航天裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)踐與思考

黃超 梁爽 周佳臏 郁文 慕曉英

（1 上海航天信息研究所， 上海， 201109；2 上海航天技術(shù)研究院， 上海， 201109）

上海航天技術(shù)研究院 （又稱(chēng)上海航天局），是中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司三大總體院之一,創(chuàng)建于1961 年， 經(jīng)過(guò)50 多年發(fā)展， 已成為我國(guó)航天事業(yè)的中堅(jiān)力量和重要航天產(chǎn)業(yè)基地。 為了貫徹落實(shí) 《中國(guó)制造2025》， 發(fā)展智能制造， 上海航天局依托企業(yè)信息化能力建設(shè)， 圍繞協(xié)同化的設(shè)計(jì)研發(fā)平臺(tái)、 面向院/所兩級(jí)管理模式的企業(yè)核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和高性能計(jì)算中心為基礎(chǔ)的仿真計(jì)算平臺(tái)等， 開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化頂層策劃， 不斷在裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化研究與應(yīng)用， 取得了較好的成效。

1 航天企業(yè)實(shí)施數(shù)字化的必要性

1.1 國(guó)家高端裝備制造業(yè)的發(fā)展需求

伴隨著新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合， 全球興起了以智能制造為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)變革， 數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化、 智能化日益成為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)[1]。 “智能制造、標(biāo)準(zhǔn)先行”， 先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)是智能制造實(shí)施的重要基礎(chǔ)和前提。 美、 德等工業(yè)強(qiáng)國(guó)早已認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)是重塑制造業(yè)的關(guān)鍵， 通過(guò)不同方式加大智能制造標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)力度[2]。 我國(guó)政府也高度重視智能制造領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作， 李克強(qiáng)總理指出 “要打一場(chǎng)制造業(yè)的 ‘攻堅(jiān)戰(zhàn)’， 實(shí)施智能制造， 用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)倒逼中國(guó)制造升級(jí)”。 航天裝備作為國(guó)家高端裝備制造業(yè)， 已納入 《 中國(guó)制造2025》十大重點(diǎn)行業(yè)。 工信部和國(guó)標(biāo)委聯(lián)合制定、 發(fā)布的 《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》 明確將航天裝備列為 “C 重點(diǎn)行業(yè)” 子體系中， 并開(kāi)展論證規(guī)劃。

在國(guó)家層面， 由于航天裝備的特殊性， 以及長(zhǎng)期以來(lái)軍民標(biāo)準(zhǔn)交叉使用、 信息技術(shù)快速更新等原因， 航天裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量、 覆蓋程度均不能滿(mǎn)足當(dāng)前 “高密度發(fā)射、 多型號(hào)并舉” 要求。 因此迫切需要開(kāi)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究和實(shí)踐工作， 形成標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)示范效應(yīng)， 強(qiáng)力支撐我國(guó) “制造強(qiáng)國(guó)” 的國(guó)家戰(zhàn)略。

1.2 航天裝備 “離散式制造” 的轉(zhuǎn)型要求

上海航天局作為集團(tuán)型軍工企業(yè)， 下轄12家軍工單位， 包含3 個(gè)總體單位、 3 個(gè)總裝單位、 6 個(gè)核心專(zhuān)業(yè)研究所。 其裝備研制呈現(xiàn)出“離散式制造” 特點(diǎn)， 主要是： ①集研制和批產(chǎn)于一體的大型軍工集團(tuán)型企業(yè)； ②院/廠所兩級(jí)管理， 廠所相對(duì)獨(dú)立， 又協(xié)同設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)； ③以研發(fā)為驅(qū)動(dòng)的高度離散定制化生產(chǎn)； ④單件小批量多品種多型號(hào)研產(chǎn)混線； ⑤產(chǎn)品構(gòu)型復(fù)雜， 生產(chǎn)周期長(zhǎng)， 軍工質(zhì)量控制嚴(yán)格等。

基于“離散式制造” 背景下， 航天裝備制造的信息化、 智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型迫切需要實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)間的互聯(lián)、 互通， 消除“信息孤島” “數(shù)據(jù)壁壘”。同時(shí)， 大量航天智能裝備、 數(shù)字化設(shè)計(jì)、 仿真、 制造、 試驗(yàn)等工業(yè)軟件以及工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用， 急需開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)、 協(xié)同制造方面的數(shù)字化頂層標(biāo)準(zhǔn)研制。 為統(tǒng)籌利用信息數(shù)據(jù)， 形成數(shù)據(jù)共享打下基礎(chǔ)。 標(biāo)準(zhǔn)作為“共同語(yǔ)言”， 將發(fā)揮重要作用。

