從智能制造理念到工程實踐

北京航天控制儀器研究所　梁新建

在加強智能制造理論探索基礎上，北京航天控制儀器研究所積極實踐，通過吸收先進技術和提升創新能力，實現關鍵產品工藝結構化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制以及數字化物流管理。通過研制模式變革，推動組織與人、先進技術和經營管理的融合，提升了企業研發、生產、管理和服務的智能化水平，全面提升了北京航天控制儀器研究所的市場競爭力。

一、“工業4.0”已經來了，我們怎么辦？

成都西門子生產及研發基地是西門子在中國設立的最大的現代化智能工廠，于2013年初竣工，西門子成都工廠是工業4.0思想的重要工程實踐。

國內首個“智能工廠實驗室”于2014年10月在同濟大學中德學院落成。這一實驗室將“工業4.0”概念變成了看得見的實物，是人才培養和智能制造技術探索實踐的重要平臺。

在中國制造業面臨來自歐美發達國家和發展中國家前后夾擊的大背景下，國務院于2015年5月發布了《中國制造2025》，這是我國實施制造強國戰略第一個十年行動綱領。

“工業4.0”已經來了，航天企事業單位怎么辦？航天智能制造離工業4.0還有多遠？

二、“熱詞”背后的冷思考

工業4.0，再工業化、中國制造2025、工業互聯網、信息物理系統、云計算、互聯網+、大數據、智能制造、智能工廠、數字化車間、精益生產以及企業架構等一系列“熱詞”蜂擁而至，這些離散的、碎片化的華麗概念在人們議論、轉發、紙上談兵后便迅速銷聲匿跡。

產生這種現象有幾個原因：第一，很多人覺得這些“熱詞”就像“上頭條”的明星，除了是供大家茶余飯后的談資，和自身工作有什么關系呢？第二，缺乏對新概念的系統思考能力，淺嘗輒止，看完專家的文章，聽完專家的講座，說一句“不過如此”了事；第三，滿足于到標桿單位走走看看，寫完觀后感，實踐與落實的事情還需認真“研究研究”；第四，目光短視，自我封閉，未想深入到“熱詞”的幕后去一探究竟；第五，沒有危機意識，不愿意為未來投入精力，更不會領悟到歐美發達工業國家在技術、產業方面繼續領跑的態度和決心。

當前，航天各部門既同時面對著改革發展和經濟增長的壓力，又面對著行業內競爭進一步加劇的壓力。挑戰和機遇就在眼前，通過扒開這些華麗“熱詞”的外衣，不被概念所困惑，讓這些“熱詞”真正融入到航天智能制造中就是直面挑戰最好的方法。

三、智能制造工程實踐

1.將智能制造作為主攻方向

德國的“工業4.0”、美國的“再工業化”與中國的“中國制造2025”，三者有一樣的內核，就是智能制造。

智能制造是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術以及人工智能的基礎上，通過感知、人機交互、決策、執行和反饋，實現產品設計過程、制造過程和企業管理及服務的智能化，是信息技術、制造技術和管理科學的深度融合與集成，是制造業創新驅動、轉型升級的制高點和突破口。智能制造本身既能促進生產力提升，也是一種新型的生產方式。智能制造是數據、信息、知識與智慧的承載體，更是先進管理理念的物化。

北京航天控制儀器研究所已將智能制造作為主攻方向，通過關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制與數字物流管理，逐步開展智能制造的探索性工程實踐。

2.智能制造初步探索與實踐

北京航天控制儀器研究所為提高生產效率、提升管理水平，結合自身特點，并切合實際需求，分步開展智造制造工程實踐，智能制造實踐范圍涉及核心產品的關鍵環節。

通過先進的控制技術、通信技術和計算技術的深度融合和有機協作，將產品生產線改造為一個結構合理、動力充沛的自動運轉的智慧生命體。生產集控系統就像是“大腦”，負責決策與管控。數控系統、驅動系統、工業通信網絡等組成了“神經中樞”，負責互聯和信息傳遞。電子標簽、視頻監控、傳感器等構成“五官”，負責信息收集與感知。工業機器人、數控設備更像“四肢”，確保執行精準、到位，某精密零件智造單元如圖1所示。

圖1 某精密零件制造單元生產現場

智能制造建設的價值不僅限于生產環節,可以向前端的工藝設計環節延伸,通過對制造工藝的結構化，實現產品、工藝、工廠和資源（P3R）四大數據的有機關聯和結構化組織，保證數據的一致、有效和重用。同時，通過結構化工藝系統與制造執行系統的集成，實現三維模型、工藝指令等信息向生產現場的推送，北京航天控制儀器研究所已經完成產品全生命周期管理（PLM）、企業資源計劃（ERP）以及制造執行系統（MES）的系統集成建設，實現業務的全面數字化，為智能化奠定基礎，系統集成架構如圖2所示。

