淺析智能制造在民機制造企業的應用

徐旺，陳智超，袁士琳

淺析智能制造在民機制造企業的應用

徐旺，陳智超，袁士琳

（上海飛機制造有限公司，上海 201324）

智能制造技術是幫助傳統企業改造升級的最佳路徑，是驅動航空產業快速成長的關鍵。通過介紹民機智能制造模式的特點，搭建了民機制造企業智能工廠的架構，分析了智能制造在工廠的應用案例，給出了智能工廠的建設思路。

智能制造；航空產業；民機；智能工廠

智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等[1]。智能制造技術的快速發展正在影響和改變傳統制造業的生產模式，通過智能制造技術變革傳統的制造模式是中國制造業尤其是中國航空制造業在新時代所面臨的巨大機遇和挑戰。要想進一步提高中國航空制造業的技術水平，促進中國民用飛機產業在智能制造時代背景下的技術變革，提升中國在民機制造領域的影響力和話語權，必須探索出一條適合民機制造企業的智能制造新模式。民機智能制造的模式需立足航空業的產業特點和實際情況，尋找讓人、數據、知識、設備、產品等各種資源能夠有效配置的方式，補足體系性不足，只有從概念設計階段開始，全面實施智能制造理念，才能夠實現真正意義上的智能制造。

1 民機智能制造的模式特點

民機智能制造的理念需貫穿飛機研制的全生命周期，即在飛機生產的各個環節（包括概念設計、詳細設計、工藝研發、零件制造、飛機裝配、交付運營等）全面施行智能制造概念，才能改變現有飛機生產模式，提高生產的效率與管理水平。智能制造在民用航空領域應用需要把握以下特點。

1.1 數據互聯是基礎

數據和互聯包含三個維度：①各個系統端到端的連接，實現了工程、工藝、生產、運維等一整條制造鏈上的端到端的雙向連接和閉環協同；②從設備到管理的縱向集成，在企業內部，實現從計劃編制、計劃下發、生產執行、生產派工到設備工位、設備與生產數據的縱向集成；③供需鏈上生態系統的橫向集成，實現制造商與上游供應商、系統集成商、合作伙伴、院所，以及與下游客戶、終端市場的數據互聯。

1.2 制造需求是關鍵

系統的端到端連接使得企業從每個環節獲取了大量數據，這些大數據的分析將提升企業以及產品全方位的能力，比如可以了解不同階層、商務人士的需求，在設計、研發、工藝、維護、運營等各個環節協同運作，從而能夠滿足不同的客戶及生產要求，實現飛機“私人訂制”需求。

設備到管理的縱向集成可以實現底層硬件物理、工藝設計、制造過程到企業管理的縱向打通，要實現自動化實施率和工人的比例可以進行快速的切換，適應不同的產能需求，就必須實現設備到管理的縱向集成，從而實現企業“混合生產方式”的提升。

供需鏈上生態系統的橫向集成能夠將產品的上下游產業鏈進行聯通，實現橫向貫通，比如在采購鏈上就可以盡量做到根據訂單量靈活調整產能本身，快速實現飛機產品的維修維護，最大程度減少備品備件量，實現“零備品備件”的敏捷運維方式，而不是根據預測訂單量來設計固定的產能。

1.3 模式轉變是驅動

生產線模式將由“自動化生產線”向“柔性化生產線”轉變。隨著空域開放、社會財富增加、時間成本增加，民用航空市場將進一步開放，航空公司需更多不同配置的飛機。系統的端到端連接可實現企業柔性生產線的協同運行，制造多種相似型號的機身、機翼，幫助企業改變現在以具體型號進行劃分相對固定的生產線的模式，轉為“柔性化生產”制造模式。產業鏈模式將由“透明工廠”向“透明產業鏈”轉變。隨著信息采集技術的應用，大飛機的制造過程已部分實現生產現場的數據采集及實時狀態監控，初步具備了透明工廠的特點，但目前所采集的數據還缺乏統一有效的管理手段。隨著對設備到管理數據的縱向集成和供需鏈上生態系統的橫向集成，企業將可以實現整個產業鏈的透明化管理，實現制造過程的全產業鏈監控，從“透明工廠”向“透明產業鏈”轉變。

