军民融合工业互联网服务平台建设与思考

2023-11-03李悟杰王剑男1洪斌祥

新一代信息技术 2023年11期

李悟杰，王剑男1,，洪斌祥

（1.中国工业互联网研究院，北京 100020；2.北京工联科技有限公司，北京 100020）

1 引言

自十九大以来，习近平总书记提出把军民融合发展战略上升到国家战略［1］，为军民融合深度发展提供了历史性机遇，也提出了更高的战略要求。十九届五中全会审议通过《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，其中认为要加快武器装备现代化，聚力国防科技自主创新、原始创新，加速战略性前沿性颠覆性技术发展，加速武器装备升级换代和智能化武器装备发展［2］。需通过军民融合的手段实现军方企业采购与民营企业先进技术和产品的对接，利用工业互联网的方式将武器装备设计、工艺、制造、检验和维护过程高度集成、协同和融合，实现武器装备设计制造一体化。目前，国内很多学者做了很多技术研究，但未形成供需对接、协同设计和生产制造一体化融合的平台。李超等基于模型定义（MBD）技术提出了适合军工企业的设计制造一体化应用实现途径，为武器装备的快速研制提供有益参考［3］。来音等构建了政府搭台、安全可控、需求牵引、供给创新、动态平衡、各方受益的军民融合生态体系，以加强军工企业、民企、政府等各方机构的互融互通、协同创新，实现服务国防、促进经济增长、服务社会的目标［4］。张朝凡构建了一个军民融合信息服务的评价指标体系，旨在打破军民融合信息壁垒，加强军民融合资源共享［5］。李嘉颖等探讨物联网在智慧海洋、智慧工厂和智慧交通等领域的应用实践，着力打造具有军民融合物联网技术应用服务平台，促进军民融合物联网产业发展［6］。本文围绕武器装备制造需求，梳理并优化产业链、价值链，旨在整合分散的军装智能制造、后勤服务等软硬件资源，促进军民资源的常态化对接，通过供需双方快速精准匹配、武器装备协同设计制造一体化，打造基于工业互联网的武器装备项目全生命周期管理的军民融合服务平台。

2 需求分析

2.1 军事需求分析

要想使用数据提升作战优势，需要建设武器装备论证、设计、研发、制造、采购和运维的一体化管理能力。我国武器装备的需求发布、论证、设计、制造、采购和运维等各环节相互孤立，数据难以互通，无法真正实现武器装备全生命周期的有效管理，无法全面细致掌握用户使用武器装备的体验和效果，影响迭代升级效率。

2.2 市场需求分析

要想加快形成军民融合深度发展格局，需要打破部队、军工集团、地方政府、民营企业四类主体自成体系的局面。民企长期面对非军客户，在参与供应军方产品和技术的过程中，也很难一步到位理解军方需求。而军方技术也因保密性边界不够明确，难以真正转成民用技术。十二个军工集团外部的配套率只有13%，国防科研成果的转化率只有15%左右，远低于西方发达国家60%左右的水平。

3 建设内容

军民融合工业互联网服务平台构建军民融合供需对接系统，使军事需求发布更方便、更简洁、更及时，军工产品展示更直观、更立体、更多面，真正打通“军转民”渠道、务实推进“民参军”工作。平台基于工业互联网的全要素、全产业链、全价值链的全面连接的理念，构建装备需求分析、方案设计、仿真验证、生产制造、运维保障为一体的全生命周期装备研制流程与模式，依托装备订单全流程追踪体系，以突破空间地域对装备制造范围和方式的约束，把分布在不同地理位置的制造资源迅速地组成一个企业内外联合的生产体系，实时掌握装备制造进度情况，为军工产品的快速生产和响应提供支撑。

3.1 技术架构

本平台技术架构如图1所示。军民融合工业互联网服务平台架构由4 层组成：边缘层、IAAS 层、PAAS层、SAAS层。

图1 军民融合工业互联网服务平台技术架构

边缘层通过系统适配器接入平台的硬件及生产设备，利用数据采集网关实现多场景、多行业、多品种海量终端接入平台，对海量数据进行工业数据建模分析，聚焦异构数据转换和透明访问。

