“工业4.0”背景下我国航空制造能力建设思路探讨

陆国杰 卜国磊 孙元亮

“工业4.0”背景下我国航空制造能力建设思路探讨

陆国杰 卜国磊 孙元亮

中国航空制造业的特点

近年来，中国的航空工业发展迅速，在许多重点领域取得了重要成果，先进的航空制造技术进步明显。但是航空制造领域内的智能化基础相对薄弱，行业内各制造企业的生产力水平参差不齐，要实现人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务之间的“纵向集成、横向集成、端到端集成”还存在许多问题。

工艺数字化应用相对普遍，但是各企业的应用程度不均衡，顶层规划欠缺详细需求分析

依靠国家持续的投入和企业自身的工艺革新，近年来航空企业工艺数字化有了不同程度的提升，然而行业顶层规划缺乏详细的需求分析，各企业的工艺数字化应用程度不均衡。例如，某主机企业通过持续的改造与投入，建立了所有数控设备与企业信息系统的互联，可以实现工艺规程、加工指令的无纸化传递，加工状态的实时在线监测和反馈；然而某些配套企业工艺数字化程度较低，无法实现设备与系统的互联，生产信息传递主要依靠二维图纸。即使在同一企业内部，不同车间的工艺数字化发展也不均衡，例如，多数企业的工装生产车间在设备能力、工艺数字化建设方面等均落后于产品生产车间，反而在一定程度上制约了产品生产。

各企业对标准的贯彻和应用不统一，标准规范还需适应数字化发展

智能制造要求实施企业具有较高的标准化基础，然而目前国内航空制造行业在生产及管理方面的标准化、规范化不够，不适应数字化发展要求，现有生产管理的经验很难直接应用于智能制造系统的开发。一方面，标准体系缺乏系统性和完整性，工艺标准、管理标准的缺失使得车间生产管理混乱，大量依赖于管理者的经验，生产效率低；另一方面，各企业对已有标准的贯彻和应用并不统一。例如，对设备利用率等数据的统计标准各企业执行情况不一致，自产和外包产品采用的标准也不一致。

信息化程度较低，基础数据库建设不足，缺乏安全保障

行业内的信息化近年来一直是投资和建设的重点，但是依然存在不少的问题。一是工厂内信息化系统的建设和应用尚不完善，还有很多厂、所没有形成数字化设计、制造、仿真、管理的完整平台；二是各种信息系统集成较差，系统之间的数据不能充分共享，缺乏一体化的企业信息系统集成解决方案；三是基础数据库建设不足，设备数据、工艺数据、生产过程数据、管理数据、行业数据等都很缺乏，这也是实现智能制造时的障碍，因为智能制造需要在大数据分析技术的支撑下实现智能决策，基础数据的积累是先决条件。而且，对于航空产品的生产，各种信息化系统的建设在安全和保密方面存在一定的隐患，需要加强数据安全。

智能化基础薄弱，与智能制造相关的各项技术亟须攻克

与发达国家相比，目前行业内智能化基础相对薄弱。例如，从设备水平方面看，虽然航空制造企业的设备数控化率有所提高，但依然存在大量的传统设备；即使是数控设备，由于多种原因，各企业内部设备配置的形式多样，设备采用的接口、控制系统不统一，给智能化改造增加了难度。

事实上，我国的航空制造业虽然发展较快，但是工业基础依然薄弱，很多关键工序依赖人工操作，自动化生产尚未完全普及，数字化建设也不完善；高水平生产线、先进的生产管理在行业内并不多见，生产效率和产能存在较大提升空间。因此，实施智能制造，必须针对行业内基础薄弱的环节，尽快攻克与智能制造规划、实施及服务等相关的各项技术。

技术集成能力较低，先进技术在生产线中应用的比例不高

航空制造业是典型的技术密集型产业，航空制造能力的提高不仅需要单项技术的突破，更重要的是实现各项先进技术的集成和应用能力。目前，国内航空制造行业已经有不少的先进单项硬件或软件技术，例如，智能加工中心、机器人焊接、部件及总装自动化定位技术等，然而集成能力的欠缺使得先进技术在生产线中的整体应用比例并不高。技术集成能力不足，就更不用谈人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务之间的“纵向集成、横向集成、端到端集成”了。因此，专业技术的集成能力弱、先进技术的工程化应用不足也是限制航空智能制造的一个重要障碍。

