航天智能制造的思考與展望

孫 京，劉金山，趙長(zhǎng)喜

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

航天智能制造的思考與展望

孫 京，劉金山，趙長(zhǎng)喜

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

從宇航制造面臨的形勢(shì)出發(fā)，分析了工業(yè) 4.0中提出的智能制造理念和方法，提出了航天制造技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)而對(duì)航天智能制造總體規(guī)劃進(jìn)行了闡述，提出了CAST制造的概念，闡述了航天產(chǎn)業(yè)云制造、基于數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)化、基于智能化的制造服務(wù)和基于制造模式的轉(zhuǎn)型發(fā)展的具體內(nèi)容和實(shí)踐，進(jìn)而提出了利用天地一體化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在軌加工與裝配、空間增材制造的空間智能制造設(shè)想。

數(shù)字化制造；智能制造；制造模式

0　引言

“中國(guó)制造2025”、“德國(guó)工業(yè)4.0”、“美國(guó)先進(jìn)制造合作伙伴計(jì)劃”均將智能制造技術(shù)作為帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)整體變革的核心發(fā)展方向。作為國(guó)家安全保障和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)之一和中國(guó)制造業(yè)發(fā)展最高水平的典型代表，中國(guó)航天制造企業(yè)在新的時(shí)期發(fā)展智能制造技術(shù)具有2個(gè)方面的重要意義。一方面，面對(duì)航天產(chǎn)品研制單件小批量、快速定制的特點(diǎn)，傳統(tǒng)制造模式因存在質(zhì)量穩(wěn)定性不高，生產(chǎn)效率偏低，過(guò)程數(shù)據(jù)不完整、不系統(tǒng)，問(wèn)題處理及時(shí)性較差，人員加班加點(diǎn)多等問(wèn)題，使得型號(hào)研制的風(fēng)險(xiǎn)與成本顯著增加，亟需通過(guò)智能制造技術(shù)解決生產(chǎn)中面臨的效率與質(zhì)量問(wèn)題。另一方面，航天企業(yè)具有較好的工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，在中國(guó)制造業(yè)發(fā)展中位于前列，作為“中國(guó)制造2025”的重點(diǎn)領(lǐng)域，發(fā)展航空航天的智能制造，對(duì)于構(gòu)建先進(jìn)制造體系具有重要的引領(lǐng)作用。

中國(guó)航天面臨型號(hào)產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，對(duì)新產(chǎn)品與新技術(shù)的需求日益迫切，對(duì)質(zhì)量、服務(wù)和成本控制的要求不斷提高，行業(yè)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇等形勢(shì)，有必要抓住當(dāng)前制造業(yè)整體變革發(fā)展的方向，以智能制造推動(dòng)中國(guó)航天新一輪產(chǎn)業(yè)革命。

1　航天制造發(fā)展思考

1.1制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

制造技術(shù)是將原材料轉(zhuǎn)變成為產(chǎn)品的一系列活動(dòng)的總稱。在此過(guò)程中，包含了在加工過(guò)程中原材料轉(zhuǎn)變成為半成品、成品的物理變化過(guò)程，也包括了設(shè)計(jì)師、工藝師、操作人員思想的轉(zhuǎn)變。制造技術(shù)的發(fā)展，一方面是產(chǎn)品加工物理手段的變化——從蒸汽機(jī)時(shí)代到電氣化時(shí)代的轉(zhuǎn)變；另一方面從產(chǎn)品信息傳遞手段的角度實(shí)現(xiàn)了從紙質(zhì)圖紙、互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)方式的轉(zhuǎn)變，最終形成了我們當(dāng)前提出的工業(yè)4.0的概念。從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0的發(fā)展集中體現(xiàn)在工廠自身內(nèi)涵的變化，即從“人+工具”、“人+機(jī)器”、“系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)”到“數(shù)據(jù)+資源”的發(fā)展過(guò)程（見圖1）［1-4］。航天產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展，同樣經(jīng)歷了這樣的發(fā)展過(guò)程來(lái)解決航天自身的發(fā)展要求。

圖1　制造技術(shù)的發(fā)展Fig.1　Development of manufacturing technologies

1.2航天制造面臨形勢(shì)

