智能制造促“工业之花”绽放

文／盖勒普工程咨询（上海）有限公司

航空发动机享有“工业之花”的美誉，是体现国家工业科技水平的重要标志。作为“互联网+”智能制造的重点领域，网络化智能制造能为我国航空工业带来哪些变化？我国航空工业的转型升级应走何种发展路径？这些问题值得我们深入研究。

2015年，工业领域进入了新的分水岭，互联网技术从方方面面影响着工业制造。2015年7月4日，国务院正式发布《“互联网+”行动指导意见》，明确提出推动互联网与制造业融合，提升制造业数字化、网络化、智能化水平，加强产业链协作，在重点领域推进智能制造、大规模个性化定制、网络化智能制造和服务型制造，发展基于互联网的智能制造新模式。

航空发动机被称为“工业之花”，而航空工业是指以飞机的研制和制造为龙头的主机和辅机等相关配套厂所而组成的工业体系，它体现了一个国家的航空生产能力与工业化水平。在“互联网+”智能制造的发展进程中，航空工业利用互联网平台和信息技术将互联网与传统模式结合起来，从而提升效率与品质，将衍生出一种新的行业生态。

航空工业是典型的军民结合型工业，在军事和经济上具有重要地位。作为其产品，航空装备较其他行业亦有典型特点，主要表现为：

第一，批量性。不论是以前的少品种大批量，还是现在的多品种小批量，飞机制造都呈现出批量性生产的特点，少则几十架、多则几百架。

第二，可重复使用。不论是在战争、训练演习中，还是在民用航空中，飞机都可多次重复使用。

第三，备件需求量大。业内有句名言叫做“飞机飞的就是备件”。备件是飞机综合保障工作的首要物质基础，是飞机提升良好率的关键和瓶颈。根据国外统计，一架飞机需要保持其售价10%的款项来配备航材备件。

第四，覆盖面广。这其中有四层含义，一是指所用原材料覆盖面广，二是指所用技术覆盖面广，三是所涉及行业和厂家覆盖面广，四是所涉及人员覆盖面广。

航空工业的智能制造，是由“智能机器+网络+工业云平台”构成的“端管云”架构，它能够实现机器与机器、机器与人、人与人之间的全面连接交互。这种互联不是数据信息流的简单传递，而是融合了智能硬件、大数据、机器学习(ML)与知识发现(KDD)等技术，使单一机器、部分关键环节的智能控制延伸至飞机及配件生产的全过程。它促进了无人工干预条件下的机器自组织、自决策、自适应生产，为智能制造的实现奠定了互联基础。

互联网使得飞机及其配件的生产可定义。传统飞机及其配件的生产极大地依赖固定模具和固定生产线，原材料、机器、设备组和其他生产设施，均按照最大生产需求配置，在闲置生产时段容易造成极大的浪费，生产过程也无法灵活调整分配。而在互联网条件下，机器、开源硬件的智能控制由软件来完成，并通过互联将智能控制链条延伸至生产的各个环节，推动生产流程向利用软件定义、管理和执行的智能化方向转变。举例来说，软件既可以计算生产需求，灵活调整原材料库存，也可以升级机器功能，加大其生产能力和适用范围，还能够实现设备智能调配，按需配置其生产任务和工作负载，最终实现智能生产。

工业互联网使得飞机及配件生产动态可调整。传统工业企业的生产过程协同只能在企业内部各个部门之间、不同车间之间实现小范围协同。而工业互联网突破了时空界限，它集成了供应链系统、客户关系系统、制造执行系统(Manufacturing ExecutionSystem，MES)、产品流程控制(ShopFloor Control，SFC)、企业资源系统等。它为整个供应链上的企业和合作伙伴搭建了信息共享平台，将生产过程协同扩大到了全供应链条甚至是跨供应链条上，实现了全生产过程优势资源、优势企业的网络化配置，实现了真正的社会化大协同生产。

中国航空工业如何实现智能制造

结合风起云涌的“互联网+”浪潮，以及航空工业自身的转型升级规律，我们提出了中国航空工业的“互联网+”智能制造五步路线图。

构建智能的人和组织

“智”强调的是认知与知道， “能”强调的是技能和习惯。航空制造企业员工知识和技能的培养，既包括工业互联网的相关技术，也包括心理素质的训练。而智能的组织则是在原先的金字塔、矩阵式等组织结构形式上，根据企业的情况、客户的需求构建更有效率与效益的组织架构模式。相关的架构模式有很多，比如“不为我有，但为我用”，“一专多能”，根据作业点的技能复合人才培养等。

加快推广制造执行系统（MES）

过去十年，是孕育工业互联网的十年，也是摸索理论发展和实践的十年。技术和应用系统供应商不断融合创新，他们提供更集成、更智能的系统，同时打通企业运营和生产管理的各个环节。企业自身也在不断利用新的技术和应用，打通内部管理和系统壁垒，实现灵活生产，满足需求的变化。对于飞机及配件制造企业而言，应对市场变化，满足客户个性化需求，最终必须能够快速实时地响应，并调整生产过程。因此，管理和控制一线生产的制造执行系统(MES)是至关重要的。

