浅谈航空工业的智能制造体系与架构

柴小博

陕西飞机工业有限责任公司

摘要：智能制造是涵盖技术和系统两方面内容的体系，是在工业系统当中用于体系整体转型升级的不同于传统方法的全新体系，在国际上得到了广泛的认可，这一系统的使用和推广，对我国在一些较为复杂的产品的研发、创新等方面具有至关重要的作用，所以，对这一体系的全面、准确认知，是促进智能技术和经济社会发展的重要基础。对于智能制造而言，数字化是其发展的前提和基础，针对航空工业而言，其自身具有不同于其他行业所特有的特点，包括复杂、可靠、高成本等，所以，利用三维立体的数字化进行研发所产生的在技术、管理体系等方面的成熟经验已经不断向其他行业拓展，并得到了一些非常可观的成绩。

关键词：智能制造；体系；架构；德国工业4.0

引言

在数字化、智能化等概念的推动和飞速发展下，人们的日常生活不仅离不开实物产品等的生产，还离不开数据信息等内容。回顾科学技术发展的艰难过程可以发现，工业革命所产生的价值是非常巨大的，每一次变革的发生均给整个人类社会的变化和进步带来了巨大的作用，且对人类社会的不断进步产生了较大的促进作用。制造业对于一个国家而言，承担着推动经济发展的重要动力作用，对一个国家经济社会发展水平、人民生活质量的提升、文明的进步等都产生着重要作用，但需要注意的是，计算机、信息技术、智能化等的快速推广，也给社会的发展带来了机遇和挑战并存的局面。当前，智能制造仍处于起步时期，发展路径还非常的漫长，需要经过数字、网络、智能这三个发展时期。对于智能制造的概念，目前尚未形成一个得到广泛认可的概念，且还没有搭建其完善的结构、技术路径等。

1智能制造的定义

要想更好的认知智能制造的概念，就要对其进行细化拆分，制造这一词，要对每一个字进行理解。其中，“造”就是字面意思，意为生产。“制”这一个字则涵盖了制度、规范等内容。从宏观层面来看，“制造”涵盖设计、维护、管理等多项内容的产品研发、管理过程等内容。所以，制造和生产不是同一个概念，二者之间是具有本质区别的。

从《三体智能革命》这一著作中可以看出，其对不同种类的智能形式进行了描述，认为智能制造可以定义为：将智能这一概念引入到了传统制造当中，也可以理解为“人工智能”。传统方式当中，主要是将一些专家经过反复验证的不同学科的知识、方法等输入到软件当中，借助电脑执行程序，从而实现将人类论证的知识转化为电子知识的过程。计算机作为重要媒介，能够支撑软件的运行，从而实现产品的研发、生产等流程。

智能制造是一个包括产品技术研发、组织管理等较为全面内容的体系结构。其组成部分包括车间、仓储、配送等多项自动化作业流程，自动化是其基本特征，因此，也可以叫做智能+系列。

在对智能制造的概念进行了清晰的认知后，就能够明白这一概念的实现还有一段很长的路要走，需要主要的问题是：一方面，这是一个马拉松式的过程；另一方面，从我国工业目前发展水平来看，工业化尚未得到全面完成， 这就决定了和智能制造之间的差距仍非常大。最后，要深入认识智能制造的本质特征，也就是借助软件来进行数据的控制，从而能够有效解决一些较为复杂产品在生产方面所产生的不确定因素。

2智能制造的体系和架构

在本论文中，笔者在充分参照德国工业体系在纵向、横向、端到端等三方面集成的基础上，对智能制造的整个结构进行了分析。

其一，纵向集成主要体现的是管理维，是指对企业自身在整个行业当中所具有的价值进行分析，涵盖生产、管理、综合业务等多项内容，细化过程包括决策、组织等全过程的相互作用，能够通过决策支持系统、EＲP等不同系统内部的相互作用和集成关系体现。

其二， 横向集成主要体现的是价值链维，指的是供应商--客户之间的过程，包括企业和上下层面，在产品供应、信息等方面的双向互动作用。能够借助数字化营销、CＲM等不同系统内部的相互作用和集成关系体现。

其三，端到端集成主要体现的是产品维，是指以市场为起点和终点而进行的产品和服务的研发和提供过程，涵盖产品的调研、研发、生产、回收等全部的产业链条当中，资本、产品等所有信息的双向互动和沟通过程，保证时间、地点、信息等的准确无误，能够借助PLM、BOM等不同系统内部的相互作用和集成关系体现。

2.1 智能制造的分层和分级

保持管理维、价值链维这两项内容不发生改变，对产品维作出寿命周期维变化，通过这种方式，实现对智能制造层次的重新划分：狭义概念；集团级概念；宏观概念。

狭义概念指的是涵盖制造、设备等内容，只局限在生产车间范围内的制造形式，所使用的软件包括MES等。

集团级概念指的是在狭义概念的基础上，在寿命周期维度方面，加入了设计、制造等内容；在企业维方面，也引入了资源计划概念；在价值链方面，加入了物流等内容的管理；在寿命周期维方面，加入了设计、维护、资产管理等多项内容。

广义概念指的是在集团级所奠定的坚实基础上，在寿命周期维方面加入了产品维护、服务等各项内容；在企业维方面，加入了战略、业务等管理内容；在价值链方面，加入了营销等方面的管理内容。

