全面提升国防科技工业的智能制造水平在“中国制造2025”战略中发挥独特作用

□汤文仙



全面提升国防科技工业的智能制造水平在“中国制造2025”战略中发挥独特作用

□汤文仙

《中国制造2025》是中国推动传统制造业转型升级和应对新技术革命实现高端化跨越发展的整体谋划，智能制造是实现转型发展和跨越发展的最佳途径。通过智能制造能够带动各产业的智能化水平的提高，其数字化、网络化、智能化成为主攻方向。国防科技工业是国家战略性产业，是国家制造业的重要组成部分，也是工业4.0的决胜之地。武器装备科研生产多为复杂产品，一般为多厂所协同设计制造，并需要具备快速反应、变批量生产、全生命周期支持等多方面的能力，充分体现了一个国家工业化的基础能力和管理水平，处于中国工业4.0发展的核心地位，国防工业要在“中国制造2025”战略中发挥独特作用，集智攻关、重点突破。

数字化是国外国防科技工业的发展方向

为了适应新军事变革和信息化战争的要求，国外国防科技工业领域都在不断推进以数字化为核心的工业体系建设，并取得了显著成效。

致力数字化为核心的先进制造体系建设。从20世纪80年代开始，以美国为代表的发达国家就开始大力推动武器装备柔性制造系统，随着信息技术和数字化工业体系的发展，在武器装备研制、生产中不仅实践了数字化设计制造、并行工程、敏捷制造、集成制造、异地设计制造、协同设计和制造等一系列先进制造技术计划，而且实现了武器装备的虚拟制造和全寿命管理，形成在武器系统整个生命周期内，能够做出快速反应的高水平制造能力。日本和德国也制定和实施了智能制造系统计划和工业基础技术研究计划，旨在用数字化技术改造传统的制造业尤其是军工制造业。

军民协同创新推进国防智能制造的进程。2014年2月美国国防部牵头组建成立了“数字制造与设计创新机构”（DMDII），主要研究数字化数据在产品全寿命周期中的交换以及在供应链网络中的流动，以推进数字化、智能化制造。2015 年9月，D M D I I提出了其关注的4大技术领域：先进制造企业、智能机器、先进分析和赛博物理系统安全。现已拥有80多家成员，涵盖多家企业、政府机构、院校和研究所等军民口组织。其中，波音、洛马、通用电气、罗罗等军工企业均是创始成员和一级成员。在今后5年内，DMDII将陆续获得政府投入的7000 万美元资金，各成员单位配比的2.5 亿美元“成本公摊”资金，支持关键技术开发与成果转化。首个项目是美国国防先期研究计划局（DARPA）发起的自适应运载器制造（AVM）项目的技术开发和成果转化，通过再造复杂系统的开发和制造方式，以同一制造系统来设计和制造水上、水下、地面、空中、空间的所有种类的运载器。技术应用后将彻底变革武器装备研制流程，缩短研制时间80％以上。

数字化制造模式取得了显著成效。波音公司在B777和B787研制过程中，采用并行工程和虚拟设计／制造等方法，组建集成产品开发团队(IPT)，采用并行产品定义(CPD) 和100％的数字化预装配，大量使用CAD／CAM技术等数字化制造模式，与传统的制造模式相比，研制周期缩短了30％，研制成本降低了50％。波音公司在新一代战神航天运输工具研制和C130航空电子升级中，采用基于模型的定义和作业指导书等技术，缩短了装配工期57％，将数字化制造推向制造现场的更深层次。此外，洛克希德导弹与空间公司(LMSC)采用并行工程和虚拟设计／制造的方法，改进产品开发流程，实现信息集成与共享，并组织综合的产品开发团队，从而使新型导弹的开发周期由原来的5年缩短到2年，研制缩短周期60％。

我国国防科技工业的智能制造发展之路

经过“十二五”期间国防信息化建设的有效积累，为形成数字化、智能化的国防科技工业科研、生产和管理体系奠定了坚实的基础。

具备智能军工制造发展的良好基础。目前，我国国防科技工业企业已经具备了一定的信息化软硬件基础和条件。计算机应用已覆盖生产、经营、设计、物资、财务和人事等方面，保障了军民品的研制和生产。以CAD、CAPP、CAM、CAE等为代表的数字化单项技术在军民品的研制和生产应用中已较为普及，有效地支撑了产品设计、性能优化、仿真分析等，提高了科研生产的质量和水平。

总体处于向数字军工发展的转型阶段。我国国防科技工业通过一系列科研项目、研制保障条件建设、批生产技术改造、专门的信息化示范工程建设等手段，有效支持了武器装备设计、制造、管理、试验测试等方面的数字化、集成化、网络化发展。但从总体上看，我国国防科技工业目前还处于由机械军工向数字军工发展的转型阶段，信息化应用尚处于由单项技术应用向系统集成的过渡时期。

部分军工企业率先开始了智能制造探索。以中航工业直升机公司下属的昌飞集团为例，在数字化设计和制造技术上与国际接轨，公司在S-92项目中开启了数字化制造之路；引进了CATIA设计软件，电子数据首次成为了生产依据，逐步实现了普通加工到数控加工、手工测量到三坐标和激光跟踪仪测量的转变；开发了昌飞数字化制造系统（CPS），以产品准时化交付为目标，以每架飞机在铆装、总装、试飞三个阶段的实物运动轨迹为实物流，建立虚拟“流动”生产线，从装配到交付的整个离散过程，设定了从铆接、内部喷漆、地面工序、安装、总装、全机交付、军检到交付出厂等在内的27个站位。同时，引入CAVE系统（虚拟现实显示系统），通过呈现出的1：1立体影像，感受驾驶舱的各项操作和“检测和维修”发动机等各种零部件。

