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核心提示： “你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個(gè)人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個(gè)人的口味和營(yíng)養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時(shí)間開工，無需擔(dān)心下午3點(diǎn)沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機(jī)器告訴機(jī)器下一步做什么，而非中心控制臺(tái)的技術(shù)員在操作。”這就是德國(guó)“工業(yè)4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。

圖3 生產(chǎn)線規(guī)劃三維呈現(xiàn)

圖2 移動(dòng)生產(chǎn)線仿真

圖1 聚類工具圖

“你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個(gè)人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個(gè)人的口味和營(yíng)養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時(shí)間開工，無需擔(dān)心下午3點(diǎn)沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機(jī)器告訴機(jī)器下一步做什么，而非中心控制臺(tái)的技術(shù)員在操作。”這就是德國(guó)“工業(yè)4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。

工業(yè)化發(fā)展在經(jīng)歷了機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化的歷程后，以“動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”為特征的先進(jìn)智能生產(chǎn)模式，已經(jīng)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的羽翼，令智能工廠建設(shè)的浪潮勢(shì)不可擋。如何打造適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的“智能工廠”，設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)又能發(fā)揮怎么樣的作用呢？65年來深耕航空工業(yè)設(shè)施規(guī)劃領(lǐng)域的中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院（以下簡(jiǎn)稱“中航規(guī)劃”），正在開啟探索智能工廠建設(shè)之路。

一套嶄新的邏輯：

設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)是智能制造的源頭

從工廠生命周期的角度看，設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)是工廠建設(shè)的源頭，是保障制造工廠實(shí)現(xiàn)功能的前提條件和重要環(huán)節(jié)，智能制造的生產(chǎn)線的建設(shè)中，設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)更是基本前提和基礎(chǔ)，關(guān)乎智能制造的成敗。

從傳統(tǒng)的視角來看，設(shè)施規(guī)劃是相對(duì)靜態(tài)的。“工業(yè)4.0”催生了一套嶄新的邏輯——從設(shè)計(jì)這個(gè)源頭開始，就必須考慮未來“未可確知”的使用狀況，也就是設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)化。此外，設(shè)備智能化也是這套嶄新邏輯的關(guān)鍵所在。在設(shè)備的配置選型上，需要具備設(shè)備智能化條件，包括信息的接收、反饋、自主分析能力；要考慮工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及設(shè)備之間的互聯(lián)互通；生產(chǎn)輔助系統(tǒng)物流管理，動(dòng)力供應(yīng)智能化，比如可計(jì)量、動(dòng)態(tài)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠進(jìn)行智能的生產(chǎn)配套設(shè)施運(yùn)行的自主決策。同時(shí)，也可獲得產(chǎn)量和動(dòng)力消耗的關(guān)系等。誠(chéng)然，“運(yùn)用嶄新邏輯的基礎(chǔ)就是要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方式本身的升級(jí)。設(shè)計(jì)要數(shù)字化，要進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的數(shù)字化仿真。”中航規(guī)劃總工程師陸國(guó)杰如是說。

沿著這一邏輯，我們就很容易理解設(shè)施規(guī)劃與智能制造的關(guān)系：智能工廠為智能生產(chǎn)的實(shí)施提供了載體；設(shè)施規(guī)劃為智能工廠的實(shí)現(xiàn)提供了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方案，涵蓋設(shè)備設(shè)施、人員、物資等要素；反過來，智能生產(chǎn)則為設(shè)施規(guī)劃提供了各類約束，包括制造工藝約束、物流約束等。

兩把“利器”：

讓機(jī)器與機(jī)器實(shí)現(xiàn)對(duì)話

“智能工廠的建設(shè)目標(biāo)就是使企業(yè)達(dá)到安全環(huán)保、最優(yōu)生產(chǎn)、效益最佳、勞動(dòng)生產(chǎn)率最高的狀態(tài)。無論是智能工廠還是數(shù)字化生產(chǎn)線，設(shè)施規(guī)劃始終圍繞產(chǎn)品從毛坯到零部件到成品的全過程。”中航規(guī)劃技術(shù)院院長(zhǎng)王明珠這樣告訴記者。

在“工業(yè)4.0”的邏輯框架下，設(shè)施規(guī)劃的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及工作方式亦是全新的。首先是實(shí)現(xiàn)零件和產(chǎn)品的智能化，意味著零件和產(chǎn)品具有很高的“數(shù)據(jù)”和“信息”特征，即標(biāo)簽化，達(dá)到可識(shí)別，實(shí)時(shí)跟蹤。其次，設(shè)計(jì)師們要更為深刻地了解零件工藝過程，包括零件所有工藝及工序過程，零件應(yīng)用及設(shè)備需求和互動(dòng)關(guān)系，才可能最終實(shí)現(xiàn)工廠里機(jī)器與機(jī)器之間的“對(duì)話”，達(dá)到基于數(shù)據(jù)分析的生產(chǎn)線優(yōu)化。這其中的兩把利器就是：精益化生產(chǎn)與柔性化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化仿真后，可以發(fā)現(xiàn)哪些環(huán)節(jié)冗余度較高，從而將生產(chǎn)線進(jìn)行合理化改進(jìn)，形成精益化生產(chǎn)。柔性化就是工裝的可擴(kuò)散性和多適應(yīng)性，將一條生產(chǎn)線稍作調(diào)整就可以適應(yīng)不同的產(chǎn)品加工對(duì)象，能夠減少工裝數(shù)量，有利于進(jìn)行數(shù)字化工裝。