宏观概念指的是对广泛社会当中所拥有多方面资源的需求，体现的是整个制造行业在资源优化配置方面的实际情况，充分体现了系统的复杂性特征。

3航空工业智能制造的总体架构

航空工业方面所需要生产的各种具有复杂性特征产品所需要的组件数量达到百亿。例如，在1970年生产并投入市场使用的波音747，在20世纪，既不具备生产飞机所需要使用的加工设备，也缺少所需要的复合材料，对当时的747来说，所使用的均为金属材质的组件，第一架飞机的研发涵盖了结构和标准件达到了几千万的数量；随着技术的不断进步，后期逐渐降低到了四百万的组件数量；生产所需的零部件实现了流程和专业化过程在不同国家、企业等之间的分工，国家数量达到65个、企业数量达到了1500个，且覆盖了不同规模的企业，充分体现了飞机生产的全球化合作过程。在面对这样的机器生产的情况下，怎样对如此复杂的过程进行层级的划分？怎样对智能制造的整体结构进行定义等都是需要不断面对和解决的重要难题。

要想能够对智能制造的整体结构进行清晰地梳理，可以结合管理体系实现从下到上的梳理流程。最低层次为装备、设备；依次往上为执行、生产管理；再上面是管理；对于一些规模较为、生产较为复杂的产品来说，其生产制造过程需要很多企业之间建立良好合作关系才能实现，这也就是联盟层次的含义。

3.1 智能制造的分层架构

对于需要经过很多企业之间共同合作才能够生产出来的具有复杂性特征的产品，要先对状态进行充分感知，包括供应商、产品交付等多方面内容；接着，要对收集到的信息开展动态分析，结合供应商长期以来的表现状况、供应服务等进行数据统计，并给出相应的测评；之后，要结合测评基本情况，对可能发生的问题、解决路径等进行预设，提出具有针对性和可行性的意见，为决策过程提供参考；最后，要结合决策意见，对供应商实施精准执行过程，包括管理、控制等方面的执行过程。

企业管理层，属于动态感知的第一层次内容，主要是对产品、资源、运行等方面状态的感知过程；通过感知到的相关信息，可以开展对财务、成本等方面的动态实时分析过程，为企业实施自主决策提供依据；结合数据分析的结果，可以在资源、生产等方面做出自主决策；最后，对生产、资源调配、解决问题等方面的路径进行执行。

生产管理层:对原材料、产品、设备等进行充分感知；对材料、任务等数据信息进行动态实时计算并分析；根据数据信息，对配送、问题处理等环节作出自主决策过程；最后，要对发出的指令、制定的任务等给予精准执行。

控制执行层:要对生产现场及其所有设备进行充分了解的基础上，对涵盖工件、位置等需要不断进行数据检测及其有效管理的数据信息进行充分感知，并将收集到的数据信息向后台进行传输，后台可以根据相关信息对存在的误差、问题等进行类别的划分和分析，并根据数据分析进行自主决策，实现在规则、指令等方面的生成过程；最后，要对指令、设备运行等给予精准执行。

智能设备层:要充分认识到两个问题的重要性，其一，对于传统的设备来说，都是采用单机进行运转的方式，实现数字化改造升级的过程，对于制造业而言是一个需要跨越的重要难题，怎样才能通过成本降低的方式实现所使用设备的升级过程，从而过渡到智能化体系当中；其二，高精尖设备的短缺，就决定了装备结构的重要意义。首先，要对设备在使用过程中所表现出来的各种状态进行充分感知；接着，要对设备的运转、偏差等问题进行充分的动态分析；并结合数据信息，对参数、软件等进行自主决策的调整；最后，要对已经调整好的设备状态、位置等进行精准执行。

3.2 智能制造的理想模型

从工业发展区情况来看，软件的推广和使用，表现出了从设计、装备等全过程的虚拟化特点，研发、生产等过程实现数字化是确保产品高速运转的必然环节。在推进的过程中，不断的更新、修复，并结合所收集到的数据信息开展有针对性的指导和试验工作，积极搭建具有核心体系特征的框架系统，充分体现虚拟过程的大脑作用，通过软件实现设计、生产等各个环节，并结合数据信息对实物的生产给予有针对性的指导，这就是智能制造的整个流程。

4 结论

在数字化、智能化等飞速推进的大背景下，更多的人开始意识到智能制造对实现整个制造行业转型升级的重要价值。其困难在于模型的建立，仿真的实现是焦点问题，如果不能建立体系化、规模化的软件使用系统，智能制造将永远不能在实践当中实现。对于智能制造来说，软件的使用是本质化特征，其所带来的是不同生产关系之间的重构过程，也就是众所周知的第四次工业革命过程。革命不是小变革，而是工业整个体系的更新换代。要想实现这一目标，就要搭建系统完善的组织架构。在本论文中，笔者所论述的架构，是一个初步的设想，笔者相信，经过国人的努力和优化，探索并建立具有中国特色和适用性的智能制造架构一定能够形成。

参考文献

[1]宁振波.航空工业的智能制造体系和架构[J].民用飞机设计与研究,2021(02):1-5.

[2]沈洪才.航空工业数字工程转型与智能制造[J].国防科技工业,2018(10):36.

[3]刘广杰,白欧.智能制造装备对航空工业的影响[J].现代商贸工业,2017(30):191-192.

[4]刘亚威. 新工业革命下航空智能制造的三大典型范例[C]//探索 创新 交流（第7集）——第七届中国航空学会青年科技论坛文集（下册）,2016:562-565.

[5]刘亚威. 新工业革命与未来航空制造[C]//2015年第二届中国航空科学技术大会论文集,2015:209-212.