从智能制造理念到工程实践

北京航天控制仪器研究所　梁新建

在加强智能制造理论探索基础上，北京航天控制仪器研究所积极实践，通过吸收先进技术和提升创新能力，实现关键产品工艺结构化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制以及数字化物流管理。通过研制模式变革，推动组织与人、先进技术和经营管理的融合，提升了企业研发、生产、管理和服务的智能化水平，全面提升了北京航天控制仪器研究所的市场竞争力。

一、“工业4.0”已经来了，我们怎么办？

成都西门子生产及研发基地是西门子在中国设立的最大的现代化智能工厂，于2013年初竣工，西门子成都工厂是工业4.0思想的重要工程实践。

国内首个“智能工厂实验室”于2014年10月在同济大学中德学院落成。这一实验室将“工业4.0”概念变成了看得见的实物，是人才培养和智能制造技术探索实践的重要平台。

在中国制造业面临来自欧美发达国家和发展中国家前后夹击的大背景下，国务院于2015年5月发布了《中国制造2025》，这是我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。

“工业4.0”已经来了，航天企事业单位怎么办？航天智能制造离工业4.0还有多远？

二、“热词”背后的冷思考

工业4.0，再工业化、中国制造2025、工业互联网、信息物理系统、云计算、互联网+、大数据、智能制造、智能工厂、数字化车间、精益生产以及企业架构等一系列“热词”蜂拥而至，这些离散的、碎片化的华丽概念在人们议论、转发、纸上谈兵后便迅速销声匿迹。

产生这种现象有几个原因：第一，很多人觉得这些“热词”就像“上头条”的明星，除了是供大家茶余饭后的谈资，和自身工作有什么关系呢？第二，缺乏对新概念的系统思考能力，浅尝辄止，看完专家的文章，听完专家的讲座，说一句“不过如此”了事；第三，满足于到标杆单位走走看看，写完观后感，实践与落实的事情还需认真“研究研究”；第四，目光短视，自我封闭，未想深入到“热词”的幕后去一探究竟；第五，没有危机意识，不愿意为未来投入精力，更不会领悟到欧美发达工业国家在技术、产业方面继续领跑的态度和决心。

当前，航天各部门既同时面对着改革发展和经济增长的压力，又面对着行业内竞争进一步加剧的压力。挑战和机遇就在眼前，通过扒开这些华丽“热词”的外衣，不被概念所困惑，让这些“热词”真正融入到航天智能制造中就是直面挑战最好的方法。

三、智能制造工程实践

1.将智能制造作为主攻方向

德国的“工业4.0”、美国的“再工业化”与中国的“中国制造2025”，三者有一样的内核，就是智能制造。

智能制造是在现代传感技术、网络技术、自动化技术以及人工智能的基础上，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈，实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化，是信息技术、制造技术和管理科学的深度融合与集成，是制造业创新驱动、转型升级的制高点和突破口。智能制造本身既能促进生产力提升，也是一种新型的生产方式。智能制造是数据、信息、知识与智慧的承载体，更是先进管理理念的物化。

北京航天控制仪器研究所已将智能制造作为主攻方向，通过关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制与数字物流管理，逐步开展智能制造的探索性工程实践。

2.智能制造初步探索与实践

北京航天控制仪器研究所为提高生产效率、提升管理水平，结合自身特点，并切合实际需求，分步开展智造制造工程实践，智能制造实践范围涉及核心产品的关键环节。

通过先进的控制技术、通信技术和计算技术的深度融合和有机协作，将产品生产线改造为一个结构合理、动力充沛的自动运转的智慧生命体。生产集控系统就像是“大脑”，负责决策与管控。数控系统、驱动系统、工业通信网络等组成了“神经中枢”，负责互联和信息传递。电子标签、视频监控、传感器等构成“五官”，负责信息收集与感知。工业机器人、数控设备更像“四肢”，确保执行精准、到位，某精密零件智造单元如图1所示。

图1 某精密零件制造单元生产现场

智能制造建设的价值不仅限于生产环节,可以向前端的工艺设计环节延伸,通过对制造工艺的结构化，实现产品、工艺、工厂和资源（P3R）四大数据的有机关联和结构化组织，保证数据的一致、有效和重用。同时，通过结构化工艺系统与制造执行系统的集成，实现三维模型、工艺指令等信息向生产现场的推送，北京航天控制仪器研究所已经完成产品全生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）以及制造执行系统（MES）的系统集成建设，实现业务的全面数字化，为智能化奠定基础，系统集成架构如图2所示。