IAAS 层为平台提供了云基础支撑，包括云设施、云存储、资源调配等。

PAAS 层提供了工业互联网业务基础平台，用于实现业务层的搭建，为行业应用提供接口、建模和开发环境，提供行业机理模型和微服务组件，完整、可靠，具有良好兼容性和安全性。

SAAS层将工业知识与计算机技术结合，应用互联网技术将这些应用封装、优化、复用。

以上述总体架构为基础，针对军民融合项目个性化程度高、研制周期长、制造成本高、人工重复性劳动较多，供应链运行效率低下，难以应对新形势下快速变化的市场需求等问题，基于云计算、大数据、工业互联网等新一代信息技术，构建一种基于工业互联网的军民融合项目网络协同发展模式，如图2所示。

图2 军民融合项目网络协同发展模式

3.2 功能架构

本平台共分为三级菜单，其具体内容如表1所示。

表1 功能菜单清单

3.2.1 门户

本平台在首页门户展示军民融合产业链各环节企业数量、分布、产能等基本情况，实时汇聚企业生产、库存、订单、物流数据，并以流程图的方式体现军民融合订单的实时追踪。

3.2.2 要闻通知

要闻通知模块分为通知公告、政策动态两部分。通知公告实时展示军民融合领域最新资讯和各地政府在军民融合领域的最新工作动态。政策动态展现军民融合最新的政策文件，并转载领域内专家对最新政策的解读。

3.2.3 供需对接

（1）需求信息

军方单位在该功能模块下，进行项目信息填报，发布项目招标公告。总承包单位在投标成功后，在该模块将现有项目进行分解成具体需求，再进行分包项目招标。平台其他用户可在此模块查询、浏览需求信息。

（2）供应信息

军工企业和民企在该功能模块下，可以进行公司的优势技术、重点产品的信息填报，进行技术和产品的宣传介绍。平台其他用户可在此模块查询、浏览供应信息。

（3）招投标

军工企业和民企对于有意向的项目，可以点击此模块进入招投标系统，获取项目招标文件，完成项目投标。

3.2.4 协同设计管理

协同设计管理子系统能够实现顶层计划到具体执行的透明化管控、基于知识驱动的自动化设计、多学科协同设计仿真优化及验证、基于标准接口的试验数据的采集与管控、产品数据的全过程管理与可追溯等。主要功能包括：需求分析、设计过程管理、互联网设计环境、技术开发管理、仿真模拟、试验管理。

（1）需求分析

设计类中标单位可通过需求分析了解用户对产品的基础需求，实现对发标单位产品的尺寸要求、性能数据等基础需求、发标单位联系方式的浏览和下载，中标单位输出需求或产品规格说明书后实现规格说明书上传供发标单位确认，供项目参与方浏览。需求分析环节完成后进入设计环节。

（2）设计过程管理

设计过程管理基于工业互联网技术实现对包含产品规划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、工艺设计阶段的机械制造装备设计全过程的管理，并支持系列化设计和模块化设计方式，实现对工程合理化中技术经济性、可靠性、人机工程学、结构工艺性、产品造型、标准化等方面的评价。

（3）互联网设计环境

互联网设计环境为设计人员提供基础云化设计软件。云化设计软件包括CATIA 工业设计软件、UG NX 数控编程软件、AutoCAD 产品二维设计、Solidedge产品三维设计、Pro/E 三维模型设计、Creo3.0 三维绘图、edgecam数控编程、Mastercam数控编程、Protel电子产品设计、Cadence电子产品设计等设计类软件。

（4）仿真模拟

仿真技术在工业设计中的应用，为设计者提供了一个方便、高效的验证分析方法，从而实现了设计者对产品零部件设计及加工的最优化控制。主要功能包括：系统数学模型的建立和管理、仿真计算实现，仿真分析结果的分析和展示。