陸國(guó)杰表示，肩負(fù)中航工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要使命，中航規(guī)劃致力于為航空工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)服務(wù)。中航規(guī)劃深諳航空產(chǎn)品的制造工藝，包括航空零件加工、部裝、總裝生產(chǎn)線等，能夠?yàn)閺S所提供智能工廠頂層設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)型路線圖、軟硬件一體化實(shí)施的“工業(yè)4.0”解決方案。

譜寫設(shè)施規(guī)劃“三部曲”

奠定智能制造之基

中航規(guī)劃緊跟發(fā)展趨勢(shì)，早就著手對(duì)數(shù)字化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了有益嘗試和探索，通過一系列能力建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，初步建立了基于模型的數(shù)字化生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)體系。以三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以基于啟發(fā)式算法的工藝布局優(yōu)化、基于離散事件仿真技術(shù)、智能制造部分關(guān)鍵技術(shù)為核心，在航空制造生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)和數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用方面，積累了一批技術(shù)成果和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，致力于推進(jìn)智能制造在航空工業(yè)的落地。

下面，記者帶您聆聽中航規(guī)劃探索智能工廠建設(shè)的三部曲：“工藝分析”—“布局優(yōu)化”—“結(jié)果呈現(xiàn)”。

在生產(chǎn)線布局階段，以精益加工單元的劃分為例，眾所周知，多品種、小批量是航空制造業(yè)的典型特征，品種繁多且加工流程長(zhǎng)度差異顯著，僅通過電子表格來人工進(jìn)行工作零件歸類是一個(gè)十分繁雜而不易干好的事，為此，中航規(guī)劃開發(fā)了精益單元自動(dòng)劃分工具，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相近加工工序的零件聚類，極大提高了工作效率，對(duì)精益加工單元的設(shè)計(jì)推進(jìn)工作也大有裨益（如圖1所示）。

在生產(chǎn)線布局優(yōu)化階段，中航規(guī)劃聯(lián)合應(yīng)用三維設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)和生產(chǎn)線運(yùn)行仿真平臺(tái)，通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)盡可能避免設(shè)計(jì)過程中的“錯(cuò)漏碰缺”問題，形成可以交付的虛擬生產(chǎn)線模型（如圖2所示）。

在生產(chǎn)線規(guī)劃成果呈現(xiàn)階段（如圖3所示），以虛擬生產(chǎn)線模型為基礎(chǔ)，結(jié)合仿真平臺(tái)產(chǎn)生的三維制造過程渲染，產(chǎn)生的虛擬生產(chǎn)線運(yùn)行過程動(dòng)畫具有突出的視覺效果，能夠把難以解釋的復(fù)雜系統(tǒng)用直觀的方法表現(xiàn)出來，能夠指導(dǎo)員工快速開展生產(chǎn)制造。

在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中，中航規(guī)劃要把控整個(gè)生產(chǎn)線的投資平衡，保證生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行效率和設(shè)計(jì)意圖完全一致，減少在真實(shí)系統(tǒng)上調(diào)試的工時(shí)，提高效率，節(jié)省資金。

在設(shè)施規(guī)劃“三部曲”的基礎(chǔ)上，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師將實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)線和土建、動(dòng)力、能源供應(yīng)的完美集成，提供最優(yōu)化的配套保障，確保生產(chǎn)線安全、穩(wěn)定運(yùn)行；確保節(jié)能、環(huán)保、人性化等綠色理念最有效地在智能線上落地。

加緊春天里的腳步：

智能時(shí)代離我們并不遠(yuǎn)

隨著“工業(yè)4.0”時(shí)代的到來，中航規(guī)劃也不斷加快智能工廠設(shè)計(jì)實(shí)踐的步伐。

基于豐富的航空生產(chǎn)線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，中航規(guī)劃研究適用于航空各型產(chǎn)品制造特點(diǎn)的智能制造應(yīng)用模型；以精益的設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)為平臺(tái)，以賽博物理系統(tǒng)為手段，打通物理工廠與數(shù)字工廠的界限；基于自動(dòng)控制技術(shù)及人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量傳遞與處理、物流傳輸與交換、作業(yè)流程的智能處理；聚焦數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)體系、平臺(tái)建設(shè)，讓“智能制造”的價(jià)值不折不扣的發(fā)揮。

從頂層設(shè)計(jì)開始，結(jié)合對(duì)航空工藝多年的深刻理解，中航規(guī)劃綜合考慮技術(shù)的可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)的可行性，為工廠提供由點(diǎn)到線、由線到面且契合工廠產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)和生產(chǎn)需求的智能化發(fā)展總體規(guī)劃。為了這一目標(biāo)，中航規(guī)劃從以下三個(gè)方面積極推進(jìn)：一是推進(jìn)數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)。通過新建或改建生產(chǎn)線為智能制造提供基礎(chǔ)設(shè)施條件。進(jìn)一步豐富三維模板庫，結(jié)合歷史設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模塊化梳理形成知識(shí)庫，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的重用。二是推進(jìn)設(shè)施規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。在工信部標(biāo)準(zhǔn)體系指南的基礎(chǔ)上，完成智能制造工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建立相應(yīng)的驗(yàn)證平臺(tái)，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，形成行業(yè)通用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。三是推進(jìn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)施規(guī)劃的有效支撐，推進(jìn)連接工廠運(yùn)行管控系統(tǒng)的規(guī)劃平臺(tái)建設(shè)。

共和國(guó)航空工業(yè)剛剛迎來第65個(gè)春天，中航規(guī)劃加緊腳步，我們距離航空工業(yè)的智能時(shí)代，并不遙遠(yuǎn)。