国防科研生产领域智能制造推进的方法策略研究

曾龙飞 熊曦耀 巢昺轩

摘要：本文主要介绍了我国国防科研生产领域智能制造的基本现状、取得的成效及所面临的主要问题，结合航空工业昌飞公司推进智能制造的成果与经验，研究提出了国防科研生产领域推进智能制造的方法策略与措施建议，为我国国防科研生产领域智能制造发展提供指导，助推国防先进武器装备的升级换代。

关键词：国防科研生产；智能制造；直升机旋翼系统；智能化车间

中图分类号：V262文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.01.016

国防科研生产领域是国家先进制造业的重要组成部分，是国家安全的保障和国防建设的支柱，也是引领国家技术创新的主战场。经过60多年的发展，我国国防科研生产能力有了长足的进步，但仍难完全满足国防装备体系建设的需要，与世界先进水平相比还有一定差距，武器装备研制的快速反应能力尚未形成，质量不稳定，生产效率偏低、制造成本攀升等问题突出[1]。

智能制造能作为先进制造重要发展方向，能有解决当前国防科研生产领域面临的问题。因此，有必要针对国内智能制造推进的现状进行梳理，深入剖析国防科研生产领域智能制造推行的成功案例，研究国防科研生产领域推进智能制造的策略方法。以加速推进国内国防科研生产领域智能制造，促进国防武器装备大批量列装及新国防武器装备的研制。

1现状与成效

为加快我国军队现代化建设，我国国防科研工业领域在智能制造发展方面进行了诸多的探索与实践。经过长期的探索实践、持续投资与产业积累，我国国防科研生产主要行业领域已经具备了一定的数字化、信息化、网络化的条件与基础，并在工程实践中取得了较好的实施效果。在航空、航天等部分军工高技术行业与领域，已经广泛采用智能制造的科研生产方式，建立了智能制造的设计与生产车间，并采用基于仿真与模型的设计、研制、试验、生产模式，并在重大装备研制中得以应用，如大运、歼20、新一代运载火箭等。没有智能制造，上述大型复杂装备就很难得以顺利研制和批量生产。以直升机航空旋翼系统为例，航空工业昌飞公司通过深入推进智能制造，某型旋翼系统的研制周期缩短40%以上，生产效率提升一倍以上，生产成本下降近20%，并通过智能化生产管控数据积累分析，实现设计、研制、生产的自主完善与持续改进[2]。

2面临的问题

虽然国防科研生产领域部分单位已经在生产线/生产车间等方面开展了验证及实施，但不同行业的技术和能力发展不均衡，与国外先进水平相比，在技术及能力方面都存在着较大差距，我国国防科研生产领域智能制造推进面临的问题见表1。

3方法策略

国防科研生产领域企业推进智能制造的目的是促进质量、效率、效益和服务的最大化，需逐步构建智能制造体系并推进运行。

3.1智能制造构建的思路方法

作为国防科研生产领域的企业，针对构建智能制造过程中遇到的各类困难，应充分认识到其中的深层次原因，制定智能制造构建方法，主要从以下三方面开展工作：（1）实现信息流与实物流的互联互通：保证物理世界与虚拟世界的信息交互，在不需要人工操作的情况下实现互联互通；（2）创造价值流程的智能化升级（生产过程智能化）：通过人、机、料、法、环这些生产要素从人工到数字化到智能化的升级改造，实现创造价值的智能化升级；（3）持续改善流程的智能化升级（持续改善智能化）：人、机、料、法、环这些生产要素进行智能化升级是智能制造的基础，但实现价值最大化的核心是持续改善，针对持续改善的PDCA运行过程实现智能化升级。

（1）实现信息流与实物流的互联互通

企业的智能制造生产系统由物理世界和虚拟世界组成，物理世界包括生产系统中的人、自动化模块、物料等物理工具和设施；虚拟空间包括网络、模型和相关数字化研制平台。企业构建智能制造的方法就是保证物理世界与虚拟世界的信息交互，让两者在不需要人工操作的情况下实现联通（Cyber技术），构成闭环系统，如图1所示。

（2）创造价值与持续改善流程的智能化升级

实现价值最大化的核心要靠持续改善，即通过对企业科研生产中的大数据进行统计分析，发现并提出其中存在的问题或差距，逐一优化解决，如图2所示。

（3）持续改善流程的智能化升级

企业贯通物理世界与虚拟世界信息的过程中，首先要对人、机、料、法、环等生产要素进行智能化升级，实现从人工到数字化到智能化的升级改造，实现创造价值流程的智能化，如图3所示。企业持续改善的流程也需要推进智能化，改善的过程也是从人工到数字化到智能化不断发展的，即分析与控制过程、持续改善过程的智能化升级（见表2）。