图　智能制造的体系框架模型

航空工业的智能制造能力建设思路

从技术发展过程来看，德国“工业4.0”是在顺利完成“工业1.0”“工业2.0”，基本完成“工

业3.0”之后提出的发展战略，是自然的串联式发展。中国制造业整体尚处于“工业2.0”和“工业3.0”并行发展的阶段，必须走“工业2.0”补课、“工业3.0”普及、“工业4.0”示范的并联式发展道路，因而我国的任务就比德国实现“工业4.0”更加复杂、更加艰巨。中国的航空制造要实现智能化，必须结合自身现状，深入研究智能制造基础理论与技术，制定符合自己的“智能制造”之路，稳步推进，切忌盲目跟风，能力建设要成为推进航空智能制造的体系或平台。本文结合对行业现状的分析，提出了国内航空工业智能制造能力建设的思路，总结如下。

智能工厂三维设计效果图

面向整个产业链，构建航空工业智能制造能力建设布局模型，加强基础设施建设

智能制造的最顶层是智能产业链，规划时也必须最先考虑。因为智能制造实际是整个管理和组织结构的变革，实施智能制造，就必须放弃孤岛式的规划思路，把航空工业作为一个大的整体，综合考虑各工厂的信息互通、行业协作，进行全行业智能制造能力建设布局规划，加强面向智能化能力提升的基础设施建设。在规划中，应当定义智能制造的标准功能模型，用以指导建设过程，并作为考核、评价建设效果的基准；应当从产品对象的分解出发，定义各产品、部件、零件的智能制造实施步骤，规划各工厂的建设重点、目标，避免重复建设及投入；应当定义航空工业各工厂之间、航空工业与行业外其他产业链实体的互联及协作方式等。能力建设布局模型相当于为航空工业绘制了一幅完整的智能制造蓝图，各项能力建设必须围绕该蓝图，有条不紊、循序渐进地进行。

推进面向智能制造的标准化、规范化建设，加强安全可靠性研究

标准化建设是智能制造能否成功的关键，标准在推进智能化改造的过程中能起到规范和引领的作用。应围绕智能制造建设目标，针对国内航空企业的特点，梳理工艺、管理、设备、网络建设等方面的标准，推进生产及管理的标准化和规范化。标准建设一是要符合数字化发展要求，二是企业之间标准协调、统一，三是各标准之间互为补充，满足智能制造全部需求。航空工业涉及国家安全，加强安全可靠性研究也显得尤为重要，因此必须确保智能制造系统的安全可控。德国“工业4.0”发展过程中，信息安全应作为德国国家安全的一部分，这一点应该得到我们的充分认识。

分解关键技术，实现各项相关技术的突破，形成技术成果

智能制造是高度现代化的制造业，是信息化与工业化深度融合的工业，其实现需要众多关键技术做支撑，包括工业互联网、物联网技术，工业云计算及云制造，大数据及挖掘技术，嵌入式技术，等等。智能制造系统的建设需要从工艺优化、设备升级、智能生产线软硬件设计、配套条件建设等角度出发，规划好需要哪些关键技术，并逐一克服，形成技术成果体系。

循序渐进，从智能生产线做起，逐渐向智能车间、智能工厂、智能产业链各层扩展

航空制造涉及面非常广，包括飞机、发动机、机载设备、成附件以及原材料配套等，行业内不同产品的制造过程对应的工艺、管理基础参差不齐。发展航空智能制造，应从具有典型产品及稳定工艺的生产线做起，循序渐进，逐渐向智能车间、智能工厂、智能产业链各层扩展。当然，智能制造的建设要考虑建设成本与预期收益的平衡，从技术可行性和经济可行性两方面综合判断，实现现有资源的最大化利用，使投入效费比更高。

“智能化”将是制造业的发展趋势。智能制造包含了智能设备、智能生产线、智能车间、智能工厂、智能产业链等层级，而这些内容的实施需要依靠众多关键软硬件技术做支撑，最终的目的是提高生产效率、降低成本、提高产品质量。目前我国的工业基础相对较差，有很多的技术、管理问题需要改进，因此，对国内航空工业来说，通向“工业4.0”的道路将会充满挑战，现有的科研生产模式将不得不为了适应智能制造而进行改变和革新。在“工业4.0”背景下，我们必须做好航空制造的能力建设规划，并稳步实施，推动航空制造的智能化发展。（中国航空规划研究总院有限公司）