航天装备数字化设计与制造标准化的实践与思考

2021-01-11黄超梁爽周佳膑郁文慕晓英

航天标准化 2020年3期

黄超梁爽周佳膑郁文慕晓英

（1 上海航天信息研究所，上海， 201109；2 上海航天技术研究院，上海， 201109）

上海航天技术研究院（又称上海航天局），是中国航天科技集团有限公司三大总体院之一,创建于1961 年，经过50 多年发展，已成为我国航天事业的中坚力量和重要航天产业基地。为了贯彻落实《中国制造2025》，发展智能制造，上海航天局依托企业信息化能力建设，围绕协同化的设计研发平台、面向院/所两级管理模式的企业核心业务应用系统和高性能计算中心为基础的仿真计算平台等，开展标准化顶层策划，不断在装备数字化设计和制造过程中开展标准化研究与应用，取得了较好的成效。

1 航天企业实施数字化的必要性

1.1 国家高端装备制造业的发展需求

伴随着新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，全球兴起了以智能制造为代表的新一轮产业变革，数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势[1]。 “智能制造、标准先行”，先进的标准是智能制造实施的重要基础和前提。美、德等工业强国早已认识到标准建设是重塑制造业的关键，通过不同方式加大智能制造标准建设力度[2]。我国政府也高度重视智能制造领域标准化工作，李克强总理指出 “要打一场制造业的 ‘攻坚战’，实施智能制造，用先进标准倒逼中国制造升级”。航天装备作为国家高端装备制造业，已纳入《中国制造2025》十大重点行业。工信部和国标委联合制定、发布的《国家智能制造标准体系建设指南》明确将航天装备列为 “C 重点行业” 子体系中，并开展论证规划。

在国家层面，由于航天装备的特殊性，以及长期以来军民标准交叉使用、信息技术快速更新等原因，航天装备数字化设计与制造标准的数量、覆盖程度均不能满足当前 “高密度发射、多型号并举” 要求。因此迫切需要开展相关标准化研究和实践工作，形成标准化试点示范效应，强力支撑我国 “制造强国” 的国家战略。

1.2 航天装备 “离散式制造” 的转型要求

上海航天局作为集团型军工企业，下辖12家军工单位，包含3 个总体单位、 3 个总装单位、 6 个核心专业研究所。其装备研制呈现出“离散式制造” 特点，主要是： ①集研制和批产于一体的大型军工集团型企业； ②院/厂所两级管理，厂所相对独立，又协同设计、生产； ③以研发为驱动的高度离散定制化生产； ④单件小批量多品种多型号研产混线； ⑤产品构型复杂，生产周期长，军工质量控制严格等。

基于“离散式制造” 背景下，航天装备制造的信息化、智能化升级转型迫切需要实现上下游企业间的互联、互通，消除“信息孤岛” “数据壁垒”。同时，大量航天智能装备、数字化设计、仿真、制造、试验等工业软件以及工业大数据应用，急需开展协同设计、协同制造方面的数字化顶层标准研制。为统筹利用信息数据，形成数据共享打下基础。标准作为“共同语言”，将发挥重要作用。

由此可见，开展航天企业数字化设计与制造标准化，必须从企业战略高度出发，形成标准研制的有效工作机制，统筹规划，集中研制；构建科学、完整的标准体系，加快科技创新成果转化为标准，提高标准 “含金量”；固化、积累 “离散式” 军工集团装备制造的工程实践和宝贵经验，进一步发挥标准牵引技术需求、保障科研生产的作用，助力航天装备制造转型升级。

