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                 2017/11/19  

到2025年航空工业基本实现智能制造

来源:  中国涂料在线www.coatingol.com   发布时间: 2017/10/9 9:56:53   

“中国智造”就是要利用智能制造的新模式摆脱我国产业长期处于国际产业分工中低端的局面,通过自主创新和供给侧结构性改革,建立核心知识产权、关键技术和商业品牌,构筑适应制造业新需求和新要素供给环境的新型产业发展模式,有效解决我国产业发展的深层次矛盾,全面提升产业技术水平和国际竞争力,促进制造业由大变强。

    近年来,航空工业积极面对和引领经济新常态和新需求,主动作为、积极探索、有力推进新一代信息技术和制造业全生命周期的深入融合,研究制定了《中国航空工业集团公司智能制造架构(V1.0)》和《中国航空工业集团公司智能制造推进计划》;成立智能制造创新中心;工信部依托集团公司设立了“信息化和工业化深度融合创新体验中心”和“信息化和工业化深度融合工业软件研发基地”。按照推进计划,有20多家单位参与了智能制造试点,探索智能制造新模式,进行智能制造最佳实践提炼,目前航空工业大部分企业智能制造水平有了较大提升。

    “第四次工业革命”席卷带来大变革

    2008年9月开始爆发并引发全球经济危机的金融危机深刻影响了世界经济发展的未来,实体经济作为立国之本,受到各国空前重视,而制造业是实体经济发展的基础,世界各国根据自身国情,因地制宜制定制造业发展战略,发达国家将政策关注点再次转移到制造业尤其是高端制造业上,在新兴技术产业中抢占全球竞争制高点,角力未来。智能制造作为新一轮工业革命的核心技术,在全球范围内蔚然成风、方兴未艾。智能制造是培育全球经济发展新动能的关键,基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于产品设计、生产、管理和服务等各个环节,实现具有自感知、自学习、自决策和自适应等功能的新型生产方式。在推动生产力水平提高、物质丰富的同时,第四次工业革命也给个体以及整体的经济、社会、文化和政治发展带来了新的挑战。

    新一轮工业革命背景下,我国在2015年推出《中国制造2025》,提出要通过“三步走”,到新中国成立100周年时进入世界制造强国前列,规划了提高国家制造业创新能力、推进信息化与工业化深度融合等九项任务,要加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向;设立“智能制造工程”,制定《智能制造工程实施指南》,依据创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念,以构建新型制造体系为目标,以推动制造业数字化、网络化、智能化发展为主线,着力发展智能装备和智能产品,推进生产过程智能化,培育新型生产方式,促进包括航空制造业在内的十大重点领域率先突破,发展离散型智能制造、流程型智能制造、网络化协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等智能制造新模式,推动传统制造业转型升级。

    工业和信息化部于2016年12月7日在南京正式发布了《智能制造发展规划(2016—2020年)》,提出了“两步走”的发展战略目标:到2020年,智能制造发展基础和支撑能力明显增强,传统制造业重点领域基本实现数字化制造,有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展;到2025年,智能制造支撑体系基本建立,重点产业初步实现智能转型。

    曾有人说:“传统的‘Made in China’还要继续做,但中国制造的核心应该是主打’中国装备’。”这战略思维在2015年5月下发的纲领性文件《中国制造2025》中得到体现。“中国装备”占据了重要位置:高端装备创新工程作为五大工程之一被重点部署,航天航空装备作为十大领域的内容被重点推动。

    航空工业领域是先进制造技术发展的重要领域,航空制造业作为发展的重心,兼具高新技术产业和先进制造业的典型特征,是国家科技、经济、国防实力和工业化水平的重要标志。智能制造推进航空工业转型升级和创新发展,对于我国高端装备制造业未来的发展将具有重大引领示范作用,是推动工业转型升级的强大引擎。航空装备结构复杂、零部件数量多、制造过程繁杂,所涉及到材料、加工、装配等制造相关的各个环节,涵盖了大量的制造部门和制造装备,是一个庞大的系统工程。

