智能化體系對我國軍工企業(yè)的影響*

天津電源研究所 姜釗 于輝 蘭志成 蘇彬 杜洋

近年來，智能制造作為全世界范圍都在競相議論的熱門話題，已開始應(yīng)用在各個國家的軍工品生產(chǎn)過程中，逐漸更新的新技術(shù)手段與不斷增加的涉及范疇，正在讓軍工企業(yè)智能化的成功轉(zhuǎn)型面臨更多的難題與更大的難度。文章首先介紹了國際上先進(jìn)軍工產(chǎn)品智能制造典型應(yīng)用場景，其次，針對我國軍工企業(yè)運行的現(xiàn)狀及特殊性，討論了軍工企業(yè)與智能制造各個系統(tǒng)相結(jié)合的要義，最后提出智能化體系規(guī)劃對軍工企業(yè)的重要作用，及應(yīng)涵蓋的組成因素。

1 國內(nèi)外智能化體系概述

隨著新一輪信息革命的來到，工業(yè)云[1]、大數(shù)據(jù)[2]、AI人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、增材制造[3]等新一代工業(yè)與信息技術(shù)在全球制造業(yè)中的作用變得越來越關(guān)鍵。全球多個核心工業(yè)化國家和經(jīng)濟體，均在調(diào)整產(chǎn)業(yè)政策，規(guī)劃未來制造業(yè)的升級與再造。美國提出“先進(jìn)制造技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，德國提出了“工業(yè)4.0”[4]策略，本質(zhì)均希望依靠智能化技術(shù)，通過信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代制造工業(yè)技術(shù)的深度融合，來實現(xiàn)智能化市場響應(yīng)與設(shè)計制造過程，進(jìn)而提供智能化的產(chǎn)品和服務(wù)，從而搶占世界范圍內(nèi)制造業(yè)的制高點[5]。

行業(yè)的制造水平高低，可直接由與其存在供應(yīng)關(guān)聯(lián)關(guān)系的信息化互通程度所決定，如計算機、通信、電子設(shè)備、汽車等智能制造領(lǐng)先行業(yè)，普遍具有下游市場較大，受眾的更新?lián)Q代需求高、制造過程復(fù)雜但利潤率較高等特點。大部分國內(nèi)外先進(jìn)智能制造廠商有著豐富的自動化經(jīng)驗，甚至達(dá)成了無人化的生產(chǎn)模式，并結(jié)合自身特點，自主研發(fā)了MES、PLM、ERP等數(shù)字化、信息化系統(tǒng)，最終通過收購領(lǐng)域內(nèi)外相關(guān)廠家與供應(yīng)商[6]，達(dá)到其先進(jìn)技術(shù)的升級再造，逐漸實現(xiàn)了全球同步研發(fā)、數(shù)字化生產(chǎn)、全業(yè)務(wù)鏈綜合集成的智能制造體系。波音公司的脈動式生產(chǎn)線便是其典型代表，如圖1所示。

圖1 波音公司脈動式生產(chǎn)線Fig.1 Boeing pulse production line

國防裝備行業(yè)在各國制造業(yè)中都是高端制造和尖端技術(shù)的引領(lǐng)者，因此，各個國家對軍工企業(yè)的智能制造與數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入都十分巨大并寄予厚望，且大多成果顯著，如在太空中執(zhí)行任務(wù)的衛(wèi)星，可通過傳遞實時的飛行狀態(tài)和周圍環(huán)境等數(shù)據(jù)，來“指導(dǎo)”在地面上“伴飛”的衛(wèi)星數(shù)字孿生模型，不僅可以直接鏡像執(zhí)行任務(wù)衛(wèi)星的實際運行狀態(tài)，還可通過仿真分析等手段來提供緊急狀態(tài)下的決策方案[7]，如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星數(shù)字孿生應(yīng)用模式Fig.2 Satellite digital twin application mode

