智能制造軍工產(chǎn)品裝配自動(dòng)化作為全球制造行業(yè)的最主流應(yīng)用模式，已廣泛應(yīng)用在軍工企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)程中。

智能制造軍工產(chǎn)品裝配自動(dòng)化作為全球制造行業(yè)的最主流應(yīng)用模式，已廣泛應(yīng)用在軍工企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)程中。如何利用智能化手段提升軍工企業(yè)的制造水平成為亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)軍工企業(yè)運(yùn)行的現(xiàn)狀及特殊性，結(jié)合智能制造各個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，討論二者相結(jié)合的場(chǎng)景與要義，并分別對(duì)軍品制造中“人”“機(jī)”“料”“法”“環(huán)”五個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)其“智”造成功落地的實(shí)現(xiàn)手段與注意事項(xiàng)展開(kāi)分析，研究現(xiàn)階段過(guò)程中依然產(chǎn)生矛盾沖突的原因，及相應(yīng)的解決對(duì)策，最后給出合理化實(shí)施建議。

我國(guó)軍工產(chǎn)品加工類型多樣，具有質(zhì)量要求可追溯、自動(dòng)化水平參差不齊、缺乏數(shù)據(jù)收集手段、狀態(tài)進(jìn)度監(jiān)控不足等問(wèn)題現(xiàn)狀，正在讓我國(guó)軍工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝提升處于瓶頸狀態(tài)。智能化制造作為軍工企業(yè)適應(yīng)性應(yīng)用的不二選擇，與彎道超車的**模式，應(yīng)在不斷升級(jí)與迭代中快速開(kāi)展，以適應(yīng)大環(huán)境對(duì)軍工產(chǎn)品各方面提升的要求。

1 軍工企業(yè)智能制造的實(shí)現(xiàn)方法與典型路徑

1.1 MES

作為軍工企業(yè)制造的核心數(shù)字化模塊，MES系統(tǒng)的建立可以形成一個(gè)全面的、集成的、穩(wěn)定的生產(chǎn)、物流、質(zhì)量控制體系[1]，并對(duì)企業(yè)、工藝、人員、質(zhì)量等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的監(jiān)控、分析與改進(jìn)，以滿足精細(xì)化、透明化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、數(shù)據(jù)化、一體化的管理與生產(chǎn)，并通過(guò)建立生產(chǎn)、質(zhì)量、物流等異常情況預(yù)警機(jī)制，提高問(wèn)題處理效率和準(zhǔn)確性，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)高效制造管理[2]。軍工MES系統(tǒng)與其他數(shù)字系統(tǒng)的邏輯關(guān)聯(lián)[3]，如圖1所示。

另一方面，MES系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)智能化車間建設(shè)的中間環(huán)節(jié)，可與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息互通與協(xié)同，進(jìn)而達(dá)到以下目的[4]：(1)改善計(jì)劃編排和控制體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)全過(guò)程的監(jiān)控，達(dá)到生產(chǎn)透明化的效果；(2)在制造能力方面，通過(guò)生產(chǎn)透明化以提升對(duì)生產(chǎn)控制能力，提升生產(chǎn)計(jì)劃的協(xié)調(diào)、精細(xì)化，**限度地提升整個(gè)制造系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，減少生產(chǎn)過(guò)程中的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升；(3)實(shí)現(xiàn)管理模板（流程規(guī)范、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)）的搭建，提升管理效率；(4)通過(guò)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，減少手動(dòng)錄入工作量，提高數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；(5)系統(tǒng)可通過(guò)基于精益生產(chǎn)的調(diào)度方式將物流配送任務(wù)與裝配作業(yè)任務(wù)進(jìn)行有效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)庫(kù)房管理物料的明細(xì)透明化。