    航空装备研制生产零部件结构复杂、协调性和尺寸精度要求高,在制造过程中常常涉及复杂型面和空间复杂结构,其制造过程工艺环节多、生产周期长,工艺设计、加工余量分配、工件定位、现场加工操作、质量状态监控、制造资源和物料配置等因素,都会影响到产品的质量和研制进度;另外航空企业生产组织管理复杂、具有多品种小批量生产等特点使得航空制造企业对制造系统的适应性、制造质量稳定性、产能提升等方面有着更加迫切的需求。航空工业经过多年发展,在信息化、数字化、自动化和网络化发展上取得了长足进步,产品定义实现了全三维无纸设计,在广域协同、数字化企业、生产制造执行与集成以及自动化装配等方面获得了应用经验,取得较大成绩。

    顶层设计牵引,明确行动路线

    为贯彻《中国制造2025》的要求,抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇,加快推进集团公司智能制造工作,集团公司成立了由有关主机厂、设计所相关专家组成的航空工业“智能制造”项目论证工作组,采用架构理论和方法,通过深入调研和科学分析,摸清现状,廓清迷雾,制定了《中国航空工业集团公司智能制造架构(V1.0)》,明确了航空工业智能制造的总体架构与总体发展思路。

    智能制造架构定义了航空工业智能制造的典型特征,从数字化、网络化、智能化出发解读了智能制造的核心要素,设计了包括企业联盟层、企业管理层、生产管理层和控制执行层的航空工业智能制造总架构和分层架构,明确统一规划、统一架构和统一标准的原则要求,为航空工业各成员单位开展智能制造项目工作提供了顶层设计指导。

    为支撑架构的落地,明确行动路径,在《中国航空工业集团公司智能制造架构(V1.0)》的基础上,集团公司研究制定了《中国航空工业集团公司智能制造推进计划》,提出建立一个中心(航空工业智能制造创新中心)、突破三项关键技术(模型驱动的设计、制造、验证、服务技术、CPPS技术、基于云平台的协同技术)、实施七项重点任务(基于模型的协同设计制造平台、智能生产管理系统和集成自动化系统、智能制造试点示范生产线、供应链和客户服务平台、智能制造规范及验证平台、智能工艺装备研发平台、工业机器人集成应用技术研发平台),给出了需求导向、顶层规划、示范带动和整体推动的发展思路,明确2020年和2025年的智能制造发展目标。

    两化深度融合,研制模式转型

    2013年5月15日,工信部作出正式批复,依托中国航空工业集团设立“信息化和工业化深度融合创新体验中心”和“信息化和工业化深度融合工业软件研发基地”,创新体验中心旨在落实航空工业两化融合提升工程,推动先进装备制造业两化融合解决方案开发和产品的发展应用,形成面向全国制造业两化深度融合的示范和带动作用。运用基于模型的定义技术,实现全三维数字表达和全局数字量传递,大型飞机数百万零组件均采用MBD技术表达;运用基于模型的系统工程,进行复杂系统功能、逻辑和物理的自顶向下的分解以及自底向上的综合模型验证,形成新一代复杂航空产品创新设计能力;新型号的工程与制造设计技术已与国际领先航空与防务企业同步。运用虚拟仿真试验替代传统风洞、强度、结构等物理试验过程,加速了在数字空间对产品的快速迭代,型号研制周期普遍缩短为原先型号的三分之一。已建立成熟的跨地域、多厂所、多项目并行协同研制环境,重点型号开发流程和体系实现串行工作向区域协同、能力协同的转变。

    近年来,航空工业在“工程与制造”领域里大力推进基于模型的系统工程,系统工程方法从局部试点到体系推进,从2013年的3家单位发展到2016年的42家单位,并在多个机型研制中得到应用,覆盖从系统之系统到系统、子系统、组件,航空武器装备创新开发能力大幅提升,模型驱动的先进飞机研发模式逐渐形成。国际系统工程师培训人数已达810人,其中11人取得国际系统工程师认证,航空工业系统工程的推进在国际、国内影响力与日俱增。