當(dāng)前，衛(wèi)星等航天器作為現(xiàn)代高端裝備的典型代表，其制造環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境差異較大，具有探索性、先進(jìn)性、復(fù)雜性、不可維護(hù)性、高風(fēng)險(xiǎn)性的突出特點(diǎn)，這決定了航天器的生產(chǎn)制造模式——單件、小批量生產(chǎn)。隨著任務(wù)量的增加，以及航天器性能指標(biāo)、質(zhì)量與可靠性要求的不斷提高，航天器制造模式呈現(xiàn)出研制與生產(chǎn)并存、多型號(hào)交叉并行、單件與組批混合的變化，生產(chǎn)任務(wù)量大且不均衡，對(duì)航天制造體系（包括產(chǎn)品制造的管理水平）提出了更高的能力要求：

1）面向用戶的柔性定制能力

在新的形勢(shì)下，航天制造的柔性體現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品的柔性、對(duì)批量的柔性和對(duì)成本的柔性。航天制造體系必須能夠適應(yīng)包含各類衛(wèi)星、飛船和探測(cè)器的不同類型、不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、不同批量、不同成本控制的要求，并能夠以最短的時(shí)間滿足客戶的要求。

2）面向設(shè)計(jì)的開放性響應(yīng)能力

設(shè)計(jì)是產(chǎn)品核心功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立面向設(shè)計(jì)的開放響應(yīng)能力（包括設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)的形成、更改和變化），有助于推動(dòng)航天器制造整體能力的提升，保證效益的最大化。

3）國(guó)產(chǎn)化自主能力

中國(guó)航天制造受到國(guó)外的裝備與技術(shù)封鎖，自主發(fā)展能力既是中國(guó)航天發(fā)展的優(yōu)良傳統(tǒng)，也是突破發(fā)展禁錮和實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要基石。國(guó)產(chǎn)化自主能力也是由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的核心能力，只有制造強(qiáng)，才能航天強(qiáng)。

4）綠色節(jié)能環(huán)保能力

綠色環(huán)保是先進(jìn)的理念，更是可持續(xù)發(fā)展的前提。航天制造技術(shù)應(yīng)該自覺(jué)主動(dòng)地引領(lǐng)先進(jìn)的發(fā)展方向，積極開發(fā)綠色制造技術(shù)，形成具有可持續(xù)性的產(chǎn)業(yè)能力。

5）先進(jìn)技術(shù)和制造體系發(fā)展能力

航天作為高新技術(shù)，對(duì)技術(shù)先進(jìn)性的追求永無(wú)止境，同樣不斷追求航天制造技術(shù)的先進(jìn)性。未來(lái)航天的發(fā)展，依賴于先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，更依賴于制造技術(shù)、管理方法融合一體的制造體系的發(fā)展能力。不斷創(chuàng)新制造技術(shù)和體系是實(shí)現(xiàn)航天創(chuàng)新的基石。

6）相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同/協(xié)調(diào)能力

制造產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)呛教熘圃祗w系得以發(fā)展的前提。在新時(shí)期，構(gòu)建新的制造體系，實(shí)現(xiàn)從相對(duì)固定的產(chǎn)業(yè)鏈向動(dòng)態(tài)的、廣泛協(xié)同的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，需要航天企業(yè)具有更強(qiáng)的協(xié)同和協(xié)調(diào)能力。

2　航天智能制造

智能制造作為新的制造模式和技術(shù)，可為高品質(zhì)復(fù)雜零件制造提供新的解決方案，更適應(yīng)單件小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。所謂新的制造模式，智能制造是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)高度連接、知識(shí)驅(qū)動(dòng)，優(yōu)化企業(yè)全部業(yè)務(wù)和作業(yè)流程，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力持續(xù)增長(zhǎng)、能源持續(xù)利用、高經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。所謂新的技術(shù)，智能制造利用傳感技術(shù)、智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的無(wú)人化，可改變航天器不可維修的現(xiàn)狀。

中國(guó)航天智能制造技術(shù)體系（China Aerospace Smart-manufacturing Technology， CAST）（見圖2），采用了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，通過(guò)單元化、定制分離、數(shù)字化與自動(dòng)化融合，支撐了載人航天、北斗導(dǎo)航、高分遙感等航天產(chǎn)品的研制，正是“中國(guó)制造 2025”在航天領(lǐng)域的典型實(shí)踐。CAST的成功實(shí)踐為航天器制造的轉(zhuǎn)型發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

