智能制造需量體裁衣
——探討軍工智能車間的分類與要素

韓龍寶 宋大曉 趙雄飛

進入21世紀，全球科技創新和產業變革呈現新的發展態勢和特征。以信息技術和先進制造技術為代表的技術創新，帶動工業領域向智能化、綠色化、服務化方向發展。作為傳統制造業強國，德國于2011年提出了“工業4.0”概念，并將其上升為國家戰略。2012年，美國出臺了“先進制造業國家戰略計劃”，強調建設智能制造技術平臺，引領“再工業化”。2015年，我國發布《中國制造2025》，明確提出“著力發展智能裝備和智能產品，推進生產過程智能化培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智能化水平”。隨后推動實施了百余家智能制造試點示范項目，探索形成了有效、可復制的經驗和模式。

國內外智能制造的實踐經驗

近年來，在新一輪的工業革命與智能制造的背景下，國內外涌現了一批智能制造先進實踐案例，對國防科技工業具有一定的借鑒意義。

離散制造行業的智能制造。三一重工集團針對產品多品種、小批量的特點，圍繞客戶對產品個性化定制日益強烈的需求，以工程機械產品為樣板，通過建設自動化的制造設備、數字化的研發與運營管理、敏捷化的物流配送和基于物聯網的車間網絡，實現了混流生產與個性化產品制造的生產模式。制造過程數控化率達到91%，生產效率提高了35%，產品研制周期縮短了52%。

新技術推動導彈生產線智能化改造。為構建導彈制造“小批量、多品種、高精度”的智能制造體系，美國雷神公司從導彈研制虛擬化設計、機器人標準化裝配、增材制造技術、自動化物流運輸、信息數據系統管理等方面大量引入新思路和新技術，建設了導彈自動裝配機器人生產線，有效提升了裝配過程的精確性、靈活性以及生產效率。

工業4.0的雛形。西門子公司安貝格電子制造工廠是最接近工業4.0概念的數字化工廠。工廠貫徹精益制造理念，逐步通過全集成自動化以及數字化研發與制造系統建設，打通縱向與端到端的集成，以實現全流程高效的數字化、自動化運行。

總之，智能制造在不同行業具有各自的發展方向和特點。與其他行業領域相比，國防科技工業涵蓋了核工業、航空、航天、兵器、船舶、電子等主要行業，具有多品種、小批量、長周期、變狀態、高質量、強安全復雜產品集成制造的特點，需要在設計制造兩元體制、配套層級多、產品加工制造過程復雜等多約束條件下，統籌土地、設備、工藝、人員、產品等生產要素，將自動化、數字化、網絡化、智能化技術融合應用，尋求質量與效率最優，探索內涵式發展的道路。因此，研究軍工智能車間分類和構成要素，探索具有軍工特色的智能制造發展路線具有重要意義。

軍工智能車間的概念和主要特征

車間是企業在生產過程中完成一組工序或單獨生產一種產品的單位，車間內的活動具有典型的工藝專業相關性。智能車間是智能制造的子集，是以生產車間為載體，以關鍵制造環節智能化為核心，以自動化、數字化、網絡化、智能化為特征，利用物聯傳感技術、網絡技術、自動化技術、人工智能技術等，推動生產系統向信息深度自感知、智能優化自決策、精準控制自執行方向優化，從而推動生產模式向精益化內涵式發展轉變，最終實現縮短生產制造周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗、保障安全生產等目標。

與傳統制造車間相比，智能車間具有諸多典型特征：自動化——實現生產過程中的物流、生產、檢測自動化和無人化；數字化——制造信息轉化為可度量的數字、數據和模型，包括產品的數字化模型、工藝流程模型、工廠運行模型、環境模型等；網絡化——制造信息系統、制造設備、傳感器等之間的標準化數據傳輸，實現數據流的無縫集成；智能化——以效率和質量為目標，將車間制造相關工藝、設備、物流、計劃、執行等多業務集成，利用智能算法、大數據分析、人工智能等新一代信息技術，進而解決制造系統中各種極其復雜的優化決策問題，如生產過程的調度、設備預測性維護、生產經營決策等。

智能車間分類與要素建議

借鑒國內外智能制造的相關經驗，結合國防科技工業裝備產品的制造工藝特點，總體上分為流程行業和離散制造行業。軍工智能車間可具體劃分為4大類、15小類（表1）。一是化工類：化工類是典型的流程行業分類，按照國防科技工業的典型化工產品細化為火工品、復合材料、核化工3個智能車間小類，典型產品如火工品、碳纖維、核燃料元件等；二是結構產品加工類：結構產品加工屬于離散制造行業機械加工類，按照產品加工典型工藝過程，可細分為切削加工、成型加工、焊接加工、熱表工藝、復合材料成型5種智能車間小類，典型產品如殼體、箱體等；三是結構產品裝配類：結構產品裝配屬于離散制造行業，按照裝配產品的尺寸、種類、批量、裝配工藝性進行細分，包括定位裝配、柔性脈動裝配、節拍裝配和流水線裝配4類不同的裝配智能車間模式；四是電子產品制造類：按照軍工電子產品的制造層級，可分為芯片制造、微組裝、電子裝聯3個智能車間小類，如芯片、微傳感器、印制板等。

為便于各類單位判斷智能制造實現程度，圍繞各類型軍工智能車間的典型特征，可將其發展階段劃分為基礎階段和高級階段。基礎階段——企業關鍵生產環節引入自動化生產設備，初步形成自動化生產體系；完成生產設備數據采集聯網；建設制造數字化信息系統；開始對生產數據進行初步應用。高級階段——企業以適度的自動化為基礎，拓展數字化、網絡化和智能化的技術應用，實現制造全過程的信息深度自感知、精準控制自執行、智能優化自決策。

表1 軍工智能車間的分類、工藝特征與典型產品

從智能車間的分類、典型特征和發展階段三個維度，可以提出軍工智能車間的主要構成要素（表2）。

軍工智能車間建設的啟示

智能制造既是技術，又是系統，也是模式，不同的人和企業對軍工智能車間的理解和關注點都存在差異。智能車間的目標是實現高效率、高質量的制造，無論是信息化、自動化或智能化技術的應用，都應該服從這些目標。企業在規劃建設智能車間時，必須符合行業實際并結合自身的發展階段，找準建設目標和方向，量體裁衣，合理規劃，分階段推進。企業在開展智能車間建設和應用中，生產模式是靈魂、工藝優化是前提、系統集成是核心、智能裝備是基礎、信息系統是手段、信息安全是保證。

在軍工智能車間規劃建設過程中，還應注意：一是企業在開展智能車間規劃時，要把效率和質量目標與生產制造模式變革和工藝優化有機結合，通過模式變革和工藝優化支撐目標的實現。二是在智能車間項目的實施過程中，要將工藝、設備、物流、計劃、執行等多項業務通過網絡系統、信息系統和控制系統集成，實現效率和質量目標的落地。三是軍工智能制造對保密和安全提出了嚴格的要求，需要妥善解決智能車間建設中的保密和安全問題，如在工控網與國密網之間制造數據的交互問題、智能裝備的防爆問題等。四是智能車間建設要落實企業的主體責任，政府更好發揮引導作用。由于智能車間的建設關系到企業變革、生產與管理流程優化、資源配置方式等多種因素，企業要主動作為、提高認識、加強組織領導和投入。

表2 軍工智能車間的主要構成要素