基于“两化”融合的智慧型研究所构建研究

◎北京精密机电控制设备研究所 张文海 俞光炜 宁琦 岳良 王一鹏

基于“两化”融合的智慧型研究所构建研究

◎北京精密机电控制设备研究所 张文海 俞光炜 宁琦 岳良 王一鹏

“十二五”以来，“两化”融合已成为国家级战略，北京精密机电控制设备研究所作为中国运载火箭技术研究院唯一的厂所联合单位，“十三五”计划以《中国制造2025规划》为指导，以国家大力推进“两化”深度融合和“工业4.0”为契机，研究构建智慧型研制体系。通过数字化、网络化、智能化的信息制造技术手段，实现数字化协同创新、全方位综合仿真、网络智能化制造等技术的全面应用，推进研制流程优化和研制模式转型升级，切实提升设计仿真和协同研发能力，提高数字化制造和综合业务管理能力，实现设计制造一体化智能研制的建设目标。

一、建设目标

结合研究所设计制造一体化特点，以信息技术和制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化为主线，打造成为一个以智能设计为中心的智慧型研究所，升级优化产品的研制流程，改变传统设计制造串行、系统设备孤立、知识信息未有效应用的现状。

1．实现五个目标

一是实现以设计为中心，科研生产和经营管理全要素大数据的智能挖掘分析、系统仿真评估、情境化感知和自动化推送应用。

二是实现基于工艺制造、设备物资、人员经费等信息的设计方案优选和智慧型闭环迭代优化。

三是实现生产试验的数字化管控、柔性化制造、自动化检测、智能化仓储。

四是实现设计研发的信息物理网络化融合、设计制造一体化协同和全过程虚拟化仿真验证。

五是实现快速响应研发与敏捷智能制造。

2．完成四个转变

一是完成设计制造由孤立串行到并行一体的转变；二是完成仿真验证由局部到全流程的转变；三是完成生产由传统到数字化、网络化、智能化的转变；四是完成能力资源由分散管理到区域协同增强型管理的转变。

3．提升三个能力

一是大幅提升航天伺服系统的创新能力和研制水平；二是提升科研生产的过程管控和精细化管理能力；三是提升网络信息安全保密管控能力。

最终完成从产品的设计、生产规划到生产实施和最终服务用户的全生命周期管理，确保我国战略战术武器和运载火箭伺服系统的领先地位，满足“十三五”各型号项目的研制任务需要，为军工能力建设树立智慧型研究体系的标杆。

二、总体框架

“两化”融合智慧型研究所概括为“四个平台、两个体系”。“四个平台”是指基于大数据决策支持的智能运营平台、基于模型的智能研发平台、基于模型的智能制造协同平台和基于CPS的智能设施平台；“两个体系”是指IT标准体系和IT安全体系。整个智慧研究所架构分为6层，分别为智能展现层、智能管控层、智能业务层、智能支撑层、智能数据层、智能基础层。总体平台架构如图1所示。

首先建立集成平台，在平台上建立基于产品研制过程所有数据的协同管理模块，提供的工程协同管理环境便于设计/制造/服务等全面协同；然后，按照研究所现有技术基础，在集成数据的平台上建立以伺服产品研制流程为主线的数据产生工具集，包括建模、设计、仿真、数字工艺等工具软件，以及制造设备、检测设备、装调设备等数字化工艺设备和数字化库房；建立以产品质量、产品生产计划等管理为主线的衍生数据的生成与管理工具集，包括顶层质量管理模块，基层质量管理模块，顶层生产任务分解与管理模块，基层生产任务分解模块，顶层计划与决策的管理、基层计划与决策的管理模块。同时，建立企业内最基础的数据的积累与管理工具集，包括顶层资产管理、基层资产管理、顶层标准、基层标准、模板、顶层库房管理、基层库房管理。