CAST詮釋了本文研究的智能制造先進(jìn)理念，對(duì)4個(gè)字母可解讀為：C既可代表China，也可代表Cloud；A代表Automation（自動(dòng)化），也代表Analytics（大數(shù)據(jù)分析）；S包含Smart（智能）與Service（服務(wù)）；T代表Transformation（轉(zhuǎn)型）或Transition（變革）。

圖2　CAST制造的構(gòu)成Fig.2　The definition of CAST manufacturing

2.1航天產(chǎn)業(yè)云制造

云制造是近年來(lái)提出的一種基于知識(shí)和服務(wù)的高效網(wǎng)絡(luò)化智能制造模式。在CAST體系中，航天產(chǎn)業(yè)云制造（圖3）利用云計(jì)算、云制造技術(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造與服務(wù)技術(shù)進(jìn)行延伸和變革，將各類制造資源和制造能力虛擬化、服務(wù)化，并進(jìn)行統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng)，跨界構(gòu)建動(dòng)態(tài)技術(shù)網(wǎng)、動(dòng)態(tài)制造網(wǎng)、動(dòng)態(tài)營(yíng)銷網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化、多方共贏、普適化和高效的共享和協(xié)同，推動(dòng)航天制造由相對(duì)固定的產(chǎn)業(yè)鏈向相對(duì)動(dòng)態(tài)的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，從而推動(dòng)實(shí)現(xiàn)面向用戶的、性價(jià)比優(yōu)良的、高品質(zhì)、高效率的產(chǎn)品與服務(wù)。

圖3　航天產(chǎn)業(yè)云制造Fig.3　Cloud manufacturing for the aerospace industry

通過(guò)CAST平臺(tái)，加強(qiáng)與外部廠商、科研院所等合作，促進(jìn)軍民技術(shù)的轉(zhuǎn)換與融合，引進(jìn)民營(yíng)資本和社會(huì)資本，盤活資產(chǎn)，不斷孵化、培育制造資源云、技術(shù)云、資本云，從而促進(jìn)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足軍品、民品及國(guó)際市場(chǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)業(yè)的軍民深度融合發(fā)展。

2.2基于數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)化

數(shù)據(jù)是智能制造的靈魂。對(duì)從設(shè)備、人、機(jī)器、流程、生態(tài)鏈上采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并轉(zhuǎn)化為有效的服務(wù)提供給客戶，是制造系統(tǒng)智能化的重要體現(xiàn)。在CAST體系中，通過(guò)自動(dòng)化與數(shù)字化的融合，以數(shù)據(jù)為核心實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)、工藝、加工、檢測(cè)、試驗(yàn)全鏈路的打通和閉環(huán)。中國(guó)航天器研制經(jīng)過(guò)近50年的數(shù)據(jù)積累，近5年來(lái)初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品特性、單元數(shù)據(jù)、流程數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等的分析和挖掘。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的歷史積累和對(duì)用戶需求的分析，初步實(shí)現(xiàn)了工藝、生產(chǎn)布局、運(yùn)行計(jì)劃等的量化輸出，完成了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理流程、生產(chǎn)裝備、數(shù)據(jù)采集和決策分析等的自動(dòng)化，推動(dòng)了生產(chǎn)方式的自動(dòng)化變革?，F(xiàn)有的自動(dòng)化條件如下。

1）研制流程的分析（見圖4）：針對(duì)航天器中的管路、電纜網(wǎng)、直屬件、結(jié)構(gòu)板等典型產(chǎn)品，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)制造協(xié)同、以TC為基礎(chǔ)平臺(tái)的三維工藝設(shè)計(jì)與研制模式下，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品研制過(guò)程中關(guān)鍵流程和重點(diǎn)環(huán)節(jié)的分析，實(shí)現(xiàn)型號(hào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢測(cè)、裝配（裝聯(lián)）、交付的數(shù)字一體化閉環(huán)管理，從而達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品性能和提升效率的目的。