1.2 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生在國(guó)外航天航空領(lǐng)域的最早應(yīng)用出現(xiàn)在2010年左右，數(shù)字孿生近些年的迅猛發(fā)展得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云/邊緣計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，也正因?yàn)橐陨霞夹g(shù)發(fā)展和應(yīng)用的不斷深化，使數(shù)字孿生進(jìn)入了新發(fā)展階段，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映對(duì)應(yīng)實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。其主要支撐技術(shù)如下：(1)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是以感知技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為主要手段，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的泛在鏈接，提供信息感知、信息傳輸、信息處理等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生與物理世界虛實(shí)映射的基建基礎(chǔ)。(2)大數(shù)據(jù)技術(shù)。分為兩部分：1)可通過(guò)大數(shù)據(jù)的海量、異構(gòu)、高速、可變性、復(fù)雜性和價(jià)值性的特征，來(lái)提出相應(yīng)的算法和框架模型來(lái)解決具體問(wèn)題。2)可通過(guò)大數(shù)據(jù)的可視化應(yīng)用，為數(shù)字孿生系統(tǒng)提供有效工具，來(lái)揭示物理實(shí)體的隱形信息。(3)多領(lǐng)域、多層次機(jī)理模型建模技術(shù)。物理實(shí)體的機(jī)理模型是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的骨架，綜合了復(fù)雜物理實(shí)體所能涉及或針對(duì)的，諸如機(jī)械、電子、液壓、控制機(jī)等具體行業(yè)的特征，并對(duì)相應(yīng)物體的建模加入不同時(shí)間維度的概念。這也是不同于以往建模仿真過(guò)程的區(qū)別。(4)人工智能技術(shù)[5]。可以理解成針對(duì)物理世界的變化，而進(jìn)行的精確判斷和決策，系統(tǒng)應(yīng)具有的綜合智能分析與自主性特征。(5)云/邊緣協(xié)同計(jì)算技術(shù)[6]。可以理解為計(jì)算機(jī)運(yùn)行內(nèi)存與存儲(chǔ)的前沿技術(shù)，因?yàn)閿?shù)字孿生是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，需要快速對(duì)綜合的輸入條件進(jìn)行感知、分析與計(jì)算，因此必須要有強(qiáng)大的存儲(chǔ)與計(jì)算能力作為支撐。數(shù)字孿生體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生體系架構(gòu)Fig.2 Digital twin architecture

1.3 網(wǎng)絡(luò)安全

伴隨工業(yè)大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)云等先進(jìn)技術(shù)的大范圍應(yīng)用，軍工行業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)安全性方面的問(wèn)題必須得到應(yīng)有的重視，在數(shù)字化系統(tǒng)規(guī)劃與搭建的同時(shí)，應(yīng)在信息系統(tǒng)硬件搭建中，增設(shè)相關(guān)的防火墻與安全網(wǎng)關(guān)，用以保證網(wǎng)絡(luò)安全，在涉密系統(tǒng)中也可應(yīng)用安全網(wǎng)閘，來(lái)限制系統(tǒng)信息上下流的傳送安全[7]。并針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息安全建立健全的網(wǎng)絡(luò)信息安全預(yù)案，使突發(fā)事件應(yīng)對(duì)處置的各個(gè)環(huán)節(jié)有章可循，同時(shí)針對(duì)信息系統(tǒng)開(kāi)展應(yīng)急演練，提升信息專業(yè)人員應(yīng)急反應(yīng)能力，以及臨時(shí)性故障排除方法和思路，并且保證能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)信息系統(tǒng)的正常，更好地為軍工企業(yè)的安全生產(chǎn)及信息通訊保駕護(hù)航。

2 實(shí)現(xiàn)手段與注意事項(xiàng)

軍品研制、轉(zhuǎn)段、生產(chǎn)、測(cè)試及交付周期越來(lái)越短，軍工生產(chǎn)需要盡快適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及技術(shù)水平的發(fā)展現(xiàn)狀，軍工企業(yè)智能化生產(chǎn)車間的升級(jí)與再造是一個(gè)迭代升級(jí)、不斷演化的過(guò)程，其總體實(shí)現(xiàn)形式應(yīng)遵從“PDCA”循環(huán)模式，即按照從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行到后續(xù)的評(píng)價(jià)與優(yōu)化[8]，這幾個(gè)方面進(jìn)行不同環(huán)節(jié)或模塊的建設(shè)。橫向來(lái)講，軍工智能化體系的貫徹應(yīng)有步驟地進(jìn)行，各個(gè)階段目標(biāo)任務(wù)之間應(yīng)強(qiáng)調(diào)技術(shù)與數(shù)據(jù)的互聯(lián)性、互通性與銜接性。縱向來(lái)看，智能化系統(tǒng)建設(shè)則可以分解成以下幾個(gè)方面。

