全面提升國防科技工業的智能制造水平在“中國制造2025”戰略中發揮獨特作用

□湯文仙

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全面提升國防科技工業的智能制造水平在“中國制造2025”戰略中發揮獨特作用

□湯文仙

《中國制造2025》是中國推動傳統制造業轉型升級和應對新技術革命實現高端化跨越發展的整體謀劃，智能制造是實現轉型發展和跨越發展的最佳途徑。通過智能制造能夠帶動各產業的智能化水平的提高，其數字化、網絡化、智能化成為主攻方向。國防科技工業是國家戰略性產業，是國家制造業的重要組成部分，也是工業4.0的決勝之地。武器裝備科研生產多為復雜產品，一般為多廠所協同設計制造，并需要具備快速反應、變批量生產、全生命周期支持等多方面的能力，充分體現了一個國家工業化的基礎能力和管理水平，處于中國工業4.0發展的核心地位，國防工業要在“中國制造2025”戰略中發揮獨特作用，集智攻關、重點突破。

數字化是國外國防科技工業的發展方向

為了適應新軍事變革和信息化戰爭的要求，國外國防科技工業領域都在不斷推進以數字化為核心的工業體系建設，并取得了顯著成效。

致力數字化為核心的先進制造體系建設。從20世紀80年代開始，以美國為代表的發達國家就開始大力推動武器裝備柔性制造系統，隨著信息技術和數字化工業體系的發展，在武器裝備研制、生產中不僅實踐了數字化設計制造、并行工程、敏捷制造、集成制造、異地設計制造、協同設計和制造等一系列先進制造技術計劃，而且實現了武器裝備的虛擬制造和全壽命管理，形成在武器系統整個生命周期內，能夠做出快速反應的高水平制造能力。日本和德國也制定和實施了智能制造系統計劃和工業基礎技術研究計劃，旨在用數字化技術改造傳統的制造業尤其是軍工制造業。

軍民協同創新推進國防智能制造的進程。2014年2月美國國防部牽頭組建成立了“數字制造與設計創新機構”（DMDII），主要研究數字化數據在產品全壽命周期中的交換以及在供應鏈網絡中的流動，以推進數字化、智能化制造。2015 年9月，D M D I I提出了其關注的4大技術領域：先進制造企業、智能機器、先進分析和賽博物理系統安全。現已擁有80多家成員，涵蓋多家企業、政府機構、院校和研究所等軍民口組織。其中，波音、洛馬、通用電氣、羅羅等軍工企業均是創始成員和一級成員。在今后5年內，DMDII將陸續獲得政府投入的7000 萬美元資金，各成員單位配比的2.5 億美元“成本公攤”資金，支持關鍵技術開發與成果轉化。首個項目是美國國防先期研究計劃局（DARPA）發起的自適應運載器制造（AVM）項目的技術開發和成果轉化，通過再造復雜系統的開發和制造方式，以同一制造系統來設計和制造水上、水下、地面、空中、空間的所有種類的運載器。技術應用后將徹底變革武器裝備研制流程，縮短研制時間80％以上。

數字化制造模式取得了顯著成效。波音公司在B777和B787研制過程中，采用并行工程和虛擬設計／制造等方法，組建集成產品開發團隊(IPT)，采用并行產品定義(CPD) 和100％的數字化預裝配，大量使用CAD／CAM技術等數字化制造模式，與傳統的制造模式相比，研制周期縮短了30％，研制成本降低了50％。波音公司在新一代戰神航天運輸工具研制和C130航空電子升級中，采用基于模型的定義和作業指導書等技術，縮短了裝配工期57％，將數字化制造推向制造現場的更深層次。此外，洛克希德導彈與空間公司(LMSC)采用并行工程和虛擬設計／制造的方法，改進產品開發流程，實現信息集成與共享，并組織綜合的產品開發團隊，從而使新型導彈的開發周期由原來的5年縮短到2年，研制縮短周期60％。

我國國防科技工業的智能制造發展之路

經過“十二五”期間國防信息化建設的有效積累，為形成數字化、智能化的國防科技工業科研、生產和管理體系奠定了堅實的基礎。

具備智能軍工制造發展的良好基礎。目前，我國國防科技工業企業已經具備了一定的信息化軟硬件基礎和條件。計算機應用已覆蓋生產、經營、設計、物資、財務和人事等方面，保障了軍民品的研制和生產。以CAD、CAPP、CAM、CAE等為代表的數字化單項技術在軍民品的研制和生產應用中已較為普及，有效地支撐了產品設計、性能優化、仿真分析等，提高了科研生產的質量和水平。

總體處于向數字軍工發展的轉型階段。我國國防科技工業通過一系列科研項目、研制保障條件建設、批生產技術改造、專門的信息化示范工程建設等手段，有效支持了武器裝備設計、制造、管理、試驗測試等方面的數字化、集成化、網絡化發展。但從總體上看，我國國防科技工業目前還處于由機械軍工向數字軍工發展的轉型階段，信息化應用尚處于由單項技術應用向系統集成的過渡時期。

部分軍工企業率先開始了智能制造探索。以中航工業直升機公司下屬的昌飛集團為例，在數字化設計和制造技術上與國際接軌，公司在S-92項目中開啟了數字化制造之路；引進了CATIA設計軟件，電子數據首次成為了生產依據，逐步實現了普通加工到數控加工、手工測量到三坐標和激光跟蹤儀測量的轉變；開發了昌飛數字化制造系統（CPS），以產品準時化交付為目標，以每架飛機在鉚裝、總裝、試飛三個階段的實物運動軌跡為實物流，建立虛擬“流動”生產線，從裝配到交付的整個離散過程，設定了從鉚接、內部噴漆、地面工序、安裝、總裝、全機交付、軍檢到交付出廠等在內的27個站位。同時，引入CAVE系統（虛擬現實顯示系統），通過呈現出的1：1立體影像，感受駕駛艙的各項操作和“檢測和維修”發動機等各種零部件。