圖4　典型產(chǎn)品研制流程分析Fig.4　Analysis of typical product manufacturing process

2）單元的數(shù)據(jù)分析（見圖5）：根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)，建立了專業(yè)化生產(chǎn)單元，實(shí)施單元生產(chǎn)模式。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)單元內(nèi)數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)資源、任務(wù)的合理調(diào)配與安排，消除生產(chǎn)瓶頸，提高生產(chǎn)效率。

圖5　加工單元數(shù)據(jù)分析Fig.5　Processing unit data analysis

3）裝備自動(dòng)化（見圖6）：裝備自動(dòng)化可以提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)生產(chǎn)能力的持續(xù)提升。例如：埋件自動(dòng)涂膠機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)定位等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)涂膠，單個(gè)埋件涂膠時(shí)間0.75 s，每分鐘可涂膠70個(gè)，效率提升120%；膠層厚度偏差±2%，上膠量偏差±5%。自動(dòng)膠膜熱破機(jī)，膠膜熱破率達(dá)到99.9%，生產(chǎn)效率提升300%，設(shè)備應(yīng)用明顯降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了崗位人員。蜂窩芯自動(dòng)清洗機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化操作，生產(chǎn)效率提高50%。埋件自動(dòng)纏膠機(jī)可連續(xù)作業(yè)，每分鐘可完成180個(gè)，效率提升200%，單個(gè)埋件重量偏差±1%。發(fā)泡膠自動(dòng)植入機(jī)器人連續(xù)作業(yè)，膠量可控，質(zhì)量穩(wěn)定，每分鐘可完成100芯格，效率提升200%。面板自動(dòng)涂膠機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化涂膠，生產(chǎn)效率提高 150%，膠層厚度偏差±3%，上膠量偏差±5%。大、小纏繞機(jī)兼容用于環(huán)氧樹脂基體復(fù)合材料和氰酸脂基體復(fù)合材料纏繞成型，實(shí)現(xiàn)多絲束纏繞，張力在線監(jiān)測(cè)、閉環(huán)控制，溫度傳感器直接接觸膠液，膠液溫度控制精度±3 ℃。

圖6　裝備自動(dòng)化Fig.6　Equipment automation

4）信息采集自動(dòng)化：在自動(dòng)化裝備應(yīng)用的基礎(chǔ)上，打通了軟、硬件之間的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)了航天器研制過(guò)程中各類信息的自動(dòng)采集。例如電纜網(wǎng)研制過(guò)程實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、工裝、加工、測(cè)試過(guò)程各類數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集（見圖7）。同樣在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，焊接工藝在實(shí)施前可完成數(shù)字模型模擬，實(shí)現(xiàn)了焊接等自動(dòng)化設(shè)備加工過(guò)程可視化，特殊過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄、分析、預(yù)警，為后續(xù)的再優(yōu)化提供依據(jù)。焊接過(guò)程自動(dòng)化及數(shù)據(jù)采集見圖8。

圖7　電纜網(wǎng)研制過(guò)程信息采集Fig.7　Collection of cable laying and its process information

圖8　焊接過(guò)程自動(dòng)化及信息采集Fig.8　Collection of welding automation and its process information

2.3基于智能化的制造服務(wù)

CAST制造平臺(tái)主要體現(xiàn)在技術(shù)層面的智能化和產(chǎn)品層面的服務(wù)化。智能化主要包括設(shè)備智能化、單元智能化、工廠智能化、供應(yīng)智能化4個(gè)層次，通過(guò)柔性制造單元和軟件系統(tǒng)（智能化的信息管理平臺(tái)、物流物聯(lián)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)單元、自動(dòng)化采集）打通軟、硬件的數(shù)據(jù)鏈路，采用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)各個(gè)級(jí)別、各個(gè)層次數(shù)據(jù)的采集、控制、執(zhí)行和分析，保證制造過(guò)程的閉環(huán)控制和高效運(yùn)行。產(chǎn)品的服務(wù)化主要包括面向市場(chǎng)的商品、制造、智能制造等相關(guān)的體驗(yàn)服務(wù)和技術(shù)技能培訓(xùn)等。

