軍工數字化建設的思考與展望

方憶平/文

數字化是信息化建設的新階段，主要是利用大數據、人工智能、云計算、移動通信、網絡、機器人、區塊鏈等一系列IT 技術來推動企事業和管理機關轉變工作模式，推進管理和科研生產方式的變革和進步。對軍工行業的轉型升級而言，數字化建設具有特殊重要的意義，應予以高度重視。

軍工行業是國家戰略性產業，具有技術密集度高、產業關聯范圍廣、軍民融合性強、輻射帶動效應大、工業化信息化融合深的特點。軍工行業的科研生產是多學科交叉的高科技領域，涉及燃燒、氣動、流體、結構、強度、傳導、試驗、分析、工藝、制造等多個專業，產品復雜性和安全性要求均極高。軍工行業的管理有需求分析、預研、建議書編制、立項、設計、裝配、試驗驗收、交付、保密、安全、維修、保障和人力資源等環節，是一個工程艱巨、協調面廣的復雜過程。在軍工生產的全生命周期中，需要科研生產與管理各部門和單位密切配合，才能實現產品研制的高效率、高質量、低成本、無事故等目標。

科研生產數字化使產品設計模型化、科研生產流程有序化、生產過程透明化、生產工藝結構化、質量管理統一化、設計運維一體化和故障預測化。推動產品由傳統基于原型系統和試驗的逆向跟隨式設計向基于模型和仿真的正向創新研發轉變，從傳統“設計—制造—試驗”模式到“數字設計—虛擬綜合—數字構型—物理制造”的轉變，確保產品制造的成功率、一致性和高質量。

軍工管理是一個相互緊密聯系的復雜體系架構，需要建立一套標準體系、一套數據庫、一個基礎交換平臺，基于數據資源中心、地理信息系統（GIS），采用客戶端和瀏覽器服務（CS+BS）方式，使軍工管理的項目計劃與進度、工作流程、客戶關系、檔案文檔、財務與資產管理和人力資源，以及國內外相關動態信息等，實現可視化綜合顯示、綜合分析評估和輔助決策等功能，使生產效率、產品質量、制造成本、產品維保等方面取得明顯進步，對于管理范圍較廣、層級較高的數字化系統，還可以充分運用通信、導航、遙感衛星，實現跨地區空天地一體化多維數據的采集，通過構建空間地理信息數據庫，實現空間位置信息、三維幾何信息、視頻、圖片和語音等各類信息的綜合處理，利用VR/AR 技術提供虛擬對象與物理實體動態同步的全景視圖。

數字化系統建設需要實現信息的縱向、橫向、端到端的集成任務，如數字化車間要求產品設計、工藝和制造信息之間貫通，生產現場各種制造裝備之間的互聯互通，生產現場制造執行系統（MES）和企業資源計劃（ERP）之間的信息交換，企業與供應方、協作方之間的信息集成。面對的分系統往往是獨立異構的，數據標準不一，因此必須解決網絡協議一致、數據格式一致的問題才能實現系統互聯、數據匯聚和價值挖掘。為此，系統建設中應建立數據標準生成、工具、管理及應用服務的支撐平臺；統一文檔管理、統一目標管理、統一流程管理、統一監控發布、統一體系評價等；實現數據標準立項、編寫、審批、發布、修改、作廢、版本控制、查詢等全生命周期管控；基于流程引擎將標準要求植入工作流程和崗位職責，形成監控關鍵點，通過考核執行提高工作成效；通過體系審核與評價來檢驗和改進標準體系運行狀態，這些工作要貫穿于數字化建設的全過程。

軍工數字化將推進以經驗指導為主的管理和開發模式向標準化、規范化模式轉變，這需要將管理和科研生產的每個環節乃至全過程均建立起數學模型，通過基于海量數據建模分析，將關聯性或規律性的知識和成熟的工作經驗轉化為數學模型，將高成本的實物研發和管理活動轉變為低成本、高效率的數字虛體，如下圖所示。