图2 PLM、ERP、MES系统集成框架图

智能制造有效提升设备利用率，减少水、电、气消耗，减低运营成本，这符合绿色制造理念。另外，智能制造促使生产准备、工艺、调度、质量与设备管理都紧紧围绕零件加工这一核心目标，实现并行工作，践行了精益生产理念,最大限度地降低了时间成本。

智能制造还将促进人的进一步解放。通过工业机器人的全面引入，集成包括智慧物流系统、智能传感系统、自动控制系统等先进技术，将劳动者从简单重复的劳动中解放出来，减轻精神压力。

四、智能制造与变革

北京航天控制仪器研究所的智能制造探索实践才刚刚开始，整体研制模式正在发生根本性改变，在加强关键核心技术引进、消化、吸收的同时，开始注重自身研制模式的变革，从根本上营造智能制造局面。

1.智能制造，标准先行

智能制造的柔性与敏捷建立在“严谨”之上，标准化工作占有举足轻重的地位。实现智能制造目标的核心和关键是实现人、机器以及资源的互联互通，“原子与比特”的智能联接必然要求一个系统框架，在这个框架内，多种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系。

传统的标准化模式是当产品在技术成熟后才进行标准制订，属于后补性模式。而对于智能制造的标准化应采用“前导+研发”模式，即伴随先进技术的研发，标准化同步甚至超前进行，为智能制造发展勾勒出整体框架。

2.加强数据资源管理能力

在信息的增值链上，数据是源头。实现数据采集只是智能制造的前端基础部分，将数据采集上来干什么，如何好好利用才是问题的关键。

加强数据资源管理的工作重点是理清数据关系，统一数据标准，构建分析模型和建立数据管理机制，以解决“方言”问题、数据的集成共享问题和综合利用问题。只有真正盘活数据资产，最大限度发挥数据作用，智能制造的基础才能稳固。

3.掌握关键核心技术

在加强智能制造工程实践和经验积累的同时，开始注重智能制造核心技术的吸收、研究与创新。智能制造核心技术如不掌握，长远深度发展定会受制于人。

通过提升对高档数控机床、工业机器人、增材制造装备、新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统与制造执行系统等先进技术的学习及消化吸收水平，北京航天控制仪器研究所对智能制造核心技术超前规划布局，瞄准突破口和主攻方向，着力攻克了一批关键核心技术，已经成为智能制造技术和解决方案集成商。

4.研制模式的同步变革

智能制造单元或数字化车间试点建设不仅会加快人机智能交互、工业机器人、增材制造和智能物流等技术和装备在生产过程中的应用，重点将促进企业研制模式的改变。例如，智能制造单元运行过程中，工艺人员的核心与纽带作用将真正得到体现，工艺可以提前介入设计环节，保证设计结果的可制造性，减少工程更改，还可将生产准备时间前移，缩短生产准备周期。另外，随着智能制造项目的推进，计划调度、业务和成本衔接等经营管控模式也将随之改变。

5.复杂巨系统管理

智能制造是复杂巨系统，智能制造系统的建设、维护和管理变得越来越困难。系统的复杂性已经超出了分工理论的能力范围，通过成立智能制造建设领导小组，统筹协调智能制造建设全局性工作，对重大规划、重大问题和重要工作安排加强战略谋划，保证智能制造建设目标、行动和能力的匹配。

6.培训和持续的专业发展

智能制造涉及新概念、新技术，在智能工厂，员工的角色将发生显著变化。工作中的实时控制将越来越多，这将改变工作内容、工作流程和工作环境，将极大地改变操作工人、工艺师，甚至设计师的工作和技能。因此，通过培训和持续的专业发展，促进终身学习和专业持续发展，保障人力资源配备合理。

在坚持外脑引进，建立智库的同时，通过加强智能制造人才发展统筹规划和分类指导，以高层次、急需紧缺专业技术人才为重点，实施知识更新工程和智能制造卓越工程师培养计划，将智能制造打造成工程创新训练中心，变成打造高素质复合型人才队伍的基地。

五、结语

智能制造实现了“原子”与“比特”的互联，具有软硬一体、刚柔相济、虚实结合和技管并重的特点。随着智能制造项目的推进，传统的生产模式将朝敏捷化、智能化以及绿色化的方向转变。

智能制造将领衔新工业革命。通过攻克智能制造关键技术，推动成果工程化、产业化机制变革，北京航天控制仪器研究所正在成为智能制造整体解决方案供应商，初步形成新的经济增长点。