航电产品构成复杂、结构层级多，不仅制造精度要求高、制造过程多专业协同、定制化程度高，而且制造周期长。

作为机电学液磁力控一体化的高集成度产品制造企业，机电航电产品企业的设计、制造、服务的水平也必须是一体化高度集成的，这类企业技术密集、原始创新能力强、科研项目多、制造离散度大、高端装备应用多。虽然机电航电企业原始创新能力强，且广泛采用先进制造技术、大幅应用高端设备来提升制造效率，但其传统的离散制造模式存在制造信息传递、质量控制、过程控制能力、供应链管理能力等瓶颈问题，无法满足多品种、小批量、短周期的市场要求，制约了企业的发展。因此，机电航电企业必须通过建设智能制造新模式，即具备对市场需求快速响应、对产品状态实时感知、对现有资源动态组织、对数据信息集成应用、对制造过程精准控制等能力的制造模式，来推动企业转型升级和可持续发展。

航空机电航电产品企业，无论从产品特点、制造模式，还是行业内供应链、物流管理、物联网、大数据应用的发展水平现状等各方面，均适宜开展智能制造。比如，从产品特点来看，机电航电产品是光机电液控一体化的产品，包括传感器、电机、作动器、计算机和软件等，是一个完整的系统，产品本身具有感知、分析、决策、控制、执行并与外界通讯的能力，具备智能产品与智能互联产品的特点；从制造模式上来看，机电航电产品具备多品种、小批量、多状态、短周期、高度订制化的特点，制造过程离散程度高、专业协同性强、适宜开展智能制造提高生产效率，稳定生产质量；从物联网（产业链协同）上看，企业与各主机单位、配套厂家、需求院所和供应商对接，产品的配套、协同与服务均需要各种资源信息的实时采集、实时调配，通过无界企业来动态聚合资源，以满足市场需求。

航空机电航电产品企业数字化、信息化起步早，产品研发数字化工作已经基本完成，生产信息化也在进行中。部分企业甚至已经完成产品生命周期链、供应链与企业经营链的集成，提升了研发、生产、服务与管理的效率与效益，具备了开展智能制造的很好的基础条件。

目前，在数字化基础方面，企业的研发制造流程中设计、仿真、分析等工具软件基本具备，产品全生命周期数据管理平台和知识管理平台搭建完成。在信息化方面，各企业都具备ERP、MES、MRO等多个业务系统，正在逐步实现产品设计、工艺设计、生产计划、供应链、制造、服务信息的全流程贯通。国内机电航电企业关键装备数控化率已经达到75%以上，部分数控设备实现了运行监控，并初步实现集群化、网络化。在物流管理基础方面，企业在物流信息化方面起步比较早，产品的需求提出、指令下达，现场配送和提交入库等信息齐全，全程共享。在制造技术基础方面，现场单台数控设备每天能快速切换加工多种不同的零件，在精益单元内部已经实现单件流生产，各设备间协同配合，有效提高了生产效率。这些都是企业实施智能制造建设的优势条件。但也不容忽视的是，工艺数字化能力较弱、精益生产水平较低、自动化水平不均衡、设备工位传感检测系统能力不足和自动化的物流配送系统缺失等问题依然存在。

智能制造新模式建设可以通过七步走循序推进

智能制造新模式企业级总体系统框架，主要包括企业联盟层、企业管理层、生产管理层、控制执行层四个层级，控制执行层包括人机交互层、物联通讯层和资源层。

其中，企业联盟层主要是形成产业链和供应链（物联网）的协同管理，实现价值网络的横向集成；企业管理层是构建智能研发创新平台和智能运营管理平台，实现价值链端到端的集成；生产管理层是构建虚拟制造过程仿真平台和集成制造执行管控平台，实现智能生产服务纵向集成；控制执行层是建立智能制造生产线（单元）及智能物流系统。

基于机电航电产品的特点、生产模式，以及制造技术能力，建设智能制造新模式不必强求设备生产线的自动化，而是应以信息、知识自动化（信息的感知、分析、处理、传输自动化与主动协同）为核心，通过信息高度集成与协同来提升制造效率。智能制造生产线可以是智能化自动线、智能化半自动线或智能化手动线。

工业4.0是一个目标，智能制造是一个过程。智能制造新模式建设的实现也要循序渐进，建议可以分为以下七步进行：一是生产线精益化持续改进，以精益生产单元为基础，不断优化结构化、精细化、参数化制造过程，为智能制造生产线打下坚实的基础；二是对智能制造生产线进行总体建设方案设计，以机电航电产品及制造模式为研究对象，依据智能制造原理及架构，形成智能制造生产线总体建设方案；三是对设备、设施、物料、岗位智能化改造，对智能制造生产线的“三哑”（哑物料、哑设施、哑工位）及虚拟制造平台等短板快速改造，满足智能生产线建设需要；四是智能制造关键、支撑技术突破，依托国家级智能制造创新研究机构，突破智能制造关键、支撑技术及公用技术，为生产线建设扫清技术障碍；五是智能物流系统改造，依据各企业现有制造模式及批量，适时开展智能物流系统改造，提高物流系统自动化及智能化水平；六是信息系统建设与改造，重构或改造现有信息系统，新建基于模型的虚拟过程仿真平台等系统，动态感知现场实时信息，优化车间布局，优化物流配送，改善生产线的性能，动态优化现场资源，使生产现场最大产能常态化；七是全面集成，整体建设形成能力，依据总体建设方案及建设路线图，将上述各部分全面集成，最终实现智能制造生产线建设，逐渐形成整体能力，并全面推广。

智能制造具有更快和更准确的感知、反馈和分析决策能力，更加能够满足定制化的市场需求，使个性化产品的大规模定制成为可能，为机电航电企业产品的多品种、小批量、短周期的研发生产提供了契机。智能制造能够使在研发制造过程中的设计数据准确、工艺数据准确、计划指令准确、到达工位准确，有效解决制造成本和效率的难题、降低产品的不合格率，为企业创造更多的市场价值。智能制造改变了传统的制造模式、业务模式和创新模式，将助推企业转型升级。

(中航工业西安飞行自动控制研究所 )