    在“组织与管理”领域,2014年集团公司启动AOS流程体系建设,引进国际先进管理方法论,着力构建“架构—模型—流程—IT—标准”为一体的业务流程管理体系。纵向上,AOS流程体系向上开展企业架构和业务模型,向下衍生IT执行系统,是战略、业务和IT实现一致性对准的关键所在;横向上,AOS流程体系集成质量、风险、人力、财务等各种管理要素,融合多种管理方法和工具,增强管理的协同性,是提升集团核心能力的关键所在。AOS流程体系建设的基本出发点就是要通过业务流程把隔断的组织贯通起来,通过流程明晰企业创造价值的逻辑。AOS流程体系通过对业务流程的建模、仿真和优化,构建航空制造业智能化的基础平台,并将例行的业务流程结构化、规范化和自动化,让员工从繁杂的例行工作中解放出来,把精力集中在增值和创新等方面的工作。

    大部分航空主机制造厂通过逐步开展以企业资源计划(ERP)和制造执行系统(MES)为核心的信息化平台建设,提高了精益化水平,创建了以移动生产线和优异中心全局协同为代表的新型制造模式。部分航空制造企业已经开始应用3D打印、复杂结构件数控加工等由模型直接驱动智能设备制造技术,取得了较好的工程应用效果。工业机器人广泛应用于制孔、铆接、喷涂、密封、复材铺敷、无损探伤、切割、检测等工业领域。部分领先的航空制造企业数字化管控模式已从制造现场向组织管理全局延伸,带动计划流、物流、信息流、资金流的全面集成,支撑生产精益化和交付质量的提升。通过精细的计划安排、精准的执行管控、实时的状态反馈,让装备的一举一动、数据的动态变化,在虚拟环境中得到实时监控,实现生产全过程可视、可监控、可协调,飞机装配配套准确率达到99%以上,周期缩短60%。

    成立创新中心,开展技术验证

    航空工业依托航空工业制造所和信息技术中心成立智能制造创新中心工作,开展智能制造架构设计、发展规划、技术体系建设、关键共性技术研究和验证、试点示范项目的筛选和推荐、解决方案开发、技术交流、国际合作和培训、服务实施以及最佳实践模式的总结,提炼与推广。

    基于工业互联网开展智能互联和监测是实施智能制造的基础手段之一。智能制造创新中心开展与国外先进供应商PTC(美国参数技术公司)和GE(美国通用电气公司)的技术合作,就智能互联和监测方面的技术体系和技术平台进行了深入研究。基于航空工业制造所某生产车间建立智能互联和监测的技术验证工作,解决了异构异类设备互联的技术难关,为构建CPPS环境做出了成功的探索,并为后期形成智能制造的体验验证环境提供了基础。

    开展工业机器人集成应用技术研发平台建设,围绕提升工业机器人在航空产品制造中的应用水平,针对航空产品制造中特有的自动钻铆、激光焊接、搅拌摩擦焊接等加工工序,突破了针对工艺需求的末端执行器设计技术、针对工艺需求的柔性工装技术、加工运动轨迹规划与仿真技术、加工状态检测与监控技术、加工过程智能分析与决策方法、面向应用场景的机器人系统集成技术等关键技术。建立工业机器人技术验证平台,提升技术成熟度,形成工业机器人成套系统的技术研发能力,为航空工业整体推进工业机器人的应用提供技术支撑的同时,带动国产工业机器人的发展。

    试点示范推进,形成最佳实践

    航空工业针对航空行业典型装备,积极组织参与智能制造试点示范和智能制造专项的项目建设,申报成功了直升机旋翼系统制造智能车间试点示范、航空数字化车间关键应用标准研究及试验验证平台、行业信息物理系统测试验证解决方案应用推广等20余项智能制造专项。

    这些项目既包括了针对飞机研制生产需求的产品总装、关键零部件试制和生产的项目,也陆续开展了基础理论研究、工艺技术攻关和标准化技术基础研究等多个方向的研究类项目。目前各项目工作正在按计划开展,促进了整个集团智能制造水平的有效提升。通过推广试点示范企业,有效形成上下联动的态势,调动和发挥更多地区、更多厂所的智慧和力量,合力构建航空工业智能制造的良好局面。 

