工业互联网在航空工业的探索！

发布时间：2018-02-26

关键字：工业互联网

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1月24日，工业互联网平台宣讲团活动继续开讲，由中航工业集团信息技术中心首席顾问、走向智能研究院特约研究员宁振波为大家分享“工业互联网在航空工业的探索”。

数字虚体有两个作用。第一个作用就把数字虚体嵌入到物理实体中，物理实体就具有智能了。实际上智能制造有一个重要的概念就是生产型企业转型为生产服务型企业，生产服务型企业的重要标志，就是产品必须智能化，否则难以实现生产服务。

第二，有了数字虚体，我们在产品设计、分析工艺和制造过程中先建立数字虚体，也就是我们通常所说建立数字模型，有了数字模型，实物生产、工艺制造就变简单了。因此，可以说有了数字虚体，我们的世界就会光明了。

实际上智能制造的基础是数字化，不是人工智能。数字化的核心是建模。我们智能的人，用智能的工具，用数学建模方法，把物理实体变成数字虚体的过程就是建模的过程，这就是智能制造的核心技术。

因此，智能制造难点是建模，建好的模型能不能用，好不好用，我们必须用仿真技术来分析验证。所以，焦点是仿真。这些工作，都需要凝聚了大量工业技术知识的工业软件，才能够高质量的完成。当然，没有工业互联网这个基础，就会形成我们所熟知的大量的信息孤岛，无法实现高效的协同。

提一件让我非常感动的事，2017年5月17号，中国工程院周济院长在中国工程院专门召开了《三体智能革命》座谈会，研究如何用三体智能理论支撑中国制造2025，我们写作组非常感动，感谢周院长。

第四部分，我就讲一下工业互联网在航空领域的探索。

这里我画了一棵大树。这棵大树的树根是机械结构，我们现在的复杂产品不仅仅是机械能够解决的，还需要包含电、光、磁、声、流体、热等等多个专业知识，其中电的发展是最有意思，人类发明电是作为发电机和电动机使用，是作为动力使用的。

但是在使用的过程中电分成了强电和弱电，并出现了电子学。电子学技术的深入应用和研究出现了数字电路和模拟电路；数字电路的发展诞生了电子计算机；电子计算机的深入应用，诞生了软件工程，这是人类的一次重大进步。

有了软件、软件开发的思想，结合我们各个专业如机械、电子、光学、声学、磁学、流体、核工业等等，我们就可以开发出大量的工业软件。反过来这些工业软件应用在工程中可以帮助人们解决大量问题，这就是智能制造的基础。

我们说智能制造难点是建模型，焦点在仿真，工业软件应用非常重要。没有作为基础的工业互联网，大量工业软件也就没有充分的用武之地。

中国工程院借鉴了《三体智能革命》的理论模型，周济院长去年2017年12月7日在南京世界智能制造大会上首次讲到HCPS（人-信息-物理系统）。传统制造系统是人直接和物理空间打交道。第一代和第二代智能制造系统，正是有了计算机和初步的软件就可以将一部分的人的脑力劳动，通过电脑来实现智能制造。这个过程的基础就是数字化。

航空工业中数字化技术源于1991年的波音777，它采用了八台大型IBM主机，用了三千二百台UNIX工作站，用了两万台PC机，但是没有联网。CAD工作站是联网的。作为三维设计使用，也用了八百个互不相关的软件，形成了十四个相互不关联的物料表（BOM）。

我们工业人都知道一个产品只能有一个物料表。因为软件不关联，这十四个相互不关联的物料表就带来了很多麻烦。

波音777由于采用了全三维的数字化设计技术，第一架波音777客机就优于造了四百架的747。从设计效率上看，波音777的研制周期只用了四年半，比起传统研制的波音767十二年研制周期，节约了七年半的时间。由于质量好周期短，因此波音777成了波音历史上最赚钱的飞机。

波音777成功之处很清楚，但是也出了很多问题。由于一天几万人在计算机上的工作形成天量的数据，传统的文件管理系统管不了天量数据，如何处理？波音启动了DCAC/MRM计划，这个计划就是PDM产品数据管理和ERP企业资源计划的。深入实施这个计划相当困难，波音最后花了十亿美金才解决问题，差不多用了十年时间。

第二个问题就是三维设计、二维发图的问题。由于过去三维模型上表达不了工艺制造和检测的数据。因此，三维产品设计好之后必须生成二维图纸才能指导生产。实际上三维模型转变为二维图纸产生大量的工作量，也容易出现大量的错误。因此1996年波音联合了世界上十六家制造业公司，推动美国机械工程师协会 (ASME)成立了工作组，花了七年时间建立了MBD的标准，也就是基于模型的定义，就是在三维模型上表达工艺制造材料和检测的数据。