3.2智能制造构建内容

3.2.1构建点线面体的四层架构

根据需求，打通产品研制生产设计、制造、试验和管理智能处理，落实虚拟信息系统与现实物理制造系统深度融合。根据智能制造4个层级的特征，制定详细的由点到线再到面和体的智能制造推进实施路线，选取瓶颈车间和关键产品入手，构建智能车间，再进行推广，逐步打造智能工厂，进而实现企业智能联盟，最终形成“点—线—面—体”4层逐级的智能制造构架体系，如图4所示。

3.2.2形成生產运行的系统工程

在数字化、信息化、网络化、自动化的基础上，以赛博物理系统为支撑，以人、机（智能制造装备）和资源等为核心，深度融合人工智能技术与企业生产运行管理，站在系统工程的高度，形成高度自动化、柔性化和智能化的新型制造模式。

紧密围绕“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”的智能制造技术特征与运行逻辑，将数字化、信息化、智能化手段深入企业管理、车间运作、物流配送、质量管控、售后维护等各个环节中，最终形成一个高度集中、复杂有序的组织体或系统工程，如图5所示。

3.2.3突破智能制造关键技术

针对面向智能制造重点方向的关鍵技术，以工程需求为牵引，通过基础科研、装备专项、军民融合、示范工程等多项形式，产学研紧密结合，充分开展联合研究与工程应用，如图6所示，重点解决以下关键技术。

（1）模型驱动的设计/制造/验证/服务技术，建立系统生命周期模型传递、复用的全虚拟化环境，形成基于模型的企业技术框架，实现基于模型的产品设计、分析应用、工艺准备、作业指导、制造执行和检验检测等。

（2）赛博物理生产系统技术，基于物理和赛博空间的互联互通，通过对数据、信息、知识逐步优化形成制造智能，建立自学习、自适应、自评价和自优化的生产系统。

（3）基于知识工程的自进化技术，建立对产品研制、设计、验证、制造、检验、使用的典型知识数据的系统管理，实现对知识的积累、检索、挖掘和使用，同时通过前沿技术专项研究和持续运行实现新知识的不断积累和自进化。

（4）智能装备及生产线集成技术，重点需突破感知与智能识别、工业控制、工业机器人、智能仓储物流等技术的研究与应用，实现数字化智能装备的国产化应用。

3.2.4推进智能升级具体措施

企业在推进智能制造的过程中，要做好整体规划，制定由点到线再到面和体的智能制造推进的分步实施路线。推进过程中，企业首先应分析自身发展所处阶段情况，根据所处的不同阶段情况采取对应的解决措施，如图7所示。

4实施案例

航空工业昌飞公司以直升机核心部件——“旋翼系统”作为对象，全面开展智能制造的研究和建设，建成了由多条专业化生产线、装配线，数字化库房和智能物流、制造执行智能管控系统组成的直升机旋翼系统制造智能车间。其中，专业化生产线又包括单件流生产线，单向流生产线和柔性制造单元；近百台套数控设备；多条装配生产线为脉动式生产线，按节拍站位推进。生产线上设置了装配用的部分自动化专机；数字化库房分别为毛坯库、刀具库、零件库；智能物流系统贯穿车间的全生产过程，车间组成如图8所示。

（1）车间生产组织智能管控系统

建设了一个包括“计划排产、生产准备、材料配送、刀具配送、生产执行、现场调度、入库出库、统计报表”等生产过程各个环节的生产管控系统，以实现对生产各环节进行感知、分析、决策、执行，促进车间资源优化配置，保障生产高效进行，如图9所示。

（2）车间智能物流系统

智能物流系统将物流流转和制造工序无缝集成，通过对物流线、立体库、毛坯库、刀具库各系统的集成开发，使物联设备互联互通，同时对物联设备进行实时监控和逻辑控制，使物流线上所有设备按照工艺和作业流程协调运行，实现智能配送和智能流转，如图10所示。

（3）车间智能生产线

智能生产线具有任务自动接收、指令及程序自动推送、物流自动配送与周转、自适应数控加工、在线检测在机补偿、设备监控智能调度等功能，如图11所示。

（4）车间智能质检管控

以数控机床、三坐标测量机、数字化量具检测为终端基础，建立生产过程数字化集成检测与质量管控系统，实现了基于模型的三维检验规划编制、与制造过程融合的检测执行、数据采集以及关键质量特性的过程管控，打通了MBD环境下复杂机加零件制造过程数字化集成检测与质量管控的技术通道，通过旋翼系统生产线运行，实现在线“加工-检测-反馈-响应”的时时动态管控，如图12所示。