目前，我國的航空航天、電子裝配等領(lǐng)域自動化程度依舊較低、勞動力投入回報也有所下降，智能制造改革需求愈見強烈，所以智能制造的繼續(xù)深化改革與升級勢在必行。當(dāng)前，我國制造企業(yè)總體處于“電氣自動化+數(shù)字化”階段，隨著智能制造的升級與推進(jìn)，有望在2025年實現(xiàn)總體進(jìn)入“數(shù)字化+網(wǎng)絡(luò)化”階段，根據(jù)中國經(jīng)濟信息社統(tǒng)計，當(dāng)前90%制造企業(yè)配有自動生產(chǎn)線，但僅有40%實現(xiàn)了數(shù)字化管理，5%打通了工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)，1%使用了相關(guān)的智能化技術(shù)，而預(yù)計在2025年，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造企業(yè)占比將達(dá)到70%、30%、10%，如圖3所示[8]。

圖3 中國智能制造總體進(jìn)程示意圖Fig.3 Schematic diagram of China's intelligent manufacturing overall process

2 我國軍工企業(yè)制造特點解析

軍工工業(yè)是一個國家制造業(yè)的基礎(chǔ)，同時也代表著制造業(yè)的發(fā)展水平。它不僅關(guān)系到國防安全，而且代表著科創(chuàng)實力、制造能力和綜合國力。近年來，中國制造企業(yè)面臨的內(nèi)外部環(huán)境正在發(fā)生著深刻的變化，軍工制造企業(yè)同樣也面臨著類似的各種挑戰(zhàn)。從外部環(huán)境看，市場及軍方對產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)過程的質(zhì)量監(jiān)控越來越嚴(yán)苛，對產(chǎn)品的交貨期和服務(wù)質(zhì)量也提出了更高的要求。在市場全球化、軍民融合、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)升級的背景下，國內(nèi)外軍工企業(yè)之間，軍工企業(yè)與其他國有、民營企業(yè)之間，圍繞產(chǎn)品技戰(zhàn)指標(biāo)、質(zhì)量、成本、交期等環(huán)節(jié)的競爭在進(jìn)一步加劇。在內(nèi)部經(jīng)營管理方面，隨著中國社會人口的老齡化、新生勞動力減少、人力成本的上升、交流與溝通的互聯(lián)網(wǎng)化，智能終端與自動化設(shè)備的普及，給傳統(tǒng)的企業(yè)管理模式與生產(chǎn)理念帶來了全新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)階段我國某些軍工企業(yè)現(xiàn)狀還有不足之處，如：

(1)容易過分強調(diào)設(shè)備的自動化與集成化，而忽視其內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息化投入。

(2)在強調(diào)設(shè)備與工藝技術(shù)參數(shù)的把控同時，忽視了相關(guān)適用性與功能性的前期仿真分析與優(yōu)化，發(fā)生了軟、硬件先應(yīng)用、后規(guī)劃的本末倒置。

(3)生產(chǎn)和檢測設(shè)備，仍存在大量手工環(huán)節(jié)，非標(biāo)設(shè)備基礎(chǔ)較為薄弱。

(4)智能系統(tǒng)的規(guī)劃方面，缺乏應(yīng)有的宏觀架構(gòu)，設(shè)計管理與執(zhí)行制造兩個系統(tǒng)之間較為獨立，缺乏成熟的數(shù)據(jù)采集與記錄方式。綜上所述，軍工企業(yè)尤其需要新的管理理念、方法和手段來應(yīng)對目前面臨的種種問題，以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的高效協(xié)同、人性化管理與產(chǎn)品本身的智能升級。

3 智能化體系規(guī)劃對軍工企業(yè)影響

我國軍工產(chǎn)品現(xiàn)有的生產(chǎn)制造工藝大多十分成熟，但在多規(guī)格、變批量產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)的整體建設(shè)中，由于自身的智能制造建設(shè)經(jīng)驗不足，往往缺乏對企業(yè)自身智能化方案規(guī)劃的全方位有效把控，在藍(lán)圖設(shè)計階段更是容易出現(xiàn)各功能模塊投入比例失衡、避重就輕等問題。比如，很多企業(yè)非常重視對自動程度低的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行“機器換人”工作，但這種改造方式往往容易將瓶頸工序轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)的其他單元中，反而會使人工成本增加，整體效率降低。再比如，企業(yè)為打通某個業(yè)務(wù)流程，或為解決制造過程的某一類共性問題，而建設(shè)了一整套信息化系統(tǒng)，由于缺乏對整體的業(yè)務(wù)理解，導(dǎo)致了各系統(tǒng)之間的功能重疊、邊界模糊、數(shù)據(jù)來源多樣等問題發(fā)生。因此，應(yīng)結(jié)合軍工企業(yè)自身的各信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀，針對企業(yè)的實際應(yīng)用需要，來客觀、公正、合理的提出全方位的智能規(guī)劃方案[9]。軍工企業(yè)典型智能體系規(guī)劃架構(gòu)與內(nèi)容，如圖4所示。

