中国离“智慧无人工厂”之梦还有多远？

    “智慧工厂”的提出、发展和实现，为传统的制造型厂商提出了新的发展方向。通过清楚掌握资源运转流程，提高生产过程的可控性，减少人工堆生产线运行的干预、及时准确地采集工厂运行数据，以及合理的生产编排等，达到提升航空制造企业核心竞争力及提高生产效率的目的。智慧工厂的实现，离不开技术创新的支持和信息技术的应用。

    先进数控加工技术是当代航空制造业的关键技术之一，也是柔性制造技术的基础。我国航空事业的发展壮大，给航空制造业带来了前所未有的发展空间和机遇。飞机结构件数控加工企业高端数控装备明显增加，飞机结构件的产量也显著提升。由于飞机结构件结构设计趋于复杂化、几何尺寸趋于大型化、基体材料趋于多样化，对数控加工技术提出了更高的要求。于此同时，传统的生产组织管理、资源协调调度的效率和控制方法，已经难以满足产品发展对生产能力的需求。

    在这样的背景下，经过多年信息化与工业化的融合建设，我国航空制造数控加工技术已取得了长足的进步。例如，以特征技术为基础的飞机结构件CAD/CAPP/CAM集成系统技术、智能化CAPP技术、车间级的生产组织管理与调度技术、分布式的DNC技术、数据库及专家知识库等有了很大的提高。

    但是，与工业发达的国家相比，特别是与以德国、美国、日本为代表的制造业强国相比，在高端数控机床、智能化工艺技术、先进物流体系及数字化管控平台建设等方面尚有差距。因此，如何依靠信息技术与工业技术的融合，进一步提升我国航空制造企业的自动化水平，以及人与物、人与生产的有机结合，实现飞机结构件数控加工技术质的提高，是我国航空制造业必须思考和经历的智慧工厂之路。

    航空制造技术发展趋势

    1  以数字化为核心

    数字化制造是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展和应用结果。对制造企业而言，各种信息均以数字形成通过网络在企业内传递。在虚拟现实、快速原型、数据库等多种数字化技术的支持下，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划与重组，实现对产品设计和产品功能的仿真、加工过程和生产组织过程的仿真，或完成原型制造，从而实现生产过程的快速重组与对产品需求的快速响应。

    2  以自动化为基础

    随着数字技术的发展，“自动化”技术已从单纯的自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识，发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平。自动控制的内涵与技术水平也已在控制理论、控制技术、控制系统、控制元件等方面得到了的全面发展。通过可靠的自动化技术，可以实现对数控装备、车间物流系统、监控系统开展运行模式升级，以适应生产过程柔性、高效、智能化的需求。因此，自动化是先进制造技术发展的前提条件。

    3  以集成化为措施

    现代航空制造数控加工企业的集成，是融合了机电一体化技术、先进传感技术、智能加工技术、先进工艺技术、数字处理技术的有机体系。它打破了传统的生产工段、工艺技术、信息处理、辅助资源等单独运转的模式，将加工企业作为一个有机整体将生产信息、生产功能、生产过程等进行集成，实现运行模式的转变，提高产品生产效率及对产品质量的控制。

    4  以网络化、智能化为道路

    制造技术的网络化、智能化是航空制造数控加工技术发展的必由之路。依靠成熟的网络化技术，新型的虚拟制造组织已经完成了诸如A380、Boeing787、F35等先进民用、军用飞机的制造，虚拟制造组织内部的各企业致力于各自的核心业务，实现优势互补以及资源优化动态组合与共享。智能化制造模式的基础是智能制造系统，智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，同时完成信息和数据的收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展，支撑庞大的制造工厂的智慧化运行。航空制造技术发展趋势图如图1所示。

    行业现状

    作为国民经济发展的支柱工业，航空制造业已经成为决定国家发展水平的最基本因素之一。以美国、德国为代表的世界领先工业国家纷纷制定了相应的制造业发展计划，来支持其工业的进一步发展。国际金融危机后，美国提出经济增长必须回归实体经济，因此，将“再工业化”作为重塑竞争优势的重要战略，使美国制造商致力于制造业里最高端、最高附加值的领域，全力强化技术优势。德国设计的“工业4.0”概念，提出了以智能制造为主导的第四次工业革命，认为智能工厂是构成未来工业体系的一个关键特征，这一战略将推动德国制造业的转型以及整个德国工业的持续发展。我国也制定了《中国制造2025》发展规划，在重视转型升级之外，还有工业化、信息化“两化深度融合”，大力支持对国民经济、国防建设和人民生活休戚相关的数控机床与基础制造装备、航空装备、海洋工程装备与船舶、汽车、节能环保等战略必争产业优先发展。近年来，在航空制造数控加工技术领域，开展了有效的先进数控加工技术和数值模拟与仿真技术的研究与应用，能够实现对真实生产环境和生产过程几何特征的精确仿真。在航空难加工材料大型结构件的加工中，已经综合应用专用高速刀具、高速切削技术、切削过程物理仿真优化技术、机床运行监测技术等，实现了飞机结构件加工过程的高速、高效、平稳和无人工干预。

    在高端数控机床的智能化应用和维护领域，通过对数控系统二次开发、机床运动部件和结构部件传感器优化布置、机床运行专家知识库的构建，已经实现了数控机床自动化运行、状态实时监控、误差自动补偿、机床故障预警及状态维护等技术的工程化应用，显著提升了机床运行效率。特别是在车间级数字化管控等方面取得了阶段性成果，建立了车间制造执行系统（Manufacturing Execution Systems，MES）、分布式数字控制系统（Distribution Numerical Control，DNC），并通过管理驾驶舱技术实现了对工厂运行状态的显性化实施监控，具备了良好的工厂数字化基础。