CAST制造在單元化制造方面取得了顯著成效。例如，通過(guò)單元化生產(chǎn)，基板的單件工時(shí)縮短15%，年均產(chǎn)量提高6倍；結(jié)構(gòu)板的單件工時(shí)縮短45%，年均產(chǎn)量提高3倍以上。結(jié)構(gòu)板的單元化生產(chǎn)見圖9。

圖9　結(jié)構(gòu)板的單元化生產(chǎn)Fig.9　Unit production of structural plate

在單元化生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)上，通過(guò)整合自動(dòng)化裝備可實(shí)現(xiàn)單元化與數(shù)字化的結(jié)合，目前已經(jīng)建成結(jié)構(gòu)板、精密機(jī)加、電裝、管路等一批生產(chǎn)線。各生產(chǎn)線是以三維設(shè)計(jì)模型為核心的信息鏈路，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制過(guò)程的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、信息閉環(huán)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了智能管控與決策平臺(tái)，具有如下功能：以產(chǎn)品（商品）的齊套流轉(zhuǎn)為目標(biāo)，通過(guò)基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)流程的計(jì)劃分發(fā)與控制實(shí)現(xiàn)即時(shí)準(zhǔn)備的物流配送；第一時(shí)間、第一現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題；合理有效的設(shè)備人力資源配置；高效、完整、即時(shí)的數(shù)據(jù)包生成與判讀；準(zhǔn)確、快捷的成本核算，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在線上的連續(xù)流轉(zhuǎn)，拉動(dòng)配套零部件與資源的逐級(jí)補(bǔ)充。

2.4基于制造模式的轉(zhuǎn)型發(fā)展

CAST基于制造模式的轉(zhuǎn)型發(fā)展主要包括技術(shù)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型和模式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型。技術(shù)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型體現(xiàn)在從減材制造向增材制造轉(zhuǎn)型、從信息互聯(lián)向物物互聯(lián)轉(zhuǎn)變、從機(jī)器固定向機(jī)料互動(dòng)轉(zhuǎn)變。模式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型主要體現(xiàn)在推動(dòng)式生產(chǎn)模式向拉動(dòng)式生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變、單一封閉模式向開放服務(wù)模式轉(zhuǎn)變，從數(shù)字化制造模式向智能制造模式轉(zhuǎn)變。

借助CAST制造平臺(tái)，積極推動(dòng)航天器制造模式的轉(zhuǎn)變，如為適應(yīng)航天器追求輕量化、功能化的需求，開展了3D打印技術(shù)的探索和3D打印試驗(yàn)室建設(shè)。在數(shù)控加工車間構(gòu)建上，通過(guò)車間自動(dòng)化物流和物聯(lián)系統(tǒng)建設(shè)，建立了時(shí)間-空間邏輯鏈接，實(shí)現(xiàn)了車間物料轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、環(huán)境等實(shí)際狀態(tài)的監(jiān)控。在生產(chǎn)單元構(gòu)建上，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)研制和生產(chǎn)分離，建立了基于自主研發(fā)的專業(yè)機(jī)器人和智能平臺(tái)車的可移動(dòng)制造單元。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的梳理上，尊重產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的規(guī)律，加快航天系統(tǒng)內(nèi)部單位之間的模塊化分工，并促進(jìn)其向高級(jí)階段發(fā)展。

3　未來(lái)展望

基于智能制造的CAST總體框架（見圖10）是借鑒互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，構(gòu)建航天器智能制造的云、管、端：云主要是通過(guò)加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，完善基于互聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈；管主要是面向航天器研制過(guò)程，不斷引進(jìn)新設(shè)計(jì)、新工藝，采用工業(yè)工程專業(yè)方法和工具，優(yōu)化、完善研制流程，提升產(chǎn)品制造的數(shù)字化、精細(xì)化、自動(dòng)化、單元化 4項(xiàng)核心能力，推進(jìn)研制模式向拉動(dòng)式生產(chǎn)、精益化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，向下支撐航天制造產(chǎn)業(yè)鏈的完善與發(fā)展，向上滿足新原理、新技術(shù)、新戰(zhàn)略、新集成的需求；端是指用戶的需求端，航天器智能制造就是面向用戶，解決產(chǎn)品不斷采用新原理、新技術(shù)、新戰(zhàn)略、新集成的需求。