圖4 軍工企業(yè)智能化規(guī)劃體系架構(gòu)與內(nèi)容Fig.4 Military industry intelligent planning architecture and content

在軍工企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的建設(shè)初期，總體規(guī)劃應(yīng)統(tǒng)籌質(zhì)量、效率、成本三個方面為落腳點，規(guī)劃引領(lǐng)下的實施方案甚至直接決定了整體智能化升級項目的成敗與否，良好的規(guī)劃方案將大大降低整體工程的實施周期，減少不必要的返工和失誤，規(guī)劃內(nèi)容一般可按時間邏輯關(guān)系包含以下幾點[10]：

(1)企業(yè)的現(xiàn)狀評估與長短期的智能化目標(biāo)確認(rèn)。

(2)各個階段的升級轉(zhuǎn)型與實施要點，并進(jìn)行階段性與針對性的藍(lán)圖規(guī)劃。

(3)智能化關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用評估與詳細(xì)實施路徑設(shè)計。較通用的軍工企業(yè)智能化規(guī)劃主要內(nèi)容與作用如表1所示。

表1 軍工企業(yè)智能化規(guī)劃主要內(nèi)容與作用Tab.1 Main content and role of intelligent planning of military enterprises

其中，最值得注意的是布局仿真工作，因為其自身涵蓋了企業(yè)的多重因素與內(nèi)容，不僅起到前期驗證各實施方案的作用，還作為后續(xù)規(guī)劃內(nèi)容的實施橋梁，承載著生產(chǎn)與管理全流程的數(shù)據(jù)脈絡(luò)。傳統(tǒng)的三維技術(shù)中，受技術(shù)的限制，工程技術(shù)人員所建立的產(chǎn)品數(shù)字模型僅僅是幾何模型，而尺寸和公差標(biāo)注、表面處理方法、熱處理方法等工藝信息依舊在二維圖紙上進(jìn)行標(biāo)識，制造工藝設(shè)計人員也無法依據(jù)三維模型描述產(chǎn)品的工藝過程、裝配過程、檢驗過程及制造過程所需的信息。三維工藝設(shè)計可在產(chǎn)品零部件三維數(shù)字化實體模型的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代計算機技術(shù)、信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，借助于虛擬現(xiàn)實等人機交互手段，來規(guī)劃與仿真產(chǎn)品的加工裝配過程，并指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。三維布局仿真工作應(yīng)滿足或包含以下內(nèi)容：

(1)自動化生產(chǎn)線、關(guān)鍵設(shè)備（含核心零部件）、過程物流設(shè)備的三維模型定義。

(2)對應(yīng)工藝流程、核心參數(shù)的虛實同步關(guān)聯(lián)。

(3)關(guān)鍵設(shè)備（含核心零部件）模型展開與核心要素的嵌入。

(4)定義產(chǎn)品流轉(zhuǎn)與自動化的核心關(guān)鍵要素。

(5)虛實環(huán)境的工作狀態(tài)定義與異常預(yù)警的同步。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段軍工企業(yè)正面臨著多品種變批量，高質(zhì)量低成本，柔性制造快速響應(yīng)，節(jié)能節(jié)拍與環(huán)境友好等制造需求，在這樣的背景及內(nèi)外部環(huán)境下，軍工企業(yè)可以通過智能制造與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為抓手，推動企業(yè)在產(chǎn)品制造、技術(shù)與服務(wù)等各個方面的創(chuàng)新與升級。對外強化產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、充分發(fā)揮本行業(yè)內(nèi)的核心企業(yè)帶動作用，打造產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)勢，積極開拓新的市場空間；對內(nèi)聚焦核心競爭力，提高內(nèi)部協(xié)同效率，通過研發(fā)設(shè)計和業(yè)務(wù)管理，達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場和產(chǎn)品服務(wù)的互聯(lián)互通，行程有效的反饋迭代提升機制，逐步邁向智能化的設(shè)計生產(chǎn)與服務(wù)，達(dá)到創(chuàng)新推動、降本增效的目的。