浅析智能制造在民机制造企业的应用

徐旺，陈智超，袁士琳

浅析智能制造在民机制造企业的应用

徐旺，陈智超，袁士琳

（上海飞机制造有限公司，上海 201324）

智能制造技术是帮助传统企业改造升级的最佳路径，是驱动航空产业快速成长的关键。通过介绍民机智能制造模式的特点，搭建了民机制造企业智能工厂的架构，分析了智能制造在工厂的应用案例，给出了智能工厂的建设思路。

智能制造；航空产业；民机；智能工厂

智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等[1]。智能制造技术的快速发展正在影响和改变传统制造业的生产模式，通过智能制造技术变革传统的制造模式是中国制造业尤其是中国航空制造业在新时代所面临的巨大机遇和挑战。要想进一步提高中国航空制造业的技术水平，促进中国民用飞机产业在智能制造时代背景下的技术变革，提升中国在民机制造领域的影响力和话语权，必须探索出一条适合民机制造企业的智能制造新模式。民机智能制造的模式需立足航空业的产业特点和实际情况，寻找让人、数据、知识、设备、产品等各种资源能够有效配置的方式，补足体系性不足，只有从概念设计阶段开始，全面实施智能制造理念，才能够实现真正意义上的智能制造。

1 民机智能制造的模式特点

民机智能制造的理念需贯穿飞机研制的全生命周期，即在飞机生产的各个环节（包括概念设计、详细设计、工艺研发、零件制造、飞机装配、交付运营等）全面施行智能制造概念，才能改变现有飞机生产模式，提高生产的效率与管理水平。智能制造在民用航空领域应用需要把握以下特点。

1.1 数据互联是基础

数据和互联包含三个维度：①各个系统端到端的连接，实现了工程、工艺、生产、运维等一整条制造链上的端到端的双向连接和闭环协同；②从设备到管理的纵向集成，在企业内部，实现从计划编制、计划下发、生产执行、生产派工到设备工位、设备与生产数据的纵向集成；③供需链上生态系统的横向集成，实现制造商与上游供应商、系统集成商、合作伙伴、院所，以及与下游客户、终端市场的数据互联。

1.2 制造需求是关键

系统的端到端连接使得企业从每个环节获取了大量数据，这些大数据的分析将提升企业以及产品全方位的能力，比如可以了解不同阶层、商务人士的需求，在设计、研发、工艺、维护、运营等各个环节协同运作，从而能够满足不同的客户及生产要求，实现飞机“私人订制”需求。

设备到管理的纵向集成可以实现底层硬件物理、工艺设计、制造过程到企业管理的纵向打通，要实现自动化实施率和工人的比例可以进行快速的切换，适应不同的产能需求，就必须实现设备到管理的纵向集成，从而实现企业“混合生产方式”的提升。

供需链上生态系统的横向集成能够将产品的上下游产业链进行联通，实现横向贯通，比如在采购链上就可以尽量做到根据订单量灵活调整产能本身，快速实现飞机产品的维修维护，最大程度减少备品备件量，实现“零备品备件”的敏捷运维方式，而不是根据预测订单量来设计固定的产能。

1.3 模式转变是驱动

生产线模式将由“自动化生产线”向“柔性化生产线”转变。随着空域开放、社会财富增加、时间成本增加，民用航空市场将进一步开放，航空公司需更多不同配置的飞机。系统的端到端连接可实现企业柔性生产线的协同运行，制造多种相似型号的机身、机翼，帮助企业改变现在以具体型号进行划分相对固定的生产线的模式，转为“柔性化生产”制造模式。产业链模式将由“透明工厂”向“透明产业链”转变。随着信息采集技术的应用，大飞机的制造过程已部分实现生产现场的数据采集及实时状态监控，初步具备了透明工厂的特点，但目前所采集的数据还缺乏统一有效的管理手段。随着对设备到管理数据的纵向集成和供需链上生态系统的横向集成，企业将可以实现整个产业链的透明化管理，实现制造过程的全产业链监控，从“透明工厂”向“透明产业链”转变。