车间基本具备了自适应加工、物料与工件自动识别、机器人装卸与自动对接装配、制造过程主动调度、运行管理与现场控制集成等典型功能。形成了以“状态感知、实时分析、自主决策和精准执行”为特征，以数据驱动、交互识别、自主决策为核心的智能制造系统。实现了生产资源的优化配置、提高了产品质量与生产效率，降低了生产成本。实现直升机旋翼系统桨毂制造周期缩短40%以上，产品不良率由15%降低至8%以下，制造过程投入人力资源减少20%以上。

5措施建议

针对国防科研生产领域智能制造发展与应用中的主要问题，应坚定以国防科研生产作为推进重点，全面带动其他行业领域智能制造发展。

（1）加强国防科研生产领域推进智能制造的顶层设计，出台相应的战略规划与标准规范。目前按照《中国制造2025》的有关安排，已经选取了部分军工行业领域进行了智能制造的试点示范，建议尽快总结相关试点示范经验，进一步调研摸清国防科研生产领域推进智能制造的现状、底数、问题，在此基础上，尽快开展国防科研生产领域推进智能制造的发展战略研究论证工作，及时出台相关的顶层战略规划文件，并加强相关标准规范的研究制定。

（2）加速推进智能制造领域的自主研发与进口替代工程，确保自主可控与装备安全。开展摸底排查，系统查找国防科研生产领域智能制造的薄弱环节及进口依赖情况，针对薄弱环节及关键问题，重点在工控网络建设、高端装备研制、工业软件系统开发、软硬件系统集成及智能制造关键技术研究与应用等方面给予相应的政策引导和支持，构建国防科技工业智能化的关键技术体系，加速推进智能制造领域的装备技术自主研发与进口替代，形成面向軍工产品制造全寿命周期自主可控的工业化网络、功能软件系统、整套硬件和相关设备，减少对国外的依赖，保障自主可控与装备安全。

（3）构建适应智能制造的保密防护体系。在提升国防科技工业智能制造的同时，必须解决新技术使用带来的安全保密风险，始终将安全保密防护体系作为智能制造建设的重要内容和前提。工信部联合国家保密局等部门，通过进一步完善包括标准规范、安全保密、人才培养等在内的安全保障机制，制定涉及的云计算、物联网、无线传输、卫星定位、数据中心等相关技术的安全保密标准，制定高层次的工业控制系统安全策略和实践规范，构建和完善适应智能制造的基础信息安全体系，从而在大幅度提升信息化程度的同时，确保信息安全与保密。

6结束语

智能制造对世界制造业的发展具有深远影响，影响着生产方式、生活方式、思维方式以及就业方式等，智能制造的启幕和发展对我国航空造业发展战略的制定与实现也具有重要启示，是国防科研生产领域落实创新驱动发展、实现工业转型升级的关键举措，因此要抓住机遇，成为智能制造应用的先锋队和排头兵。同时，应该清晰地认识到，需求牵引、问题导向、强化基础是企业健康发展的重要前提，在落实军工制造企业智能制造体系构建的过程中，应将企业的实际需求放在第一位，在通过信息化、数字化、智能化促进企业转型升级的过程中，总体设计、综合考虑、分布实施、试点示范，形成成功实践的推广案例和方法策略，促进军工制造业并联式发展。

参考文献

[1]周济.智能制造：“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284. Zhou Ji. Main Direction of "Made in China 2025"[J]. China Mechanical Engineering，2015（17）：2273-2284.（in Chinese）

[2]李晓红，高彬彬，祁萌，等.智能制造技术发展及国外国防领域研究应用现状[J].国防制造技术，2015（4）：9-12 Li Xiaohong，Gao Binbin，Qi Meng，et al. Development of intelligentmanufacturingtechnologyandresearchand applicationstatusofforeigndefensefield[J].Defense Manufacturing Technology，2015（4）：9-12.（in Chinese）

（责任编辑余培红）

作者简介

曾龙飞（1986-）男，硕士研究生，高级工程师。主要研究方向：钣金成形制造技术。

Tel：15179862645E-mail：longfei_zeng@126.com

Methods and Strategies of Intelligent Manufacturing Promotion in the Field of National Defense Research and Production

Zeng Longfei*，Xiong Xiyao，Cao Bingxuan

Changhe Aircraft industry Group Co. LTD，Jingdezhen 333002，China

Abstract： The paper mainly introduces the development status， achievements and problems of intelligent manufacturing in the field of national defense research and production， combined with the achievements and experience of Changhe Aviation Industry Co. LTD. In promoting intelligent manufacturing， the methods， strategies and suggested measures for promoting intelligent manufacturing in the field of national defense scientific research and production are put forward.

Key Words： national defense research and production； intelligent manufacturing； helicopter rotor system； intelligent workshop