3.2.5 生产制造管理

生产制造管理以计划管理为源头，以生产任务执行、过程质量管控闭环为体系，以集成化的协同制造、三维模型下厂、自动化的多种设备数据采集为手段，以透明化的车间看板、图形化的统计分析为依据，同时具备强健可控的安全访问机制，可有效保证系统的数据安全，提供柔性可扩展的业务体系架构，支持用户灵活定制。

（1）计划排产管理

计划排产管理包括基础数据管理、参数设置、生产排程、排程结果处理、分析报表等功能，通过虚拟工厂模拟获得生产优化排程结果，并向生产单位或协同生产联合体发布生产任务，从实际生产中获取基础数据、任务订单反馈信息、生产实际进度反馈信息，进一步进行排产优化。

（2）虚拟工厂

虚拟工厂根据实体生产单位生产设备与工业互联网平台互联互通结果虚拟构建，组成包括虚拟加工单元、虚拟检测单元、虚拟物流单元、虚拟测试单元、虚拟环境、虚拟产品，辅以物料模型、环境模型、人员模型、设备模型、产品模型，对排产计划进行仿真模拟，以对排产计划进行优化。

（3）生产执行管理

生产执行管理实现协同生产单位间的协同生产，也可实现生产单位自身各生产部门间的协同生产，主要功能包括生产计划管理、生产准备管理、车间作业管理、基础数据管理，并与计划排产管理、虚拟工厂、生产资料管理、物流物料管理、质量监控管理实现互联互通。

（4）生产资料管理

生产资料管理实现对生产单位生产资料的管理，对不同类型生产单位生产资料管理中包括的功能因生产资料的不同而有差别。生产资料管理要与生产执行管理、统计分析进行互联互通，实现数据对接和数据可视化。

（5）物流物料管理

物流物料管理实现对生产物料的管理和物流配送的管理，主要功能包括物料台账、物料齐套、物料跟踪、物流管理，并实现与生产执行管理、统计分析进行互联互通，实现数据对接和数据可视化。

（6）质量监控管理

质量监控管理实现对生产过程中产品质量的检验、监控、判定和追溯。质量监控管理主要功能包括质量任务、质量判定、质量异常、质量监控，并实现与生产执行管理、统计分析进行互联互通，实现数据对接和数据可视化。

（7）统计分析

统计分析为生产制造管理子系统提供数据分析和可视化展示，与生产制造管理子系统内各功能模块实现数据对接，主要功能包括数据分析、数据看板。

3.2.6 产品数据管理

产品数据管理系统，基于数字化定义提供面向型号研制全生命周期的产品数据管理能力，满足企业基于产品结构的三维数模精细化管理、复杂产品技术状态管理、三单结构化与变更闭环管理、统一的设计资源库（标准件库、元器件库、材料库、通用库等）、跨单位协同管理以及机电软协同设计管理等核心业务。

（1）图文档管理

图文档数据在结构化工艺设计和工艺管理中是基础数据，图文档管理属于结构化工艺设计与管理的基础应用，其功能包括：图文档设计过程管理、三维数模及其结构关系管理、三维数模轻量化管理、图文档审批管理、图文档发放管理、图文档更改与版本管理。

（2）产品结构与配置管理

产品的结构决定了产品的功能，同时也丰富着产品的形态。产品结构与配置设计是设计阶段涉及问题最多、最具体、工作量最大的阶段之一。其功能包括：产品BOM 管理、多BOM 视图管理、有效性及结构配置、基线及结构配置、产品报表输出。

（3）变更管理

设计变更是产品在设计和开发各阶段可能出现的不能满足相关客户要求而必须进行设计和开发的更改。其功能包括：产品BOM 管理、多BOM 视图管理、有效性及结构配置、基线及结构配置、产品报表输出。

（4）基础库管理

基础库管理系统是为满足工业互联网协同设计、生产制造功能需求必须构建的，包括标准件管理、元器件管理、物资选用管理等。

（5）系统集成

为满足军民融合工业互联网服务平台各子系统间数据有效互通，需通过产品数据管理子系统与其他子系统进行互联互通，包括但不限于：云化软件集成AutoCAD、PROE、CREO、UG NX、CATIA、Altium、Mentor等，结构化工艺设计和制造工艺管理子系统，协同设计管理子系统、生产制造管理子系统等。