2.1 “人”

智能化轉(zhuǎn)型事項(xiàng)涉及企業(yè)內(nèi)部人員極廣，從企業(yè)架構(gòu)來(lái)講，上至企業(yè)的決策者與領(lǐng)導(dǎo)核心，下至車間操作及信息填報(bào)人員，并延伸至生產(chǎn)的工藝人員、庫(kù)管及計(jì)劃員。我國(guó)數(shù)字化起步早，智能水平所處水平越高的企業(yè)，其數(shù)字化參與人員所占比例也越高。軍工制造企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型離不開(kāi)具有一定智能化水平和富有發(fā)展遠(yuǎn)見(jiàn)的決策者，成功的智能化轉(zhuǎn)型案例往往伴隨著由上而下的良性政策與獎(jiǎng)懲推動(dòng)，除此之外，經(jīng)管、編程、系統(tǒng)維護(hù)等人員的培養(yǎng)與素質(zhì)提升同樣至關(guān)重要，以便在不斷快速更新的智能化技術(shù)中，結(jié)合企業(yè)本身特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)的更迭與應(yīng)用。

2.2 “機(jī)”

伴隨我國(guó)軍品對(duì)產(chǎn)能要求的大幅提升，“機(jī)器換人”的工作也在如火如荼地進(jìn)行著。首先就是老舊設(shè)備的改造問(wèn)題，由于種種原因，當(dāng)老舊設(shè)備的主體依然需要保留時(shí)，核心零部件的更換則務(wù)必要與設(shè)備主體在節(jié)拍和工藝一致性等方面進(jìn)行兼容，其次，軍工企業(yè)制造智能化水平的提升一定避免不了對(duì)相關(guān)產(chǎn)品制造中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，在新設(shè)備添置與舊設(shè)備改造中，要特別注意對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊中的協(xié)議與接口要求等內(nèi)容。值得注意的是，切勿為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化而盲目引進(jìn)設(shè)備，因?yàn)檫@往往會(huì)造成投入與產(chǎn)出的比例失衡，還可能會(huì)產(chǎn)生信息孤島。

2.3 “料”

不管是軍工企業(yè)的連續(xù)型生產(chǎn)模式，還是離散型生產(chǎn)模式，都在面臨著多品種與變批量的產(chǎn)品生產(chǎn)要求，因此也對(duì)原材料、半成品、外購(gòu)件以及成品的管理提出了更高的要求。雜亂無(wú)章的物料擺放、缺失的物料編碼環(huán)節(jié)、落后的倉(cāng)儲(chǔ)與運(yùn)輸方式，顯然已無(wú)法滿足軍品智能生產(chǎn)的要求，也正在成為軍工產(chǎn)品全流程環(huán)節(jié)的短板之一。為了配合智能化裝備與先進(jìn)的管理環(huán)節(jié)，亟需改善現(xiàn)存的物料管理環(huán)節(jié)，如選擇智能化貨柜來(lái)進(jìn)行物料與半成品的暫存，增加結(jié)合自身情況的物料編碼環(huán)節(jié)，選擇激光刻蝕、RFID等先進(jìn)方式的條碼索引方式，做到產(chǎn)品各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量可追溯，如圖3所示。

圖3 物料管理智能化提升內(nèi)容

2.4 “法”