模型中的變量關系可分為隨機性和確定性兩類，隨機性模型以專家支持系統為基礎，變量之間關系具有統計值或概率分布特點，大部分軍工管理類模型屬于此類；科研生產中變量關系相對確定，故其大部分屬于確定性模型。模型必須真實、系統、完整地反映客觀現象；具有代表性和外推性，即能反映原型客體的內在規律，并有外向推斷力；反映完成基本任務所達到的各種業績，并能接受檢驗。在建模過程中，要把本質的東西及其關系反映進去，把非本質的、影響較小的因素去掉，使模型既保證較高的精確度，又具有可操作性，數據易于采集。模型建立以后即可將其程序化、軟件化，并建立起智能化的模塊組件，為數字化系統奠定基礎。

流程再造（Process reengineering）是伴隨著信息化而興起的一種流程管理文化，其基本思路是認識信息技術/信息系統的潛力而重新選擇或建立管理和生產流程以達到整體流程最優化，流程再造一般是在系統建設的需求分析階段之后，按照“整分合”的辦法進行，它包括整體目標的確立、系統分解、組織綜合三個步驟，對其組織、生產管理流程、業務模式、人力資源和文化等方面進行系統性、完全的重新定義，建立優化的流程架構和審核機制，并建立相應的數學模型。流程再造推行后，需要及時建立健全相應的績效評估機制，以保證再造流程的實施。

我國軍工數字化建設起步于20 世紀90 年代初，從傳統機械加工向數控化轉移開始，逐步瞄準三維數字化設計制造技術，在科研生產領域全面推進，并借助數字化的手段提升了管理水平，同時還注重行業保密和網絡安全等特殊要求，取得了很大的成績。如中航工業西安飛行自動控制所，是國內從事飛行控制、慣性導航專業的主力科研機構，該所充分發揮數字化系統的作用，持續不斷地深化協同管理變革，取得了管理水平、資產運營效率行業領先，科研生產收入持續快速增長的良好效果。沈陽飛機設計研究所，以信息化技術為基礎，引入并行工程原理，變革飛機設計、試驗、制造流程，構建了協同研制平臺和單一產品數據源管理模式，完成調整和更改工藝流程近百項，實現了數字樣機替代傳統實物樣機，使飛機研制周期縮短了40%，提高了產品質量，降低了研制成本，提高了企業競爭力。西安飛機公司生產的大型軍用運輸機運-20 采用多站位間行進總裝脈動式生產線，是完全無圖紙的數字化制造。運-20 在此次抗擊疫情的戰斗中充分顯示了戰略運輸機的突出作用。

目前軍工系統與我國傳統工業基本處于數字化2.0階段。2019 年，我國5G 蜂窩移動通信技術投入商用，其特點是廣覆蓋、大連接、高寬帶、低時延、高可靠，這為工業互聯網、車聯網提供了通信基礎。5G 將與人工智能、大數據、移動互聯網、物聯網、云計算等協同融合，特別是物聯網（IOT），它以數字化方式將物物互聯，并和人工智能（AI）結合形成AIOT，開啟了工業人工智能互聯網時代，這既為新一輪工業革命提供了關鍵支撐，也是軍工數字化轉型的方向，其主要特征是基于新一代信息通信技術，實現“智能感知、網絡協同、敏捷響應、高效決策、動態優化。”科研生產單位的每個組成部分都將實現可互操作特性的數字化，從而提升生產率；各種設備的互聯和分散的智能，保證小批量產品制造的實時控制和靈活性；協同的供應鏈管理，確保對市場的變化和供應鏈具有快速響應的能力；綜合優化的決策，確保資源利用的效率；先進的傳感器數據采集和大數據分析貫穿整個產品生命周期，從而實現快速的創新周期。軍工系統的人與人、人與機、機與機之間的深度智能互聯融合，并形成整體產業鏈協同發展，將使產品數字化、制造智能化、運維網絡化、管理信息化，研發的裝備則可從獨立的單臺（套）產品發展到多軍兵種智能武器互聯系統，軍工將成為集裝備預測、研發生產、運維保障及效能評估于一體的軍工數字化產業體系，在線管理、數字運營、科學決策，實現我國軍工產業的全面騰飛。