由此可見(jiàn)， 開(kāi)展航天企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化， 必須從企業(yè)戰(zhàn)略高度出發(fā)， 形成標(biāo)準(zhǔn)研制的有效工作機(jī)制， 統(tǒng)籌規(guī)劃， 集中研制； 構(gòu)建科學(xué)、 完整的標(biāo)準(zhǔn)體系， 加快科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)， 提高標(biāo)準(zhǔn) “含金量”； 固化、 積累 “離散式” 軍工集團(tuán)裝備制造的工程實(shí)踐和寶貴經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)牽引技術(shù)需求、 保障科研生產(chǎn)的作用， 助力航天裝備制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐

2.1 建立工作機(jī)制， 明確標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化提升方向

在上海航天局層面的統(tǒng)一部署下， 從標(biāo)準(zhǔn)化、 信息化兩條線形成了 “雙管齊下” 的工作機(jī)制， 共同推動(dòng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。 主要包括： 依托企業(yè)信息化 “兩總” 系統(tǒng)， 由質(zhì)量技術(shù)部、 規(guī)劃計(jì)劃部歸口管理， 確保專(zhuān)業(yè)規(guī)劃、條線計(jì)劃、 工作經(jīng)費(fèi)等保障條件； 局標(biāo)準(zhǔn)化中心、 局信息化中心實(shí)施技術(shù)支撐， 各下屬?gòu)S所參與； 定期召開(kāi)研討會(huì)、 協(xié)調(diào)會(huì)， 圍繞以下幾方面明確標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化提升方向。

a） 基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)及轉(zhuǎn)化。對(duì)于航天軍工企業(yè)而言， 基礎(chǔ)共性的標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部分軍用標(biāo)準(zhǔn)。 從標(biāo)準(zhǔn)適用性的角度來(lái)看， 一部分標(biāo)準(zhǔn)是通用的， 如術(shù)語(yǔ)、 參考模型、 元數(shù)據(jù)等標(biāo)準(zhǔn)； 一部分是存在交叉， 不一致的， 如功能安全、 信息安全、 標(biāo)識(shí)等標(biāo)準(zhǔn)。 因此必須針對(duì)這些軍/民標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展分析研究， 形成民標(biāo)采用和軍標(biāo)轉(zhuǎn)化的項(xiàng)目清單。 促進(jìn)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施，服務(wù)于企業(yè)科研生產(chǎn)。

b） 企業(yè)數(shù)字化應(yīng)用創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化?！笆濉?以來(lái)， 大量基于工業(yè)機(jī)器人、 增材制造以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下協(xié)同設(shè)計(jì)/制造系統(tǒng)互聯(lián)互通、 互操作等應(yīng)用場(chǎng)景要求的信息化平臺(tái)、 軟件得以開(kāi)發(fā)和使用。 上海航天局結(jié)合 “離散式” 制造、 軍工保密等特點(diǎn)， 進(jìn)行了一系列數(shù)字化應(yīng)用改造。當(dāng)前急需將相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新成果和經(jīng)驗(yàn)， 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的形式固化下來(lái)， 用以規(guī)范指導(dǎo)科研生產(chǎn)全過(guò)程。

c） 企業(yè)數(shù)字化管理創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化。將以“科研生產(chǎn)管理系統(tǒng)” 為代表的航天數(shù)字化管理技術(shù)轉(zhuǎn)化為國(guó)家／ 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 該技術(shù)已在企業(yè)層面廣泛實(shí)施， 效果良好； 且作為產(chǎn)業(yè)融合技術(shù)的典范， 榮獲第十九屆工博會(huì)空間信息技術(shù)與北斗導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品獎(jiǎng)， 具有一定的影響力和推廣應(yīng)用價(jià)值。

2.2 健全標(biāo)準(zhǔn)體系， 推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制

在跟蹤國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上， 結(jié)合軍工企業(yè)數(shù)字化建設(shè)的特點(diǎn)， 確立標(biāo)準(zhǔn)體系表的框架， 如圖1 所示。 力求構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、 內(nèi)容完善、 協(xié)調(diào)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系， 牽引航天裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)需求。

在標(biāo)準(zhǔn)體系的牽引下， 圍繞 “大設(shè)計(jì)、 大仿真、 大制造、 大測(cè)試、 大管理”， 推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制。 具體見(jiàn)表1。