2 数字化设计与制造标准化实践

2.1 建立工作机制，明确标准转化提升方向

在上海航天局层面的统一部署下，从标准化、信息化两条线形成了 “双管齐下” 的工作机制，共同推动数字化设计与制造标准化建设。主要包括：依托企业信息化 “两总” 系统，由质量技术部、规划计划部归口管理，确保专业规划、条线计划、工作经费等保障条件；局标准化中心、局信息化中心实施技术支撑，各下属厂所参与；定期召开研讨会、协调会，围绕以下几方面明确标准转化提升方向。

a）基础共性标准的采标及转化。对于航天军工企业而言，基础共性的标准包括国家标准和部分军用标准。从标准适用性的角度来看，一部分标准是通用的，如术语、参考模型、元数据等标准；一部分是存在交叉，不一致的，如功能安全、信息安全、标识等标准。因此必须针对这些军/民标准开展分析研究，形成民标采用和军标转化的项目清单。促进相关国家标准贯彻实施，服务于企业科研生产。

b）企业数字化应用创新成果转化。“十三五” 以来，大量基于工业机器人、增材制造以及工业互联网下协同设计/制造系统互联互通、互操作等应用场景要求的信息化平台、软件得以开发和使用。上海航天局结合 “离散式” 制造、军工保密等特点，进行了一系列数字化应用改造。当前急需将相关技术创新成果和经验，通过标准的形式固化下来，用以规范指导科研生产全过程。

c）企业数字化管理创新成果转化。将以“科研生产管理系统” 为代表的航天数字化管理技术转化为国家／行业标准。该技术已在企业层面广泛实施，效果良好；且作为产业融合技术的典范，荣获第十九届工博会空间信息技术与北斗导航技术应用产品奖，具有一定的影响力和推广应用价值。

2.2 健全标准体系，推进关键技术标准研制

在跟踪国内外相关标准体系的基础上，结合军工企业数字化建设的特点，确立标准体系表的框架，如图1 所示。力求构建结构合理、内容完善、协调统一的标准体系，牵引航天装备数字化设计与制造标准化建设需求。

在标准体系的牵引下，围绕 “大设计、大仿真、大制造、大测试、大管理”，推进关键技术标准研制。具体见表1。

2.3 依托试点示范，深化标准贯彻实施应用

依托 “国家高端装备制造业（高端装备）标准化试点” “航天器结构件智能制造新模式应用” 等国家级项目在上海航天局试点示范工作，开展了大量的数字化标准的实施应用工作。取得以下成效。

a）以数字化协同设计标准的实施，实现了以数字样机为核心，以产品数字化定义（MBD)为基础，以局数据中心为纽带，构建跨地域/多单位的统一型号并行协同环境，开展型号数字化研制与过程管理。

b）固化机加、铸造、钣金、焊接、装配、电装、复材等专业工艺仿真瓶颈技术经验，通过标准在型号研制中推广应用，实现工艺布局、物流仿真的全面应用。

图1 数字化设计与制造标准体系框架

表1 数字化关键技术标准研制重点

c）结合11 条数字化生产线建设，建立航天制造单元布局、生产线标准群。实现航天产品研制主要环节的自动化和数字化，达到研制效率提高，成本降低，质量提高的目的。

d）建立科研生产管理系统标准群，实现局和厂所间上下管控、横向协同，厂所内的生产计划管理精细化，过程管理扁平化、生产现场作业无纸化。

3 数字化设计与制造标准化思考

3.1 数字化标准研制方面

由于航天装备种类齐全， “弹箭星船器” 各个领域、各个型号数字化标准带有明显的领域/型号特色。对于同时承担几个领域/型号产品的专业所而言，在使用这些标准时难免会产生交叉重复和矛盾。针对这一情况，上海航天局开展了相关探索和尝试，后续还需要 “自顶向下” 开展设计和规划，通过整合、优化等手段，有步骤地开展这类标准的 “去型号化”。

3.2 数字化标准贯彻实施方面

对比 “波音产品标准长期战略计划”，在标准数字化（结构化）、标准权威源、标准应用工具等方面值得探索。包括：开展标准的数字化（结构化）加工，适应未来多源的标准数据需求；结合知识管理，包括MBD 建模模板、材料信息标注、技术注释数据库、标准件库、模型质量检查工具等方面考虑标准嵌入，作为数据与PDM（产品数据管理）、 PLM （产品生命周期管理）、CAPP （计算机辅助工艺过程设计）等自动化系统实现互操作。在互操作过程中，还要重视标准规则的应用。根据相应的流程，在PDM 中定义工作流进行实施，比如在系统中对技术文件管理规则的定义。