圖10　CAST制造的總體框架Fig.10　Overall framework of CAST manufacturing

在邁向智能制造的征程中，應(yīng)注重整體制造模式和技術(shù)手段的相互促進(jìn)和協(xié)調(diào)發(fā)展。在當(dāng)前的技術(shù)條件下發(fā)展智能制造模式，應(yīng)不斷深化制造模式研究，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)流程，夯實(shí)數(shù)字化制造技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)的融合與推廣應(yīng)用，加快增材制造等新興制造方法、裝備、工藝及應(yīng)用方法的研究，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化、數(shù)字化，利用車間制造執(zhí)行層、控制層的信息系統(tǒng)，構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字化單元體系。而后，持續(xù)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)以感知、分析、執(zhí)行一體化為代表的智能制造水平，開展在軌組裝、在軌加工、在軌增材制造、空間機(jī)器人等技術(shù)的研究［5-6］，提升天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信能力，逐步實(shí)現(xiàn)天地一體化協(xié)同的航天器智能制造模式（見圖11）。

圖11　天地一體化協(xié)同的航天器智能制造模式Fig.11　Intelligent manufacturing model of spacecraft based on the integrated space-ground system

但是，我們還必須認(rèn)識(shí)到，在智能制造推進(jìn)的整個(gè)過(guò)程中還存在諸多的技術(shù)難點(diǎn)，例如當(dāng)前航天企業(yè)數(shù)字化制造水平參差不齊，信息物理融合系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、天地一體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等很多關(guān)鍵技術(shù)有待突破，無(wú)線通信帶來(lái)的信息安全問(wèn)題還缺少完善的解決方案，智能制造自身所需要的高層次人才缺乏等，這些問(wèn)題均需要在后續(xù)的推進(jìn)中持續(xù)予以解決。

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［1］Radziwona A， Bilberga A， Bogers M， et al.The smart factory： exploring adaptive and flexible manufacturing solutions［C］//24thDAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation， 2013：1184-1190

［2］張曙.工業(yè) 4.0和智能制造［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014， 43（8）： 1-5 Zhang Shu.The industry 4.0 and intelligent manufacturing［J］.Machine Design and Manufacturing Engineering， 2014， 43（8）： 1-5

［3］中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)制造領(lǐng)域研究組.Advanced manufacturing technology in China： a roadmap to 2050［M］.北京： 科學(xué)出版社， 2010： 27-52

［4］森德勒 U.工業(yè) 4.0［M］.鄧敏， 李現(xiàn)民， 譯.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2014： 51-73

［5］Hoyt R P， Cushing J I， Slostad J T， et al.SpiderFab： an architecture for self-fabricating space systems［R］.American Institute of Aeronautics and Astronautics： 1-17

［6］崔乃剛， 王平， 郭繼鋒， 等.空間在軌服務(wù)技術(shù)綜述［J］.宇航學(xué)報(bào)， 2007， 28（4）： 805-811 Cui Naigang， Wang Ping， Guo Jifeng， et al.Review of on-orbit servicing［J］.Journal of Astronautics， 2007，28（4）： 805-811

（編輯：肖福根）

A retrospective and prospective review of aerospace smart-manufacturing

Sun Jing， Liu Jinshan， Zhao Changxi
（Beijing Spacecrafts， Beijing 100094， China）

Based on the development trend of the manufacturing in general and the aerospace manufacturing in particular，the paper reviews the development direction of the aerospace manufacturing， the content and practice of the cloud manufacturing for the aerospace industry， the automation based on the data analytics， the services based on the smart manufacturing and the transformation based on the manufacturing model， and then puts forward the idea of the smart manufacturing in space for the process and the assembly by using the integrated network.

digital manufacturing； smart manufacturing； manufacturing mode

V260.2； V260.5

A

1673-1379（2015）06-0577-06

10.3969/j.issn.1673-1379.2015.06.002

孫 京（1972—），男，博士學(xué)位，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轱w行器設(shè)計(jì)；E-mail： 13488809932@163.com。劉金山（1979—），男，博士學(xué)位，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹娇沼詈街圃旃こ?；E-mail： secularbird_feng@163.com。

2015-09-26；

2015-12-08