明確發(fā)展方向 提升智能制造層級(jí)
——訪中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司副總工程師杜寶瑞

本刊記者 谷 雨

：您長期從事數(shù)字化制造技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，針對當(dāng)前工程應(yīng)用新需要，請談?wù)勗摷夹g(shù)的發(fā)展方向。

杜寶瑞：數(shù)字化技術(shù)使制造依據(jù)從模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，數(shù)字化技術(shù)的核心是為制造過程提供了數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化制造工藝以及數(shù)字化制造程序。得益于數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品的幾何信息通過精準(zhǔn)的三維數(shù)字化模型進(jìn)行定義，而其他非幾何信息也被以數(shù)字化方式定義于同一文件中，進(jìn)而形成制造過程的單一數(shù)據(jù)源。在制造過程中，通過數(shù)字量傳遞實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)與制造及數(shù)字化制造指令的生成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)控加工、數(shù)字化裝配和數(shù)字化檢測。

未來一段時(shí)間內(nèi)，制造業(yè)將快速邁入智能制造時(shí)代，而數(shù)字化制造技術(shù)將為其提供不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)，制造業(yè)的數(shù)字化程度也將會(huì)得到進(jìn)一步提升。以工藝設(shè)計(jì)為例，在目前技術(shù)水平下，無論是基于模擬量（二維圖紙）的工藝設(shè)計(jì)，還是基于數(shù)字量（三維模型）的三維工藝設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果（工藝規(guī)程）均是用來指導(dǎo)現(xiàn)場工人的作業(yè)過程。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，工藝設(shè)計(jì)結(jié)果將會(huì)精細(xì)到可計(jì)算的程度，亦即，工藝流程將由一系列的算法、可算規(guī)則和數(shù)據(jù)構(gòu)成，在工藝設(shè)計(jì)過程中，智能化的計(jì)算系統(tǒng)將根據(jù)上述算法與規(guī)則，直接生成機(jī)器可理解、可計(jì)算、可執(zhí)行的制造指令集。屆時(shí)，大量的制造經(jīng)驗(yàn)知識(shí)將被轉(zhuǎn)化成顯式化、邏輯化、數(shù)字化的制造知識(shí)，而決策方法等則以結(jié)構(gòu)化的推理模型和決策規(guī)則等體現(xiàn)。制造過程中的決策將在很大程度上由專家系統(tǒng)通過邏輯判斷或優(yōu)化計(jì)算來實(shí)現(xiàn)，這對人類的決策將起到良好的輔助與補(bǔ)充作用。

：沈飛是較早引入智能制造理念的航空企業(yè)之一，在建設(shè)數(shù)字化企業(yè)當(dāng)中，您對智能制造的概念有哪些見解？

杜寶瑞：智能制造的概念自20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)后，其工程化應(yīng)用長期處于停滯和沉寂的狀態(tài)。近年來，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了智能制造技術(shù)的快速發(fā)展。

智能制造是在數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，融入人工智能技術(shù)，以賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）為支撐，以人、機(jī)（智能制造裝備）和資源等的深度融合為核心，高度自動(dòng)化和柔性化的新型制造模式。智能制造包括智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，其中智能制造技術(shù)是以系統(tǒng)信息自主采集、分析與決策，制造裝備精準(zhǔn)執(zhí)行，組織自學(xué)習(xí)和流程自優(yōu)化為特征的智能加工與裝配，面向智能加工與裝配的智能設(shè)計(jì)、服務(wù)與管理等專門技術(shù)；智能制造系統(tǒng)是指應(yīng)用智能制造技術(shù)、達(dá)成全面或部分智能化的制造過程或組織，按其規(guī)模與功能可分為智能單元、智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠等不同層級(jí)的系統(tǒng)。

