互联网+先进制造业关键技术及应用

文/王立书

在工业互联网的大力推进下，航空产业必能加速数字化转型，向智能航空迈进。

工业互联网作为新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，也是全球新一轮产业竞争的制高点。

工业互联网对智能制造的重大意义

工业互联网对智能制造的落地具有重大而深远的意义。

其一，工业互联网是全球新工业革命的重要基石，可更大范围、更高效率、更加精准地优化生产和服务资源配置，为推进制造业供给侧结构性改革、实现制造业由大到强提供关键支撑。其二，传统互联网向满足工业发展的新型网络演进，将推动网络基础设施演进升级，拓展网络经济空间，为网络强国建设创造重大机遇。其三，工业互联网将向实体经济领域全面拓展，成为各生产领域由自动化向网络化升级必不可少的基础设施，为制造、能源、农业、交通以及其他产业领域带来革命性变革，从而加速新旧动能接续转换，推动数字经济繁荣，助力现代化经济体系建设。

工业互联网是实现航空工业智能制造的基础

为把握新一轮科技和产业革命发展新趋势，促进信息技术和制造技术的深度融合发展，航空工业于2016年1月发布了航空工业智能制造架构（V1.0）及推进计划。

航空工业智能制造架构包括总体架构以及企业联盟层、企业管理层、生产管理层和控制执行层等四个分架构，实现航空产业业务全覆盖。工业互联网平台体系架构包括了四个层级，其中，边缘层和IaaS层基于网络提供了大范围、深层次的数据采集以及异构数据的协议转换与边缘处理，是航空智能制造的数据基础。以数据采集、协议转换及边缘计算实现制造现场与云端的集成，能够有效满足智能制造参考架构生产管理层和控制执行层对网络与物联的需求。工业互联网的平台层基于通用PaaS叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，为工业企业开展应用构建了可扩展的开放式云操作系统。工业互联网应用层能够形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS和工业APP，体现工业互联网平台的最终价值。

工业互联网关键技术支撑航空工业智能制造

图 智能制造规划图

航空工业智能制造需要解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、海量数据管理与处理、工业数据建模分析、工业应用创新与集成、工业知识积累迭代实现等一系列问题。工业互联网涉及七大类关键技术，分别为数据集成和边缘处理技术、IaaS技术、平台使能技术、数据管理技术、应用开发和微服务技术、工业数据建模与分析技术、安全技术。其中，通用平台使能技术、工业数据建模与分析技术、数据集成与边缘处理技术、应用开发和微服务技术正快速发展，是航空工业智能制造的关键技术；在平台层，PaaS技术、新型集成技术和容器技术正加速改变信息系统的构建和组织方式；在边缘层，边缘计算技术极大地拓展了收集和管理数据的范围和能力；在应用层，微服务等新型开发框架驱动工业软件开发方式不断变革，而工业机理与数据科学深度融合则正在引发工业应用的创新浪潮。

工业互联网关键技术在航空复材加工领域的实践

航空装备产品生产具有长周期、多品种、变批量、高质控的特点，存在生产计划执行的准时性差、生产问题分析和诊断难、质量监控存在滞后性、生产准备效率提升难等问题。基于物联技术的制造过程集成管控技术是解决此类问题的重要技术手段。

复合材料相比传统金属材料，具有轻质量、高强度、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、成形工艺性良好、成本低等特点，不仅在航空产品上的应用比例越来越高，而且正在迅速扩展到国民经济的其他领域。

复合材料智能车间已经成为未来的发展趋势，现代生产车间，设备不断向自动化、智能化发展。车间设备接口、协议及工艺特点往往不同，通过构建车间异构设备智能互联平台，以异构设备接入为基础，快速建模并采集关键数据，通过实时数据库对数据进行加工处理，分析过程数据对问题进行预判，并以监控的方式对设备、工厂进行监控。总体技术架构如下：

总体技术架构分为三层—应用层、平台层、资源层。

图 工业互联网平台参考框架与关键技术

“应用层”面向业务需求，实现设备互联、洞察、优化。“互联”能够全面感知生产过程要素，如各车间整体运行情况，企业设备运营总体检测，车间设备运行监控，设备运行监控，设备参数监测预警。

“洞察”提供企业生产运营监控应用、工艺加工可视化加工、设备监控分析、智能工卡等。“优化”提供生产排产优化，设备故障自动诊断，工艺及车间综合优化，基于AR的生产及维修。

“平台层”由各系统平台及程序工具构成，建立“异构设备互联框架”，面向航空装备制造设备的特殊性与复杂性，整合零散分布制造车间不同类型规格、不同地域分布的设备，按照规范的模式进行组网互联。

“分布式数据采集”能够根据航空装备制造设备多样性及航空零部件高复杂性特点，建立数据分类收集与分布存储规范。“数据处理分析”在大量的过程数据与零件加工数据中，筛选出可用的数据，挖掘出更有价值的内容及问题及趋势。

“智能监控服务”整合各类资源数据与数据分析结果，以整体运营管控的形势对数据进行呈现。

“资源层”作为平台数据源由硬件、软件及人员构成，软件由信息化系统构成，包括PLM系统、ERP系统、MES系统、CAPP系统。硬件由工厂、设备、产品、物料组成。人员由工人角色、管理者角色、领导角色组成。

当前，国家已经围绕智能制造和工业互联网做出了重点工作部署，并从法律法规、市场环境、财税支持、融资服务、专业人才、组织保障等方面进行了多维度保障支撑。在工业互联网的大力推进下，航空产业必能加速数字化转型，向智能航空迈进。