制造商模式將由傳統“主制造商+供應商”模式向“集成制造商+專業化云制造”轉變。在傳統的“主制造商+供應商”模式下，各供應商各自完成所承擔的部段制造任務，后由主制造商總裝成整機結構。通過供需鏈上生態系統的橫向集成，企業可根據各供應商的制造特點與專業特長，將其生產能力虛擬化至云端，由集成制造商通過大數據分析和物聯網選用合適的供應商，充分發揮各供應商的技術優勢，由傳統的“主制造商+供應商”模式向“集成制造商+專業化云制造”模式轉變。

1.4 產業提升是目標

在未來的飛機生產中，主制造商可在實現了端到端連接、打通橫向、縱向互聯的基礎上，實現從管理到制造、從供應到需求的全智能化管理，并通過大數據的分析，實現私人定制、混合生產、柔性制造等未來飛機制造的需求。飛機的制造模式也將向透明產業鏈、柔性化生產以及集成化制造和云制造轉變，最終實現民機制造產業水平的大幅提升，如圖1所示。

2 智能制造在民機企業的應用

智能制造在企業中的直接應用就是智能工廠的建立。智能工廠承載著整個供應鏈和生命周期中所需的各種信息，整個生產價值鏈中所集成的生產設施能夠實現自組織，以及能夠根據當前的狀況靈活地決定生產過程。智能工廠的目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式[2]。

根據智能制造的特點，并結合民機企業的制造模式，民機企業智能制造工廠的總體架構可分為四個層級：決策層、應用層、信息層和物理層。其中應用層又可按照民機生產流程細分為智能生產制造、智能裝配以及智能測試。每一層級都包含大量的智能制造設備和智能制造技術，如圖2所示。

圖1 民機智能制造的新模式

圖2 民機制造企業智能工廠架構

目前國內制造企業中智能工廠建設開展得比較好的單位有西門子成都工廠、三一重工、青島海爾集團等，而成飛集團智能數控機加車間是中國航空制造領域應用智能制造較早也較為先進的代表。其主要的模式特點與應用效果分析如下。

2.1 主要模式特點

成飛智能數控機加車間通過數據監控和采集，建立了設備間的數據互聯及數據收集，進而實現了從計劃編制、計劃下發、生產執行、生產派工到設備執行的縱向集成。在此基礎上又通過智能數控編程、在機檢測質量控制、自適應加工等實現了車間的智能加工及柔性化生產。

2.2 所應用的主要技術

成飛數控機加車間主要應用了工業物聯網技術、垂直系統整合技術、模擬技術以及大數據分析技術，通過工業物聯網、垂直系統整合技術實現了數據的互聯，通過模擬技術實現了智能加工，通過大數據分析技術，實現了優化計劃排程、自動配送刀具、自動故障預警等。

2.3 應用效果

通過智能制造車間的運行及關鍵技術的應用，成飛數控設備利用率顯著提升，已達到國內領先水平并接近國際先進水平。以機床換刀進行生產加工為例，當決策層下達指令進行生產任務時，立體庫刀具調度室收到指令，同時生成二維碼，二維碼對應唯一的刀具且有位置信息，通過掃描二維碼將刀具從立體庫中取出放至AGV小車；AGV小車讀取二維碼信息并通過視覺引導定位系統即可將刀具轉運至刀具托架；再通過智能機器人完成刀具從托架至機床上的換刀，完成加工后，實時數據傳送至生產調度中心進行重新決策，此時刀具庫已完成自動更新。

3 結論

智能工廠的建造是循序漸進的，在實現了自動化設備標準化和數據互聯的基礎上，綜合應用大數據分析技術、云計算技術、增材制造技術等智能制造領域的關鍵技術，同時在實施的過程中必須與車間MES/DNC/CAPP 等系統進行集成，實現生產數據的全面采集、設備運行狀態監控[3]，進而促進柔性化生產、透明產業鏈等模式的轉變，逐步從智能單元、智能生產線到智能車間再到智能工廠，實現資源的高效配置及供需方的合作共贏，最終促進民機制造產業水平的大幅提升。

［1］岳維松，程楠，侯彥全.離散型智能制造模式研究——基于海爾智能工廠［J］.工業經濟論壇，2017，4（1）：105-110．

［2］繆學勤.智能工廠與裝備制造業轉型升級［J］.自動化儀表，2014，35（3）：1-6．

［3］李利民，侯軒，畢晉燕.高端裝備制造業智能工廠建設思路和構想［J］.科技創新與生產力，2016（267）：16-19．

F426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.063

2095－6835（2019）13－0143－03

徐旺（1986—），男，碩士，工程師，主要從事科研創新管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