制造商模式将由传统“主制造商+供应商”模式向“集成制造商+专业化云制造”转变。在传统的“主制造商+供应商”模式下，各供应商各自完成所承担的部段制造任务，后由主制造商总装成整机结构。通过供需链上生态系统的横向集成，企业可根据各供应商的制造特点与专业特长，将其生产能力虚拟化至云端，由集成制造商通过大数据分析和物联网选用合适的供应商，充分发挥各供应商的技术优势，由传统的“主制造商+供应商”模式向“集成制造商+专业化云制造”模式转变。

1.4 产业提升是目标

在未来的飞机生产中，主制造商可在实现了端到端连接、打通横向、纵向互联的基础上，实现从管理到制造、从供应到需求的全智能化管理，并通过大数据的分析，实现私人定制、混合生产、柔性制造等未来飞机制造的需求。飞机的制造模式也将向透明产业链、柔性化生产以及集成化制造和云制造转变，最终实现民机制造产业水平的大幅提升，如图1所示。

2 智能制造在民机企业的应用

智能制造在企业中的直接应用就是智能工厂的建立。智能工厂承载着整个供应链和生命周期中所需的各种信息，整个生产价值链中所集成的生产设施能够实现自组织，以及能够根据当前的状况灵活地决定生产过程。智能工厂的目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式[2]。

根据智能制造的特点，并结合民机企业的制造模式，民机企业智能制造工厂的总体架构可分为四个层级：决策层、应用层、信息层和物理层。其中应用层又可按照民机生产流程细分为智能生产制造、智能装配以及智能测试。每一层级都包含大量的智能制造设备和智能制造技术，如图2所示。

图1 民机智能制造的新模式

图2 民机制造企业智能工厂架构

目前国内制造企业中智能工厂建设开展得比较好的单位有西门子成都工厂、三一重工、青岛海尔集团等，而成飞集团智能数控机加车间是中国航空制造领域应用智能制造较早也较为先进的代表。其主要的模式特点与应用效果分析如下。

2.1 主要模式特点

成飞智能数控机加车间通过数据监控和采集，建立了设备间的数据互联及数据收集，进而实现了从计划编制、计划下发、生产执行、生产派工到设备执行的纵向集成。在此基础上又通过智能数控编程、在机检测质量控制、自适应加工等实现了车间的智能加工及柔性化生产。

2.2 所应用的主要技术

成飞数控机加车间主要应用了工业物联网技术、垂直系统整合技术、模拟技术以及大数据分析技术，通过工业物联网、垂直系统整合技术实现了数据的互联，通过模拟技术实现了智能加工，通过大数据分析技术，实现了优化计划排程、自动配送刀具、自动故障预警等。

2.3 应用效果

通过智能制造车间的运行及关键技术的应用，成飞数控设备利用率显著提升，已达到国内领先水平并接近国际先进水平。以机床换刀进行生产加工为例，当决策层下达指令进行生产任务时，立体库刀具调度室收到指令，同时生成二维码，二维码对应唯一的刀具且有位置信息，通过扫描二维码将刀具从立体库中取出放至AGV小车；AGV小车读取二维码信息并通过视觉引导定位系统即可将刀具转运至刀具托架；再通过智能机器人完成刀具从托架至机床上的换刀，完成加工后，实时数据传送至生产调度中心进行重新决策，此时刀具库已完成自动更新。

3 结论

智能工厂的建造是循序渐进的，在实现了自动化设备标准化和数据互联的基础上，综合应用大数据分析技术、云计算技术、增材制造技术等智能制造领域的关键技术，同时在实施的过程中必须与车间MES/DNC/CAPP 等系统进行集成，实现生产数据的全面采集、设备运行状态监控[3]，进而促进柔性化生产、透明产业链等模式的转变，逐步从智能单元、智能生产线到智能车间再到智能工厂，实现资源的高效配置及供需方的合作共赢，最终促进民机制造产业水平的大幅提升。

［1］岳维松，程楠，侯彦全.离散型智能制造模式研究——基于海尔智能工厂［J］.工业经济论坛，2017，4（1）：105-110．

［2］缪学勤.智能工厂与装备制造业转型升级［J］.自动化仪表，2014，35（3）：1-6．

［3］李利民，侯轩，毕晋燕.高端装备制造业智能工厂建设思路和构想［J］.科技创新与生产力，2016（267）：16-19．

F426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.063

2095－6835（2019）13－0143－03

徐旺（1986—），男，硕士，工程师，主要从事科研创新管理工作。

〔编辑：严丽琴〕