業內專家：技術創新令中國航空武器井噴式發展2014-07-17

中國航空製造離工業4.0有多遠？

　　「工業4.0」是在2013漢諾威國際工業博覽會上最令人關注的熱詞，其概念於2011年在德國舉行的工業設備展會「Hannover Messe 2011」上提出這項由德國聯盟教研部與聯邦經濟技術部聯手推動的戰略性項目，被視為提振德國製造業的強力催化劑，被有識之士認為將是全球製造業未來發展的方向。

　　「工業4.0」項目主要由兩大部分構成，一是「智能工廠」，即重點研究智能化生產系統及過程，以及網路化分散式生產設施的實現；二是「智能生產」，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。信息通信技術(ICT)是實現「工業4.0」的關鍵技術，具體包括聯網設備之間自動協調工作的M2M(Machine to Machine)、通過網路獲得的大數據的運用、與生產系統以外的開發/銷售/ERP(企業資源計劃)/PLM(產品生命周期管理)/SCM(供應鏈管理)等業務系統聯動等等。智能工廠或者「工業4.0」，是從嵌入式系統向信息物理融合系統(CPS)發展的技術進化。

　　信息物理融合系統(CPS)，包括自主交換信息的智能機器、存儲系統和生產設施，它們可以獨立運行和相互控制。這種系統從根本上改善了工業過程，包括製造、工程、材料使用、供應鏈和生命周期管理。智能工廠或者「工業4.0」，是從嵌入式系統向CPS發展的技術進化，通過通信網路，將工廠內所有設備互聯，以實現信息物理高度融合。它作為未來第四次工業革命的代表，正不斷向實現物體、數據以及服務等無縫連接的互聯網(物聯網、數據網和服務互聯網)的方向發展。德國投入了2億歐元，已在製造業的所有領域中實施了該項目的研究。

　　未來的生產系統，以及智能工廠的產品、資源及處理過程因CPS的存在，將具有非常高的實時性，同時在資源、成本節約中頗具優勢。智能工廠將按照重視可持續性的服務中心的業務來設計。由於智能工廠具有服從性、靈活性、自適應性和可學習等特徵，其具有的容錯能力、風險管理能力，通過可實時應對的靈活生產系統，實現生產工程的徹底優化。智能工廠的設備將基於自動觀察生產過程的CPS的生產系統的靈活網路來實現高級自動化。同時，生產優勢不僅在特定生產條件下一次性體現，也可以實現多家工廠、多個生產單元所形成的世界級網路的最優化。

　　IT創新對航空製造業的影響

　　進入21世紀後，隨著IT技術突飛猛進的發展，我國航空製造業在產品設計、協調依據、工藝規劃設計與管理、零件製造、裝配、產品檢測、物料配送與供應鏈管理、售後服務等覆蓋產品全生命周期的各個環節都發生了革命性的改變。隨著數字化技術的不斷發展和深入應用，國內航空產品設計經歷了從二維手工製圖到全三維數字化產品定義，從「拋磚頭」的串列設計到面向製造的並行協調設計的演進。產品協調逐步從模線——樣板——標準樣件的模擬量協調過渡到全三維數字量協調模式。曾於20世紀60年代紅極一時的樣件製造逐漸被時代淘汰。工藝設計逐步從二維離散式手工編製向基於知識的全三維結構化自動工藝設計方向演進，工藝模擬技術的應用打破了「設計-製造-評價」和「實物驗證」這一傳統模式，不需要實際產品作支持，有效地解決了傳統的二維裝配工藝設計周期長、需要實物驗證、效率低的企業製造瓶頸問題，從而提供了三維工藝設計的環境，確保工藝工程師、工裝設計師儘早地參與到產品設計研發中去，與設計人員並行開展工作，及早發現在裝配過程中的各種干涉問題，並將這些信息反饋給設計人員，結合人機工效評估結果對工藝方法、工裝結構和生產線布局等進行修改和優化，在產品上游設計階段即可消除潛在的裝配衝突與缺陷、評價產品的可裝配性，幫助企業擁有「面向製造的設計」和「面向維護的設計」，實現真正意義上的數字化並行工程。

