聚集優(yōu)勢力量 推動航空工業(yè)智能制造發(fā)展
——訪中航工業(yè)北京航空制造工程研究所副總工程師王湘念

本刊記者 金 卯

：以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）的提法屢見不鮮，您如何看待工業(yè)4.0以及它在國內(nèi)外的演進趨勢。

王湘念：工業(yè)革命是科學(xué)和工程技術(shù)進步的結(jié)果。在經(jīng)歷了蒸汽機、電能和信息技術(shù)等三次工業(yè)革命后，當(dāng)前我們處在機器智能逐漸增強，延展人的智能并部分替代人的智能時代，這就是第四次工業(yè)革命。

為了應(yīng)對新一輪的工業(yè)革命，美國、德國、英國、法國以及我們周邊的韓國、日本、印度等，都出臺了各自的制造業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略，其中最具代表性的是德國工業(yè)4.0和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

德國工業(yè)4.0自2013年發(fā)布到現(xiàn)在，內(nèi)容一直在不斷豐富完善中。德國提出工業(yè)4.0的動機表現(xiàn)在兩個方面：第一是保持德國在全球制造業(yè)中的領(lǐng)先地位；第二是降低能源的消耗，應(yīng)對人口結(jié)構(gòu)和城市生產(chǎn)的變化。因此要創(chuàng)新商業(yè)模式、形成新的創(chuàng)造價值的方式、提高生產(chǎn)的柔性，把在大企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)、發(fā)揮效益的技術(shù)和價值創(chuàng)造模式轉(zhuǎn)移到中小企業(yè)，還要減少生產(chǎn)過程中人的參與，讓工人將精力投入到更高級的創(chuàng)新活動，提高幸福感。

2015年4月16日，德國電子電氣工業(yè)協(xié)會（ZVEI）發(fā)布了工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型（RAMI 4.0），將工業(yè)4.0所涉及到的關(guān)鍵要素用一個三維的層級模型來描述：第一個維度是由產(chǎn)品、控制裝置、工作單元、企業(yè)和企業(yè)聯(lián)盟構(gòu)成的企業(yè)縱向集成維度（“Hierarchy levels” axis）；第二個維度是由研發(fā)階段和生產(chǎn)階段組成的產(chǎn)品生命周期與價值流維度（“Life Circle & Value Stream” axis）；第三個維度則是借助信息和通信技術(shù)通用的業(yè)務(wù)劃分準(zhǔn)則，把制造系統(tǒng)的活動劃分為業(yè)務(wù)、功能、信息、通信、集成和資產(chǎn)6個層次，形成活動層維度（“Layers”axis）。這個架構(gòu)模型的作用就是圈定了德國工業(yè)4.0所涉及的范圍，所有的事情都可以在這個模型里進行分解并得到解釋。

在美國，“工業(yè)4.0”的概念更多的被“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”所取代，它是以產(chǎn)品為核心提出來的一個很具體的實施模式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是用于連接人、數(shù)據(jù)和機器的開放的、全球化的網(wǎng)絡(luò)，關(guān)注點是機器之間的融合、人和機器的融合；目標(biāo)很簡單，是提高效率、降低成本；其關(guān)鍵的基礎(chǔ)是傳感器和大數(shù)據(jù)分析，與德國工業(yè)4.0中的CPS有異曲同工之處。而要實現(xiàn)人、機器和數(shù)據(jù)的互聯(lián)，必須制定通用標(biāo)準(zhǔn)，打破技術(shù)壁壘，才能使各個廠商的設(shè)備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

因此，無論是德國的工業(yè)4.0，還是美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實際上都是電子、信息、計算等技術(shù)的成熟應(yīng)用推動了互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展而引發(fā)的制造模式變革，最終的結(jié)果是一致的，就是實現(xiàn)更高的智能化。

：目前，中國制造業(yè)在智能制造作為發(fā)展方向的大背景下，要想真正實現(xiàn)中國制造2025的目標(biāo)，最重要的是要解決哪些問題？各個企業(yè)又該如何把自身業(yè)務(wù)與IT技術(shù)相融合？