    成飞公司为解决复杂飞机结构件自动化加工关键核心技术及提升设备利用率,提高飞机结构件批产效率,实现数控制造过程与数字化制造环境的深度融合,建成了以高精度立卧转换机床为基础的柔性自动化生产线及飞机结构件数字化车间,形成了由机外集中装卸、线内物流自动运输、零件无人工干预加工、管理驾驶舱及智能管控中心共同组建的柔性线自动化生产模式。通过对车间制造过程实时运行状态的动态感知,并对获取的运行状态数据进行实时分析及自主决策,达到对设备运行状态、生产线管控动态调整的目的,实现了飞机结构件数控制造生产管控、作业调度、现场管理及制造资源管理等全要素的智能管控。通过柔性生产线的实际运行,实现了飞机结构件完全无人工干预加工模式,生产效率、产品质量得到大幅提高,柔性生产线机床利用率达到85%,为飞机结构件实施柔性自动化生产线提供了典型案例。

    昌飞公司为解决直升机旋翼系统核心制造技术并提升批产配套能力,建设了以动部件机加及装配、复材桨叶为专业化生产的旋翼系统智能制造车间,构建由动部件关键零件机加生产线、复材桨叶生产线、旋翼系统装配生产线、自动仓储及物流系统、生产运行智能管控系统等组成的生产环境。建立具有自适应加工、物料与工件自动识别、机器人装卸与自动对接装配、制造过程动态调度、运行管理与现场控制集成等典型功能的直升机旋翼系统智能车间,形成具有“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行”特征,以数据驱动、交互识别、自主决策为核心的智能制造体系。通过实际运行,产品质量和生产效率得到显著提高,成功解决了旋翼系统生产配套的迫切需求,并在智能制造车间的建设与实施方面摸索出一套典型的经验案例。

    中国航空制造技术研究院联合信息技术中心、成飞等单位,针对航空制造业的特点,正在开展CPS技术与应用验证工作。通过搭建面向行业的共性技术平台,探索典型的应用模式和规范,形成面向行业的CPS架构,构建机加生产线、装配生产线和机器人集成应用平台等智能制造系统,进行CPS测试验证,形成行业典型应用解决方案并进行推广和应用,提升航空产品的研制能力和产品质量。

    惟其艰难,更显勇毅;惟其磨砺,始得玉成。与国际先进航空制造业相比,航空工业的智能制造水平尚有一定差距,存在整体水平不高、发展不均衡、部分领域存在短板、关键核心技术有待突破、高端装备对外依存度高的突出问题。航空工业必须牢牢抓住新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成的历史性交汇战略机遇,形成以新一代信息技术为支撑、以架构为牵引的两化融合新体系,实现由综合集成向协同与创新的整体跃升,抢占新一轮产业竞争制高点,重塑航空工业竞争新优势。

    依据航空工业智能制造架构,面向企业联盟、企业管理、生产管理和控制执行等四个层面建立具有“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”特征的智能制造系统,打通产品研制生产的设计、制造、试验和管理智能处理流程,形成航空工业全局推进和协同发展的制造新模式,建成一批具有国际先进水平的智能企业,智能制造水平和整体能力位居全国制造业领先地位。

    到2020年,突破智能制造相关的部件、软件和系统等关键技术,研制开发一批具有智能化、网络化、嵌入式等工业CPS特征的智能系统和装备,并在相关企业分类开展试点示范,实现典型研制生产过程的数字化分析、网络化连通和智能化决策,试点项目显著缩短产品制造周期、降低产品不良率、提高设备(资源)利用效率。在重点单位实施的智能制造试点示范项目中,实现产品研制周期缩短30%,研制成本降低30%,产品不良品率降低30%,设备利用率提高30%,专用工装数量减少30%。

    到2025年,全集团航空产品研制生产基本实现智能化,重点企业全面建立智能制造新模式,并向一般企业推广,实现航空产品研制生产从模型空间到物理空间的全面连通和智能处理,制造周期和产品不良率大幅降低,设备利用效率大幅提高。基本实现产品研制周期缩短50%,研制成本降低50%,产品不良品率降低50%的目标。

    察势者智,驭势者赢。未来,航空工业将“稳打稳扎”逐步深入,“整队出击”形成合力,持续提升、创新驱动集团公司先进科技与制造能力,成为推动工业转型升级的强大引擎,成为中国两化融合、智能制造的排头兵。

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