2.3 依托試點(diǎn)示范， 深化標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施應(yīng)用

依托 “國(guó)家高端裝備制造業(yè) （高端裝備） 標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)” “航天器結(jié)構(gòu)件智能制造新模式應(yīng)用” 等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目在上海航天局試點(diǎn)示范工作，開(kāi)展了大量的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施應(yīng)用工作。 取得以下成效。

a） 以數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施， 實(shí)現(xiàn)了以數(shù)字樣機(jī)為核心， 以產(chǎn)品數(shù)字化定義 （MBD)為基礎(chǔ)， 以局?jǐn)?shù)據(jù)中心為紐帶， 構(gòu)建跨地域/多單位的統(tǒng)一型號(hào)并行協(xié)同環(huán)境， 開(kāi)展型號(hào)數(shù)字化研制與過(guò)程管理。

b） 固化機(jī)加、 鑄造、 鈑金、 焊接、 裝配、電裝、 復(fù)材等專(zhuān)業(yè)工藝仿真瓶頸技術(shù)經(jīng)驗(yàn)， 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)在型號(hào)研制中推廣應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)工藝布局、 物流仿真的全面應(yīng)用。

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架

表1 數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制重點(diǎn)

c） 結(jié)合11 條數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)， 建立航天制造單元布局、 生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)群。 實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)品研制主要環(huán)節(jié)的自動(dòng)化和數(shù)字化， 達(dá)到研制效率提高， 成本降低， 質(zhì)量提高的目的。

d） 建立科研生產(chǎn)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)群， 實(shí)現(xiàn)局和廠所間上下管控、 橫向協(xié)同， 廠所內(nèi)的生產(chǎn)計(jì)劃管理精細(xì)化， 過(guò)程管理扁平化、 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無(wú)紙化。

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化思考

3.1 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)研制方面

由于航天裝備種類(lèi)齊全， “彈箭星船器” 各個(gè)領(lǐng)域、 各個(gè)型號(hào)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)帶有明顯的領(lǐng)域/型號(hào)特色。 對(duì)于同時(shí)承擔(dān)幾個(gè)領(lǐng)域/型號(hào)產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)所而言， 在使用這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生交叉重復(fù)和矛盾。 針對(duì)這一情況， 上海航天局開(kāi)展了相關(guān)探索和嘗試， 后續(xù)還需要 “自頂向下” 開(kāi)展設(shè)計(jì)和規(guī)劃， 通過(guò)整合、 優(yōu)化等手段， 有步驟地開(kāi)展這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的 “去型號(hào)化”。

3.2 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施方面

對(duì)比 “波音產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期戰(zhàn)略計(jì)劃”， 在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化 （結(jié)構(gòu)化）、 標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威源、 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用工具等方面值得探索。 包括： 開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化（結(jié)構(gòu)化） 加工， 適應(yīng)未來(lái)多源的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)需求；結(jié)合知識(shí)管理， 包括MBD 建模模板、 材料信息標(biāo)注、 技術(shù)注釋數(shù)據(jù)庫(kù)、 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、 模型質(zhì)量檢查工具等方面考慮標(biāo)準(zhǔn)嵌入， 作為數(shù)據(jù)與PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、 PLM （產(chǎn)品生命周期管理）、CAPP （計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)） 等自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作。 在互操作過(guò)程中， 還要重視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的應(yīng)用。 根據(jù)相應(yīng)的流程， 在PDM 中定義工作流進(jìn)行實(shí)施， 比如在系統(tǒng)中對(duì)技術(shù)文件管理規(guī)則的定義。

3.3 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的監(jiān)督檢查

更好地發(fā)揮上海航天局 “標(biāo)準(zhǔn)化工作網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)” 的 “工具” 作用， 打通與設(shè)計(jì)制造協(xié)同系統(tǒng)的接口， 開(kāi)展結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的使用跟蹤。 同時(shí)， 基于平臺(tái)內(nèi)該標(biāo)準(zhǔn)的其他使用數(shù)據(jù)， 促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況的監(jiān)督檢查。

結(jié)合國(guó)標(biāo)委、 工信部試點(diǎn)示范項(xiàng)目， 聚焦航天關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件制造工業(yè)物聯(lián)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化與試驗(yàn)驗(yàn)證， 加快建立科技成果轉(zhuǎn)化機(jī)制， 探索以綜合標(biāo)準(zhǔn)化為核心的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證模式。