總體而言，智能制造具有5大特征：（1）高度的自主化。在智能制造模式下，生產(chǎn)過程中的制造信息能夠被實(shí)時(shí)感知、獲取并進(jìn)行分析，使系統(tǒng)擁有了自學(xué)習(xí)、自決策、自主控制等能力，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自組織、自重構(gòu)及企業(yè)制造資源的最優(yōu)利用，從而使自動(dòng)化的程度與規(guī)模大幅提升。（2）深度的人機(jī)交叉融合。傳統(tǒng)的人機(jī)交互中，作為決策主體的人支配“機(jī)器”的行為，而智能制造中的“機(jī)器”因部分擁有、擁有或擴(kuò)展人類智能的能力，使人與“機(jī)器”共同組成決策主體，在一致的賽博物理系統(tǒng)中實(shí)施交互，信息量和種類以及交流的方法更加豐富，從而使人機(jī)交互與融合達(dá)到前所未有的深度。（3）賽博空間與物理系統(tǒng)深度融合。相較于傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)，智能制造具有生產(chǎn)過程中制造信息感知、獲取、分析等能力，對于物理系統(tǒng)中的各個(gè)實(shí)體，信息空間中均對應(yīng)存在一個(gè)與其高度融合的模型。完備的信息空間成為制造系統(tǒng)中不可或缺的重要構(gòu)成部分。信息空間與物理系統(tǒng)之間的深度交融可實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的自組織、自重構(gòu)及資源的最優(yōu)利用，從而使自動(dòng)化的程度與規(guī)模大幅提升。在智能制造過程中，賽博空間與物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深入交互與融合，賽博空間對物理系統(tǒng)的活動(dòng)進(jìn)行先驗(yàn)預(yù)判、實(shí)時(shí)控制以及后置優(yōu)化，從而使制造過程得到全面管控與優(yōu)化。（4）制造系統(tǒng)靈活可控。通過智能技術(shù)的運(yùn)用，智能制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、柔性化水平逐步提高，系統(tǒng)單元之間能夠根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)靈活的組織重構(gòu)，與傳統(tǒng)自動(dòng)化制造相比，智能制造系統(tǒng)的靈活性更為顯著。（5）基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的定制化、眾創(chuàng)眾包化生產(chǎn)。在智能制造模式下，由于制造系統(tǒng)的柔性化程度大幅提升，在滿足產(chǎn)品大批量高效生產(chǎn)的同時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+等理念的推進(jìn)，形成全新的制造生態(tài)環(huán)境，使制造業(yè)形成定制化、眾創(chuàng)化，有特定需求的用戶甚至可以直接參與到制造過程中來，極大地滿足了用戶對制造業(yè)的個(gè)性化需求。

杜寶瑞：我國的航空制造企業(yè)，盡管在數(shù)字化、信息化等方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，但是普遍而言，仍存在大量的問題亟待解決。首先，企業(yè)的數(shù)字化、自動(dòng)化水平仍然較低，這是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率難以提升的重要原因。例如，波音公司早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)提出MBD技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了全制造過程的數(shù)字化，而我國航空企業(yè)目前僅在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)了基于三維模型的產(chǎn)品定義，而在工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造等環(huán)節(jié)仍主要沿用傳統(tǒng)的紙質(zhì)工藝規(guī)程。其次，航空企業(yè)缺乏高效的生產(chǎn)流程管理手段。飛機(jī)產(chǎn)品的制造流程非常復(fù)雜，其中所涉及的數(shù)據(jù)管理、流程管理、資源管理等工作難度非常大。目前，對制造流程的管控仍然主要依賴于經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)人員，管理理念較為傳統(tǒng)，這種工作方式難以綜合考慮制造過程中的各種因素，難以保證生產(chǎn)過程的流暢運(yùn)轉(zhuǎn)。以數(shù)控機(jī)床的使用為例，我國軍工企業(yè)雖然擁有一大批當(dāng)今世界上最先進(jìn)的設(shè)備，也已掌握相當(dāng)比例的先進(jìn)制造技術(shù)，但設(shè)備綜合利用率不足世界水平的一半，生產(chǎn)效率則更低。

對上述問題分析可見，航空制造企業(yè)無論在技術(shù)層面或是管理層面，與國外先進(jìn)制造企業(yè)均存在較大差距，在未來發(fā)展中，各企業(yè)應(yīng)深入理解智能制造的內(nèi)涵，為解決現(xiàn)有問題找到突破口。在智能制造的研究與實(shí)施過程中，各企業(yè)應(yīng)當(dāng)深入地分析企業(yè)的制造技術(shù)基礎(chǔ)條件，明確智能制造發(fā)展的需求，確定發(fā)展目標(biāo)、方向和重點(diǎn)，找準(zhǔn)發(fā)展路徑。在夯實(shí)自身技術(shù)與條件的基礎(chǔ)上重點(diǎn)突破，逐步提高智能制造的層級(jí)。