换句话说，三维模型上表达了所有工艺制造检测的数据了。就意味着可以不要二维图纸工艺卡片和资质的技术文档。因此，787研制就真正的实现了无纸化设计。2010年之后，中国航空工业所有的新研制的飞机，都是采用这个技术。这个技术比较困难，只要有决心，就能完成。

传统制造业，我们可以分为三大技术：设计、制造和试验。现在我们有了赛博空间，有了数字虚体，就可以在赛博空间中完成产品的设计工艺、制造和试验，全部都可以虚拟完成。在这个过程中不断发现设计问题、工艺问题、制造问题、试验问题，发现问题后通过直接调整虚拟的模型。直到没有问题后，然后映射到生产过程中和试验过程中去。

过去是手工生产线，现在要建成数字化的，未来要建成智能化的生产线。试验过程过去是每件必试，以后我们就可以做验证性的试验，这样就会大量的减少试验，实现跨越，提高能力和水平。

在波音787项目中，波音高级副总裁迈克拜尔提到，“在767项目中，我们曾对五十多种不同的机翼配置进行过风洞测试。而在787项目中，只测试了十多种。”只测试过的十多种风洞试验的787质量更好的原因，就是因为在数字化的飞机外形的基础上，完成了大量的CFD计算流体力学计算，减少了风洞吹风的次数。

这张图是飞豹外形，是我们中国第一架数字样机。飞豹有了全数字化的外形，可以减少吹风次数约百分之六十，最终使得其改进型飞机两年半就可以上天。

风洞试验成本非常高。我们以前讲风洞一响，黄金万两。造一个4mx4mx7m 的风洞实验室需要二十多亿人民币，做一次风洞试验需要成本几百万。因此采用数字化的方法来解决实验问题，既可以提高质量又可以大量的节约经费。

C919飞机于2017年5月5日首飞，最早用了五百副翼型，如果没有CFD计算方法，是不可能做出来的。从五百副翼型优化到了八副，然后开始做模型，进入全球各地风洞做吹风试验，然后优化到四副再到一副。民用飞机是要卖到全世界去，就要取得适航证。因此风洞吹风的过程就是让全世界认可这个飞机的气动布局的过程，也是提前做飞机的市场销售工作了。

这个是C919的分工情况，这个全球布局的发动机，机电和航电采取全球供应，飞机的全机结构是全国供应，分全国范围内开展协同，因此民用飞机是个全球大协同的产物。

过去产品研制都有里程碑计划，分为四个阶段，第一个是方案阶段，第二个是工程研制阶段，第三个是批产阶段，第四个试运行阶段。当然智能化可以在各个阶段分步实现解决问题。过去每个阶段结束都要通过评审认证才可以进入下一个阶段。

未来在赛博空间中，我们沿着产品研发的这四个阶段会打破吗？如果不变，在每个阶段中的智能要素是什么？如果打破了这四个阶段，就变成一个闭环了，智能要求又是什么，我们必须思考这个问题。

我们再看一看新技术、新产品、新材料、新工艺的出现对我们的影响。未来的人机分工，人和机器的分工是什么样的？机器不仅仅是加工设备，还有电脑设备。这个变化是持续演进的。第二个是虚实分工，未来的制造哪些在虚拟环境中完成，哪些在实体空间中完成，这个分工也是动态演进的。

第三个是材料带来的分工，黑是复合材料，白是金属材料。为了环保、为了稳固、为了资源，复合材料可能会越来越的使用。这个分工也是动态的演进。第四个是加减分工，加的是增材制造，比如3d打印，减的是减材制造就是原先的传统制造。

最后一个是制服分工，这是生产服务模式的分工，生产型企业转型为生产服务型企业，这个分工也得动态演进的，我们不能只看到生产型企业转型为生产服务型企业，也有服务型企业向前延伸转型为生产服务型企业，这个融合会越来越深入。

我们为了资源为了环境我们思考一下未来产品的再生产。我们都知道创新是从设计从研发开始，过去讲面向制造的设计DFM,面向装配的设计，DFA，以后我们提一个概念叫面向循环的设计DFR。

实际上数字化产品研制的绿色生产循环启动，一定要把产品实现循环再生产，这才是智能制造未来的重要发展方向，大家一起来思考这个问题，解决这个问题。

我们要实现智能制造基础是建模型，MBSE就是基于模型的系统工程。MC就是基于模型的仿真工程。这些东西是非常复杂的。要融入到整个工业体系中、产品体系中、管理体系中、服务体系中难度非常大，我们需要做很多的工作才可以做到。

最后,习主席说，幸福都是奋斗出来的，让我们共同努力，为中国的制造业打下良好的基础，屹立世界民族之林。

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第1页：工业互联网在航空工业的探索！(1)
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