　　在零件製造方面，機械加工已經實現依據產品三維設計模型快速編程和模擬，部分車間甚至建立了車間物聯網，依據設備的使用情況和需求自動排產。鈑金成型技術也由手工成型逐步向柔性多點模精確成型發展。應用模擬技術可以提前預判零件的成型工藝性，採用回彈補償技術，降低零件返修率，縮短零件製造周期30%以上。導管製造也由機上打實樣的傳統導管製造工藝方法發展到採用數控彎管機、測量機等先進設備進行管類零件的彎曲成型及檢驗的數字化製造工藝技術。複合材料製造也從按樣板手工鋪疊發展到直接按三維模型進行數控下料、自動鋪疊的先進位造工藝。飛機裝配模式也逐步從大型複雜剛性工裝「一對一」手工裝配模式逐步向自動化系統「一對多」柔性裝配模式發展。IT技術的廣泛應用使企業管理逐步由粗放型向精細化管理轉變，物料配送和供應鏈管理髮生了根本性改變，例如標準件配送和採購逐步由「干一備三」的大批量庫存、年終盤點、手工計數領用的傳統模式向標準件自動揀選、按需採購、零庫存或適度備貨的模式轉變。企業領導者可以通過強大的信息化系統應用，及時準確地了解企業各個關鍵環節的進展情況和存在的問題，大大提高了辦公效率。IT技術創新使我國航空製造業進入快速發展的時代，新機研製周期不斷縮短，新式航空武器裝備呈現出井噴式的態勢。然而，我國的航空製造業還遠遠未達到工業4.0的水平，我們必須正視現實，認清形勢，迎頭趕上。

　　中國航空製造業的工業4.0之路

　　構成工業4.0的基礎包含兩個方面，即高度自動化和信息化。「十一五」以來，我國在國防工業基礎技術研究上加大了投入力度，逐步掌握了如多點模成型、自動制孔、柔性裝配和大部件自動對接等航空製造的關鍵技術，也在局部點上形成了示範應用的效應。但與發達國家相比，我們的自動化水平還有巨大的系統化差距，我們僅解決了高端國產化的設備問題，大量的先進科研成果和發明專利還在高校、科研院所被束之高閣，沒有轉化成生產力。原理樣機距離工程化應用還有很長的距離。在國內航空製造企業，在生產線上的高端裝備多是進口設備，這說明我國航空製造業的基礎技術還很薄弱，自動化水平相對較低，較長時間內如何快速實現自動化/智能化裝配仍是我們面臨的主要問題。

　　如今的雲計算、大數據、移動互聯網等新技術為兩化融合提供了有力支撐。隨著我國航空製造業信息化應用技術水平快速提升，逐步構建起實時廣泛的物聯網路平台和靈活動態的基礎信息架構，以支持航空製造企業高度協同的設計製造、高效統一的運營管理和隨需而動的智能決策發展需求，實現生產線的信息化集成管理。

　　國家兩化融合創新推進聯盟理事長楊海成在發表「兩化融合的新技術與應對策略」主題演講時指出：當前製造業在信息化的浪潮下面臨全球化、精益化、協調化、服務化、綠色化、智能化等特徵的變化，不僅改變了產品本身，也改變了產品的製造流程，改變了整個製造業的革命。我國還是製造大國而不是強國，從低端製造到高端製造，首先是信息高技術的發展，生產性製造轉向服務性的製造，拉長產品的服務周期，提高產品的價值。新一代的集成協同技術實現企業內外部資源的協同，雲計算技術與製造技術的結合，使製造業的資源實現更大的共享，兩化深度融合也許可以讓我國的航空製造業實現彎道超車。

　　實現工業4.0，必須解決好以下四個方面的問題：

　　安全和保密問題。這就要求必須滿足兩個條件：一是確保生產設施和產品本身對人或環境不造成任何危險；二是防止數據被濫用和未經授權的訪問。軍工企業由於其特殊性，安全保密的問題是不可逾越的紅線。在目前國家保密法的規定框架內，保密要害部位不能存在任何的無線通信設備，保密信息系統的軟體防護也有十分嚴格的限制，因此，實現航空工業技術發展，必須妥善處理好保密安全問題是當務之急。

　　標準化和參考架構。在漫長的信息化發展進程中，企業發展前期很難在可持續發展的信息化規划下構建信息化系統，通常情況是對需求迫切的部門，先在相對獨立的業務流程中開發出一套信息化系統，而導致遺留的信息孤島。因此，隨著工廠與工廠內外的很多事物和服務連接起來，通信手段及數據格式等很多事物必須統一IT架構，制定共同標準，而且需要一個參照架構來為這些標準提供描述並促進標準的實現。

　　複雜系統的管理。隨著生產系統與其他系統連接起來，整個系統變得複雜，管理變得越來越困難。製造系統正在日益變得複雜，適當的計劃、描述和說明模型可以為這些複雜系統提供管理基礎。工程師們應該為了發展這些模型而進行更多的方法創新和工具應用。

　　通信基礎設施的建設。要購置可用於工業用途的、可靠性高的通信基礎設施和通訊網路是工業4.0的關鍵要求。

　　工業4.0的出現，必將從根本上改變企業的組織和管理，以及人們的工作方式和職業訴求。企業的可利用資源可以面向全球，原材料變為產品的過程更加多產和高效。（郭洪傑）