王湘念：2015年5月19日，國務(wù)院印發(fā)了“中國制造2025”行動綱領(lǐng)，制定了九大戰(zhàn)略任務(wù)，提出了10大重點發(fā)展領(lǐng)域、實施5大工程。智能制造工程是中國制造2025落地任務(wù)中最重要的5大工程之一。

航空制造業(yè)處于制造業(yè)的高端，產(chǎn)品復(fù)雜，技術(shù)密集性很高。當(dāng)前，我國航空產(chǎn)品研制中，盡管已經(jīng)開始廣泛采用數(shù)字化手段，但產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和制造過程中間仍然是分離的，數(shù)字量還沒有完全打通航空產(chǎn)品設(shè)計制造的全流程。因此，我們面臨的重要任務(wù)就是要以智能系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造的一體化，即在開展產(chǎn)品策劃、詳細設(shè)計的同時完成生產(chǎn)規(guī)劃、工藝設(shè)計，在虛擬環(huán)境中完成制造過程的仿真、產(chǎn)品性能的分析，不斷進行設(shè)計和制造過程的迭代，使生產(chǎn)的工藝指令、數(shù)控程序在生產(chǎn)現(xiàn)場能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)一次成功，這是我們努力的方向。

當(dāng)前各企業(yè)的IT系統(tǒng)大多集中在管理層、決策層的應(yīng)用，處理的數(shù)據(jù)只是電子臺帳、計劃表達、狀態(tài)描述，還不能提供系統(tǒng)完整的數(shù)字量實現(xiàn)設(shè)備和生產(chǎn)線控制。所以在企業(yè)內(nèi)部，應(yīng)當(dāng)以產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的數(shù)字模型、數(shù)字量傳遞以及模型應(yīng)用為核心，梳理工藝、裝備、資源、流程的實施或應(yīng)用規(guī)范，明確加工過程、底層控制、單元管控、管理決策不同層次的要素和處理方法，這樣才能在此基礎(chǔ)上對IT系統(tǒng)的配置和實施提出具體的要求，使IT系統(tǒng)具有從模型到數(shù)字量（指能夠驅(qū)動設(shè)備或生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)和指令）以及從數(shù)字量到模型的處理能力，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的需要。只有這樣，企業(yè)才能把自身業(yè)務(wù)過程與IT技術(shù)真正融合起來。

：針對智能制造，中航工業(yè)提出了統(tǒng)一的智能架構(gòu)來指導(dǎo)各成員單位開展智能制造工作，您如何看待這個統(tǒng)一的IT架構(gòu)？

王湘念：中航工業(yè)智能制造包括3個核心要素：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，其中網(wǎng)絡(luò)化是基礎(chǔ)，支持價值鏈集成、跨地域協(xié)同和全球化服務(wù)，數(shù)字化是手段，支持產(chǎn)品模型化、資源可視化、過程透明化，智能化是方向，包括了產(chǎn)品和裝備智能化、過程管理智能化、智力活動自動化。對照德國工業(yè)4.0、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及DARPA AVM計劃，它們實質(zhì)都是新一輪工業(yè)革命的內(nèi)涵是更高程度的智能化。

在此基礎(chǔ)上，基于對工業(yè)發(fā)達國家的先進模式、企業(yè)控制系統(tǒng)集成方面標(biāo)準(zhǔn)的分析研究，提出了中航工業(yè)智能制造的架構(gòu)，該架構(gòu)由企業(yè)聯(lián)盟層、企業(yè)決策層、生產(chǎn)管理層和控制執(zhí)行層4個層次構(gòu)成，其中控制執(zhí)行層包含了現(xiàn)場的傳感網(wǎng)絡(luò)、智能裝備、業(yè)務(wù)執(zhí)行等物理過程。