我国国防科技工业的智能制造存在的问题

我国军工企业目前仍处于数字化应用到集成能力平台建设的过渡阶段，与国外军工先进的智能制造水平还有一定距离，表现在：

缺乏一体化集成及数字化协同手段。集成与协同已经成为信息化发展的重要方向。目前军工企业在CAD、CAPP、CAM等数字化单项技术应用普及，教字化设计、制造、试验和工程管理上仍处于单点、分散、局部的应用状态，相互隔离，未能有效地与军工科研生产的实际要求和业务过程相结合，缺乏系统间的信息共享、一体化集成及流程的协同与优化，系统集成、并行工程、异地协同、敏捷制造、精益生产等集成技术和新型制造模式的初步应用不足。

缺乏顶层规划与系统分散建设问题突出。军工企业由于信息化总体发展思路、顶层规划不够，造成集团内企业、企业内各部门之间各自为战，形成了不同的软硬件环境、不同的数据结构、不同的规范标准、信息系统分散建设、独立运行，相互之间不能得到有效集成，难以形成体系和发挥整体效益。

信息化核心技术和支撑软件受制于国外。从信息安全保密角度来看，国防科技工业信息化建设所需的工业控制芯片、工业软件、操作系统、数据库、设计开发工具等核心技术与支撑软件，重大产品研发和工程实施所需的硬件装备与软件系统等信息化关键技术产品尚做不到完全自主，国产化装备替代能力还有待提高，存在着信息安全风险和隐患。

我国国防科技工业的智能制造发展建议

面对以信息技术与制造业深度融合为核心的第三次工业革命的挑战，以及新军事变革对武器装备发展的要求，我国武器装备制造业的数字化水平亟待提升。

建立数字化的武器装备科研生产体系。武器装备系统具有研发成本高、技术含量高、小批量定制化、集成度高的特点。设计制造环节逐步从二维向三维过渡，试验测试逐步从实物样机向虚拟仿真发展，流程和体系逐步从串行、并行向全面协同发展。传统物理样机的研制模式和技术已不能适应现代武器装备研制快速性和创新性的需求，以数字样机为核心的研制模式已成为新一代军品研制能力的重要途径。全面提高武器装备的研发和生产整体水平，应以军工产品数字化设计制造和信息化管理为重点，全方位建立科研、生产、经营和管理的数字化武器装备科研生产体系。

强化全生命周期数字化综合集成能力平台。国防科技工业产品全寿命周期的各个阶段都有赖于先进技术的支持，应顺应制造业信息化技术“集成与协同”的发展趋势，将数字化综合集成作为关键环节，将信息技术与型号研制业务过程的产品全生命周期充分融合，构建面向产品全生命周期的数字化综合能力平台，包括需求分析、概念设计、详细设计、设计定型、生产制造、试验与其他工程设计、后勤支持、运行操作以及培训等多个关键活动或阶段，并将数字化平台进行集成，实现跨专业、跨学科、跨平台、跨地域的协同研制生产，支撑武器装备的快速研制和创新。

构建高效安全的“大数据”应用服务体系。数字化的核心是大数据，科研生产和管理中产生的直接信息及衍生信息呈几何级数膨胀，其大部分数据未能进行系统利用。为此，应围绕着产品全生命周期的相关信息进行采集、传输、存储、运算和分析，构建覆盖全行业的“大数据中心”。通过智能化分析模型和方法，对“大数据”进行分析利用，通过建模、仿真、控制和优化，发现生产运营全过程中的知识，使整个生产运营过程具备灵敏准确的感知能力、正确的判断能力、灵活的自组织能力以及有效的协同执行能力，为提升国防科技工业智能制造水平提供支撑。

强化国防科技工业信息化关键技术体系。从国防科技工业产品全寿命周期入手，针对每个环节适用的技术，构建由系统总体技术群、管理技术群、制造工艺与装备技术群、设计制造一体化技术群以及支撑技术群等组成的国防科技工业信息化的关键技术体系。设立重大专项，集智攻关、重点突破。一是加强对新一代信息技术、智能制造技术等关键技术瓶颈攻关；二是加强操作系统、工控系统、集成电路、新能源、新工艺、新材料等基础技术攻关；三是支持以物联网、互联网、大数据、云计算、无线通信等应用为基础，与武器装备的研制环节紧密融合。

打造可靠、安全的保密防护体系。在提升国防科技工业的智能制造过程中，必须解决新技术使用带来的安全保密风险，应始终将安全保密防护体系作为智能制造建设的重要内容和前提。建立和完善基础信息安全体系，进一步完善包括标准规范、安全保密、人才培养等在内的安全保障机制，制定涉及的云计算、物联网、无线传输、卫星定位、数据中心等相关技术的安全保密标准；制定高层次的工业控制系统安全策略和实践规范，在大幅度提升信息化程度的同时，确保信息安全与保密。（作者单位为赛迪军民结合研究所）