圖2 PLM、ERP、MES系統集成框架圖

智能制造有效提升設備利用率，減少水、電、氣消耗，減低運營成本，這符合綠色制造理念。另外，智能制造促使生產準備、工藝、調度、質量與設備管理都緊緊圍繞零件加工這一核心目標，實現并行工作，踐行了精益生產理念,最大限度地降低了時間成本。

智能制造還將促進人的進一步解放。通過工業機器人的全面引入，集成包括智慧物流系統、智能傳感系統、自動控制系統等先進技術，將勞動者從簡單重復的勞動中解放出來，減輕精神壓力。

四、智能制造與變革

北京航天控制儀器研究所的智能制造探索實踐才剛剛開始，整體研制模式正在發生根本性改變，在加強關鍵核心技術引進、消化、吸收的同時，開始注重自身研制模式的變革，從根本上營造智能制造局面。

1.智能制造，標準先行

智能制造的柔性與敏捷建立在“嚴謹”之上，標準化工作占有舉足輕重的地位。實現智能制造目標的核心和關鍵是實現人、機器以及資源的互聯互通，“原子與比特”的智能聯接必然要求一個系統框架，在這個框架內，多種終端設備、應用軟件之間的數據信息交換、識別、處理、維護等必須基于一套標準化的體系。

傳統的標準化模式是當產品在技術成熟后才進行標準制訂，屬于后補性模式。而對于智能制造的標準化應采用“前導+研發”模式，即伴隨先進技術的研發，標準化同步甚至超前進行，為智能制造發展勾勒出整體框架。

2.加強數據資源管理能力

在信息的增值鏈上，數據是源頭。實現數據采集只是智能制造的前端基礎部分，將數據采集上來干什么，如何好好利用才是問題的關鍵。

加強數據資源管理的工作重點是理清數據關系，統一數據標準，構建分析模型和建立數據管理機制，以解決“方言”問題、數據的集成共享問題和綜合利用問題。只有真正盤活數據資產，最大限度發揮數據作用，智能制造的基礎才能穩固。

3.掌握關鍵核心技術

在加強智能制造工程實踐和經驗積累的同時，開始注重智能制造核心技術的吸收、研究與創新。智能制造核心技術如不掌握，長遠深度發展定會受制于人。

通過提升對高檔數控機床、工業機器人、增材制造裝備、新型傳感器、智能測量儀表、工業控制系統與制造執行系統等先進技術的學習及消化吸收水平，北京航天控制儀器研究所對智能制造核心技術超前規劃布局，瞄準突破口和主攻方向，著力攻克了一批關鍵核心技術，已經成為智能制造技術和解決方案集成商。

4.研制模式的同步變革

智能制造單元或數字化車間試點建設不僅會加快人機智能交互、工業機器人、增材制造和智能物流等技術和裝備在生產過程中的應用，重點將促進企業研制模式的改變。例如，智能制造單元運行過程中，工藝人員的核心與紐帶作用將真正得到體現，工藝可以提前介入設計環節，保證設計結果的可制造性，減少工程更改，還可將生產準備時間前移，縮短生產準備周期。另外，隨著智能制造項目的推進，計劃調度、業務和成本銜接等經營管控模式也將隨之改變。

5.復雜巨系統管理

智能制造是復雜巨系統，智能制造系統的建設、維護和管理變得越來越困難。系統的復雜性已經超出了分工理論的能力范圍，通過成立智能制造建設領導小組，統籌協調智能制造建設全局性工作，對重大規劃、重大問題和重要工作安排加強戰略謀劃，保證智能制造建設目標、行動和能力的匹配。

6.培訓和持續的專業發展

智能制造涉及新概念、新技術，在智能工廠，員工的角色將發生顯著變化。工作中的實時控制將越來越多，這將改變工作內容、工作流程和工作環境，將極大地改變操作工人、工藝師，甚至設計師的工作和技能。因此，通過培訓和持續的專業發展，促進終身學習和專業持續發展，保障人力資源配備合理。

在堅持外腦引進，建立智庫的同時，通過加強智能制造人才發展統籌規劃和分類指導，以高層次、急需緊缺專業技術人才為重點，實施知識更新工程和智能制造卓越工程師培養計劃，將智能制造打造成工程創新訓練中心，變成打造高素質復合型人才隊伍的基地。

五、結語

智能制造實現了“原子”與“比特”的互聯，具有軟硬一體、剛柔相濟、虛實結合和技管并重的特點。隨著智能制造項目的推進，傳統的生產模式將朝敏捷化、智能化以及綠色化的方向轉變。

智能制造將領銜新工業革命。通過攻克智能制造關鍵技術，推動成果工程化、產業化機制變革，北京航天控制儀器研究所正在成為智能制造整體解決方案供應商，初步形成新的經濟增長點。