在軍工企業(yè)生產(chǎn)全流程中，大多存在著經(jīng)營(yíng)管理與工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)方面落后的情況，因此也同樣需要注意此方面的提升與改善。經(jīng)營(yíng)管理方面，軍工企業(yè)要更多地向成功的先進(jìn)企業(yè)看齊，勇于作出管理理念上的改變，可以借助先進(jìn)的應(yīng)用管理類軟件與思維，在對(duì)本企業(yè)的再次開(kāi)發(fā)與應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)詳細(xì)借鑒各個(gè)環(huán)節(jié)功能模塊的精髓，結(jié)合自身發(fā)展情況來(lái)做好系統(tǒng)集成的整理開(kāi)發(fā)工作。在工藝生產(chǎn)方面，要積極從工藝文件的紙質(zhì)化向電子化改變，進(jìn)而做到工藝文件管理、工藝指導(dǎo)生產(chǎn)、工藝技術(shù)水平的整體提升[9]。除此之外，與產(chǎn)品制造相關(guān)方面的各個(gè)環(huán)節(jié)，也應(yīng)在數(shù)字化的引領(lǐng)下彼此互通反饋，共同提升產(chǎn)品的性能與生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)多組織單元的動(dòng)態(tài)互動(dòng)。

2.5 “環(huán)”

軍品制造過(guò)程中的“環(huán)”，是指生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、物流通道、產(chǎn)品交接等制造相關(guān)場(chǎng)地的內(nèi)部環(huán)境，依據(jù)產(chǎn)品品類的不同，環(huán)境測(cè)評(píng)條目也不盡相同，大體包含：溫度、濕度、通風(fēng)、采暖、照明、噪聲、電磁輻射等項(xiàng)目，某類或某幾項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的改變，或許會(huì)對(duì)產(chǎn)品及人員產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損失或影響。因此，在生產(chǎn)全流程中對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的關(guān)鍵環(huán)境狀態(tài)要進(jìn)行在線實(shí)時(shí)采集、測(cè)評(píng)與反饋，從而判斷生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并預(yù)測(cè)環(huán)境的演變趨勢(shì)，來(lái)精準(zhǔn)確認(rèn)產(chǎn)品、裝備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)維護(hù)的時(shí)間、內(nèi)容和方式[10]。

如何評(píng)定各單位的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程等級(jí)，針對(duì)各個(gè)與生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)節(jié)進(jìn)行盡可能地量化，并在智能化薄弱環(huán)節(jié)重點(diǎn)改善，成為亟需解決的任務(wù)。對(duì)此問(wèn)題，可參照由中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭起草的相關(guān)文件，其中《智能制造能力成熟度模型》[11]分別從“人員”“技術(shù)”“資源”“設(shè)計(jì)”“生產(chǎn)”“物流”“銷售”“服務(wù)”八個(gè)層面，論述了相關(guān)環(huán)節(jié)的智能化成熟模型與不同等級(jí)的應(yīng)用狀態(tài)，同時(shí)規(guī)定了智能制造能力成熟度模型的構(gòu)成、能力要素和成熟度要求，此標(biāo)準(zhǔn)適用于制造企業(yè)、智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商和第三方，來(lái)開(kāi)展智能制造能力的差距識(shí)別、方案規(guī)劃和改進(jìn)提升。《智能制造能力成熟度評(píng)估方法》[12]則規(guī)定了智能制造能力成熟度的評(píng)估內(nèi)容、評(píng)估過(guò)程和成熟度等級(jí)判定的方法，并成立評(píng)估體系。

3 結(jié)語(yǔ)

目前對(duì)軍工產(chǎn)品性能指標(biāo)的提升與質(zhì)量控制要求越來(lái)越高，產(chǎn)品生產(chǎn)形呈現(xiàn)多品種、變批量態(tài)勢(shì)，其制造過(guò)程包含大量高精度、高難度、現(xiàn)較多依賴手工作業(yè)的特殊工藝，同時(shí)，多數(shù)軍工企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)較為薄弱，存在生產(chǎn)過(guò)程與管理決策數(shù)字化、智能化水平不足，進(jìn)而導(dǎo)致的軍工企業(yè)內(nèi)部管控效率低下的現(xiàn)象發(fā)生。文章針對(duì)我國(guó)軍工企業(yè)的制造特點(diǎn)與所處階段，結(jié)合影響軍工產(chǎn)品質(zhì)量的各個(gè)因素，闡述了軍工企業(yè)智能化應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)現(xiàn)路徑，并充分剖析了軍工企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型的典型問(wèn)題核心與對(duì)應(yīng)的注意事項(xiàng)。