1．软硬件平台

“两化”融合智慧型研究所包括4个研发平台建设:智能运营平台、智能研发平台、智能制造协同平台和智能设施平台。

（1）智能运营平台

构建面向决策的运营管理模式，实现对全业务过程人、财、物的协同管理，通过集成服务、业务智能、统一数据管理实现基于大数据的分析、科学决策、统一信息展示和智能监控。建立涵盖“全过程、全要素”的综合性智能信息集成平台，通过物联网、云、大数据等技术推进研发生产和科研管理的全流程数字化，实现各类数据的集中管理和处理分析。补充建立顶层决策、跨院跨域协同管理等系统，为管理决策提供可靠有效的数据支撑，为区域和上下游产业价值链数据互通管理提供平台支撑。

（2）智能研发平台

智能研发平台包括基于模型的系统工程、基于模型的设计工程、基于模型的试验工程和基于模型的制造工程能力建设。

基于模型的设计工程承接MBSE需求，通过基于组件的协同设计，在方案和初步设计过程中实现快速原型设计与迭代，确定最优方案；通过工程设计在详细设计过程中实现机、电等专业的协同设计。设计工程以MBD方式向制造工程传递模型并开展后续工艺设计与仿真，以系统级模型、专业级模型的形式在试验工程中进行仿真验证和模型迭代，通过PLM开展各类设计资源的调用、协同研制和模型管理。

基于模型的试验工程对产品研制过程中的试验数据、任务进行管理，通过虚拟化的方式对系统级、产品级设计中各类模型进行仿真验证，指导设计不断迭代完善，与MBSE、设计工程共同完成完整的性能伺服系统。试验工程是对MBSE、设计工程的闭环验证过程，各类模型通过系统PLM进行关联和追溯。

基于模型的制造工程对制造过程进行管理，对各类工艺开展MBD驱动设计并进行仿真，同时围绕制造装备、生产线和物流等开展生产系统的设计与仿真，实现生产验证与优化，完成虚拟生产。制造工程承接MBSE需求和设计工程MBD模型开展工艺规划、设计与管理，向实物生产过程提供各类工艺和制造过程信息。

（3）智能制造协同平台

智能制造协同平台实现伺服系统试制过程管理和智能供应链协同管理，建立基于信息物理系统（CPS）的智能型制造系统（含网络、软件系统），以及具备精确控制、远程协作、自治功能，智能检测、自动仓储、智能物流的伺服智能化生产单元。以现有的自动化设备为基础，补充现代传感器、基础网络、自动化机器人、智能化仓储物流等设备，实现传统生产向数字化、网络化、智能化的转变。

（4）智能设施平台

智能设施平台包括智能基础软件、智能园区设施、信息资源中心、统一门户等基础能力，以支持未来应用的高容量、高性能、高可靠性、智能管理、备份恢复能力和动态管理的要求。

2．支撑体系

（1）信息安全体系

围绕涉密网络的安全防范，遵循中国航天科技集团公司要求，建立整体的涉密安全防护体系，以满足分级安全要求和国家信息安全等级保护的安全要求。信息安全体系参考框架如图2所示。

（2）信息标准体系

按照航天科技集团的信息化标准规范体系框架要求，结合研究所型号研制、科研生产和管理需求，在国标、国军标、航标和航天科技集团标准基础上进行提升转化、细化或补充，涵盖信息化基础标准、信息技术标准（IT标准）、信息技术应用标准（IT应用标准）和信息化管理标准等内容类型。

通过智慧型研究所的建设，北京精密机电控制设备研究所通过构建并行协同、虚实结合的产品分析论证、设计开发、仿真评估、试验验证、装配集成、制造集成等数字化研制条件，形成全三维数字化研制能力，实现研制模式升级转型和流程优化，显著提升了产品的研制水平和效率，将全面实现数字化制造、信息化管理的科研生产方式，从而提升管理精细化水平。同时，将大大提高目前伺服产品的设计、仿真、试验验证和制造水平，实现基于同一数据源的产品多专业交叉协同和与总体单位的协同设计，建成伺服产品新的研发能力体系，为新一代伺服产品技术创新和发展提供有力的技术基础保障，为重大背景型号伺服产品研制的关键技术攻关提供支持，提升研发能力，为军工行业的整体转型树立标杆。▲