3.2.7 结构化工艺设计和制造工艺管理

结构化工艺设计和制造工艺管理子系统是衔接产品设计与生产制造的桥梁，是智慧研发、智能制造的关键节点。产品数据管理系统重点满足工艺数据的结构化管理、设计与工艺并行协同、打通设计制造链路等迫切需求，构建单一数据源、实现上下游数据的有效共享和快速传递，实现基础资源的有效利用。

（1）设计工艺协同

按照产品设计不同阶段，并行开展产品工艺业务，包括工艺攻关、工艺方案、工艺路线和工艺指令设计等，尽早开展原材料准备、工装工具准备等生产准备工作，实现基于三维模型的数字量传递和协同产品研制图。

（2）结构化工艺设计

将制造工艺过程中的物料、资源、工装设备、工艺过程等数据模型化、对象化，通过创建模型数据间的关系实现有效的关联，扩展了对各类主数据模型数据复杂性的管理，保证数据的一致、有效和重用，同时为后续对制造工艺的可视化、分析和优化提供数据基础和支持机制。

（3）精益工艺设计

以结构化数据为特点，以工艺知识库为支撑，以工艺管理平台为载体，开展精益工艺设计开发，最终通过构建企业工艺知识库，实现工艺规程的智能填写，快速生成零部件的工艺。

（4）工艺输出形式

系统不仅提供符合QJ 903B—2011的相关专业工艺要求的二维工艺卡片，同时支持网页、汇总报表（EXCEL）、动画视频和生产现场看板等多模式工艺文件输出。

3.2.8 验收交付

验收交付模块包括单项交付和总体交付。本模块使项目内部人员方便快捷地共享信息，高效地协同工作，改变过去复杂、低效的手工办公方式，实现迅速、全方位的信息采集、信息处理，为项目的验收和交付提供科学的依据。

单项交付：需求供应商在生产制造流程完成后，提起单项交付流程，供应商根据图3流程进行验收，并在平台上告知总承包商等相关单位验收流程。

图3 验收和交付流程图

总体交付：项目总承包商在总装集成完成后，提起总体交付流程，总承包商根据图3流程进行验收，并在平台上告知项目发包方、使用单位等相关单位验收流程。

3.2.9 运行保障

通过将所使用装备运行数据接入平台运行保障模块，实时监控装备的运行状态，分析设备的运行数据，通过预测性维护算法，找出异常数据，根据设备数据异常情况，查出设备的故障所在，并通过使用单位上传的装备备件更换的相关数据为使用单位提供备件提醒等服务。

在实际运行中，系统可以在PDSN 上使用服务事件路由方法进行预测性工业维护。当一个服务检测到服务事件时，它就会自动地调用路由算法路由该事件。此过程将会产生k个最有可能的目的地，每个目的地对应一类故障。如果该服务事件路由到某目的地的概率超过概率阈值，则该服务向工作人员发出预警，主动提醒其制订维护计划。

3.2.10 供应商评价

通过存在问题填报、问题建议和问卷调查等方式，在平台中让客户对装备质量水平、装备设计存在问题、装备实际效果、装备供应商服务质量、技术与管理能力、设备与运维、质量保证能力和交货信誉进行评价，以此来评判供应商的水平和能力，为用户单位后续采购提供决策支撑。

4 结语

本平台聚焦工业互联网在军民融合领域的典型应用场景，深入开展军民融合工业互联网共性关键技术研究和应用系统开发建设工作，促进军事装备前沿技术与装备关键应用密切结合，打造我国军工企业数字化转型、武器装备协同制造、装备技术保障等工业互联网应用案例，形成技术融合、产品融合和市场融合等军民融合发展新思路，促进军民资源的常态化供需对接和精准匹配，探索军队战斗力和地方经济建设融合发展新路径，对引领强军和兴国的协同发展具有重大而深远的意义。