我國國防科技工業的智能制造存在的問題

我國軍工企業目前仍處于數字化應用到集成能力平臺建設的過渡階段，與國外軍工先進的智能制造水平還有一定距離，表現在：

缺乏一體化集成及數字化協同手段。集成與協同已經成為信息化發展的重要方向。目前軍工企業在CAD、CAPP、CAM等數字化單項技術應用普及，教字化設計、制造、試驗和工程管理上仍處于單點、分散、局部的應用狀態，相互隔離，未能有效地與軍工科研生產的實際要求和業務過程相結合，缺乏系統間的信息共享、一體化集成及流程的協同與優化，系統集成、并行工程、異地協同、敏捷制造、精益生產等集成技術和新型制造模式的初步應用不足。

缺乏頂層規劃與系統分散建設問題突出。軍工企業由于信息化總體發展思路、頂層規劃不夠，造成集團內企業、企業內各部門之間各自為戰，形成了不同的軟硬件環境、不同的數據結構、不同的規范標準、信息系統分散建設、獨立運行，相互之間不能得到有效集成，難以形成體系和發揮整體效益。

信息化核心技術和支撐軟件受制于國外。從信息安全保密角度來看，國防科技工業信息化建設所需的工業控制芯片、工業軟件、操作系統、數據庫、設計開發工具等核心技術與支撐軟件，重大產品研發和工程實施所需的硬件裝備與軟件系統等信息化關鍵技術產品尚做不到完全自主，國產化裝備替代能力還有待提高，存在著信息安全風險和隱患。

我國國防科技工業的智能制造發展建議

面對以信息技術與制造業深度融合為核心的第三次工業革命的挑戰，以及新軍事變革對武器裝備發展的要求，我國武器裝備制造業的數字化水平亟待提升。

建立數字化的武器裝備科研生產體系。武器裝備系統具有研發成本高、技術含量高、小批量定制化、集成度高的特點。設計制造環節逐步從二維向三維過渡，試驗測試逐步從實物樣機向虛擬仿真發展，流程和體系逐步從串行、并行向全面協同發展。傳統物理樣機的研制模式和技術已不能適應現代武器裝備研制快速性和創新性的需求，以數字樣機為核心的研制模式已成為新一代軍品研制能力的重要途徑。全面提高武器裝備的研發和生產整體水平，應以軍工產品數字化設計制造和信息化管理為重點，全方位建立科研、生產、經營和管理的數字化武器裝備科研生產體系。

強化全生命周期數字化綜合集成能力平臺。國防科技工業產品全壽命周期的各個階段都有賴于先進技術的支持，應順應制造業信息化技術“集成與協同”的發展趨勢，將數字化綜合集成作為關鍵環節，將信息技術與型號研制業務過程的產品全生命周期充分融合，構建面向產品全生命周期的數字化綜合能力平臺，包括需求分析、概念設計、詳細設計、設計定型、生產制造、試驗與其他工程設計、后勤支持、運行操作以及培訓等多個關鍵活動或階段，并將數字化平臺進行集成，實現跨專業、跨學科、跨平臺、跨地域的協同研制生產，支撐武器裝備的快速研制和創新。

構建高效安全的“大數據”應用服務體系。數字化的核心是大數據，科研生產和管理中產生的直接信息及衍生信息呈幾何級數膨脹，其大部分數據未能進行系統利用。為此，應圍繞著產品全生命周期的相關信息進行采集、傳輸、存儲、運算和分析，構建覆蓋全行業的“大數據中心”。通過智能化分析模型和方法，對“大數據”進行分析利用，通過建模、仿真、控制和優化，發現生產運營全過程中的知識，使整個生產運營過程具備靈敏準確的感知能力、正確的判斷能力、靈活的自組織能力以及有效的協同執行能力，為提升國防科技工業智能制造水平提供支撐。

強化國防科技工業信息化關鍵技術體系。從國防科技工業產品全壽命周期入手，針對每個環節適用的技術，構建由系統總體技術群、管理技術群、制造工藝與裝備技術群、設計制造一體化技術群以及支撐技術群等組成的國防科技工業信息化的關鍵技術體系。設立重大專項，集智攻關、重點突破。一是加強對新一代信息技術、智能制造技術等關鍵技術瓶頸攻關；二是加強操作系統、工控系統、集成電路、新能源、新工藝、新材料等基礎技術攻關；三是支持以物聯網、互聯網、大數據、云計算、無線通信等應用為基礎，與武器裝備的研制環節緊密融合。

打造可靠、安全的保密防護體系。在提升國防科技工業的智能制造過程中，必須解決新技術使用帶來的安全保密風險，應始終將安全保密防護體系作為智能制造建設的重要內容和前提。建立和完善基礎信息安全體系，進一步完善包括標準規范、安全保密、人才培養等在內的安全保障機制，制定涉及的云計算、物聯網、無線傳輸、衛星定位、數據中心等相關技術的安全保密標準；制定高層次的工業控制系統安全策略和實踐規范，在大幅度提升信息化程度的同時，確保信息安全與保密。（作者單位為賽迪軍民結合研究所）