這個智能制造架構(gòu)的設(shè)計不僅考慮了產(chǎn)品生命周期的維度，還考慮了工廠生命周期的維度，構(gòu)建了產(chǎn)品生命周期和工廠生命周期的集成IT架構(gòu)。兩個生命周期形成一個十字結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品生產(chǎn)和工廠運營階段重疊，在此前從產(chǎn)品策劃到產(chǎn)品試驗試制階段，逐步形成價值鏈規(guī)劃、工廠配置方案、生產(chǎn)線配置方案，重點開展數(shù)字環(huán)境下的協(xié)同制造工程、數(shù)字和虛擬產(chǎn)品、數(shù)字和虛擬工廠的相關(guān)集成工作，這里的工作全部發(fā)生在虛擬世界里，用仿真、分析工具來完成；在產(chǎn)品生產(chǎn)，乃至使用維護、報廢回收階段，實際工廠承擔(dān)起產(chǎn)品制造、服務(wù)等實際活動，這是物理環(huán)境下的實際工廠的相關(guān)集成和運行工作。

當(dāng)前的架構(gòu)還只是一個頂層的架構(gòu)，下一步將進一步細化每個層次的要素，包括組成、功能、模型、數(shù)據(jù)關(guān)系等，明確支撐平臺、基本工具、運行流程、智能方法、控制量等。對于中航工業(yè)的成員單位而言，可以在此架構(gòu)的指導(dǎo)下，把企業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品研制過程從企業(yè)層面逐步分解落實到物理執(zhí)行層面，形成企業(yè)內(nèi)部的縱向集成；而集團公司要考慮的是在企業(yè)之間如何運用統(tǒng)一架構(gòu)使工作模式、接口規(guī)范趨于統(tǒng)一，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、作業(yè)協(xié)同，支持動態(tài)聯(lián)盟的運行。

：在這個大背景下，中航工業(yè)制造所如何發(fā)揮自身優(yōu)勢，在智能制造技術(shù)與裝備方面貢獻自己的力量？有哪些具體的規(guī)劃？

王湘念：中航工業(yè)制造所是國內(nèi)最早開展數(shù)控技術(shù)、計算機輔助設(shè)計制造技術(shù)、集成制造系統(tǒng)研究與應(yīng)用的單位，制造所早期開發(fā)的五軸聯(lián)動數(shù)控機床、CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等曾為我國航空工業(yè)的發(fā)展做出了突出的貢獻。

作為中航工業(yè)制造技術(shù)中心、中航工業(yè)航空專用裝備研發(fā)工程中心和數(shù)字化制造技術(shù)航空科技重點實驗室的依托單位，制造所將致力于推動中航工業(yè)智能制造的發(fā)展，成為中航工業(yè)企業(yè)智能制造整體解決方案提供商和智能車間/生產(chǎn)線系統(tǒng)集成商，將智能制造與先進工藝技術(shù)、專用智能工藝裝備相結(jié)合，推動航空工業(yè)智能制造的發(fā)展。為此，在制造所“十三五”發(fā)展規(guī)劃及科技發(fā)展規(guī)劃中，都將智能制造作為重點發(fā)展內(nèi)容，提出了從智能制造系統(tǒng)、智能制造裝備和工業(yè)機器人集成應(yīng)用3個方面入手，“內(nèi)外結(jié)合打造智能制造系統(tǒng)能力”的發(fā)展思路。為此，制造所成立了“智能制造工程中心”和“工業(yè)機器人集成應(yīng)用中心”，聚集所內(nèi)各方優(yōu)勢力量，集中開展智能制造和工業(yè)機器人在行業(yè)中的集成應(yīng)用。

總之，新一輪工業(yè)革命給予制造所一個難得的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型機遇，我們要抓住機遇，通過在航空行業(yè)全面實施智能制造，實現(xiàn)中航工業(yè)的“彎道超車”，縮短與世界領(lǐng)先者的差距，提高我國航空裝備的研制能力，同時也提升制造所的核心競爭力。