目前，在飞机及配件生产车间广泛存在下列问题。

第一，大多数情况下，车间计划人员会根据车间以往的生产能力及自身经验，对生产计划进行分解排产。这样的计划可执行性差，在执行过程中可调整性不强。

第二，车间计划人员对设备能力估计不足，造成设备、人员闲忙不均。另外，车间缺乏较好的跟踪机制，物料在加工传递过程中容易出现丢失、错误现象，影响生产的正常进行。

第三，生产部门、车间主管领导无法对生产情况总体把握，难以对飞机及配件的关键件、关键设备、产品质量进行重点监督。

盖勒普在多家著名航空及配件制造企业中应用了MES制造执行系统，提升了自动化、智能化水平。它上接企业资源计划(erp)系统，下接硬件设备的中枢。在中国，盖勒普MES落地实施已经过了15年的时间，它对飞机及配件生产车间的设备、人员、执行、工具、工艺、物料、生产计划排产、质量等进行统筹管理，有效地从执行层面提升了企业的制造实力，实现了对资源的优化。

车间智能化升级改造

“工业4．O”的实施主体针对各类高水平的制造业企业，航空工业的“互联网+”智能制造对应的最重要的实施主体便是车间。MES可通过相关采集技术获取各种数据，可从全生命周期、全流程的角度来分析研究飞机及配件的生产执行情况，从中发现车间的短板，并进行升级、优化、改进，从而提升车间的总体能力。而各个车间在配备MES、又经过自动化和智能化改造后，其生产率将大幅提升。

自动化、智能化的处理不仅包括物理层面（如原料、半成品的处理，运输、能源管理），车间中数据的自动化、智能化处理也是盖勒普MES管理的重点领域。在该管理模式下，飞机及配件制造过程的数据、信息的记录、传递、存储，分析、应用，以及产品、零部件的质量、互换性将进行统一标准化管理。在航空工业中，制造的技术标准将直接影响市场的竞争，成为市场利益，形成技术壁垒。

在过程控制方面，MES管理飞机及配件生产订单的整个生产流程，通过对产品生产过程所有突发事件实时监控，自动纠正飞机及配件生产过程中的错误，或者为生产过程提供决策支持，以实现生产调度要求；在出现异常或与生产计划偏离太多时，及时地反馈至相关人员，使其采取相应措施。

在任务派工方面，MES在飞机及配件生产计划完成之后，自动生成任务派工单，根据生产设备实际加工能力的变化，制定并优化生产的具体过程及各设备的详细操作顺序；为了提高生产柔性，生产任务会根据生产执行具体情况及设备情况，结合资源配置进行现场动态分配。

在资源配置方面，MES通过详细的数据统计和分析，为企业提供各种生产现场资源的实时状态，与飞机及配件生产任务分配紧密协调，为各生产工序配置相应的工具、设备、物料、文档等资源，保证各操作按调度要求准备和执行。

在能力平衡分析方面，MES分析对比工作中心／设备任务负荷、部门／班组任务负荷、工种任务负荷等并做出相应的评估，协助计划和调度人员进行飞机及配件生产任务的外协加工，以实现最优的生产计划排程。

在质量管理方面，MES跟踪飞机及配件原材料进厂到成品入库的整个生产流程，对产品原料、生产设备、操作人员、工序批次等数据实时采集，为飞机及配件的使用、改进设计及质量控制提供依据。与此同时，MES根据检测结果确定产品问题、提供相应的决策支持。

在文档管理方面，MES基于数据库的解决方案，拥有海量数据的存储和管理能力，自定义文档管理结构树和版本追踪，可有效地管理飞机及配件的设计、操作流程、工艺说明等，MES可根据加工任务进行分配，为生产工序提供相应的加工程序和生产信息等。

在数据采集方面，MES根据不同的数据、应用场景、人员能力、设备投入等，采取不同的数据采集方式，实时获取飞机及配件生产各工序、设备、物料、产品等数据，并统计、分析成其它系统、管理者所需要的信息。

在人力资源管理方面，MES提供人员的状态和相关的信息，跟踪个人的工作执行情况，为飞机及配件制造企业实现精细考勤管理、控制人力成本、简化绩效考核、减少员工流失、优化人员调度等方面提供决策支持。

在维护管理方面，MES记录飞机及配件生产的每台设备、每把工具的维护时间、维护内容、故障原因等，从而计算出最常见的设备／工具维护工作并进行经验积累，管理和指导生产设备、工具的维护活动，并生成相应的维护经验文档，以供浏览、查询。

构建车间生产底层网络体系

车间底层是工业互联网识别物体、采集信息的终端环节，既包括机器、设备组、生产线等各类生产所需的智能终端信息采集技术，也包括射频识别(RFID)标签、传感器、摄像头、二维条码、遥测遥感等感知终端信息采集技术。盖勒普SFC生产车间集中控制管理系统已经在承担了中国C919等大飞机研制工作的中国商用飞机有限责任公司（简称“中国商飞”）、中航工业西安飞机（集团）有限责任公司（简称“西飞集团”）、中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司（简称“黎明航空”）等国内知名航空制造企业得到了广泛的实践应用。通过构建车间底层网络体系，SFC不仅能够实现物理上的信息传递，而且实现了包括信息安全、数据协议、业务协议等内容的网络体系。利用这样的网络体系组建车间、工厂互联网，可实现数据的采集、传递、存储、分析、应用，以及设备级的连通，如M2M (Machineto Machine)的交互、远程操控等。通过盖勒普SFC系统，企业可构建生产过程中各个环节的标准化机制，确定哪些信息可被用来交换，哪些属于标准构件，哪些机器适用等等。SFC系统将先进的信息模式、生产模式形成标准，从而促进技术创新和模式创新。此外，系统还利用物联网技术、设备监控技术加强信息管理，提升飞机及配件的生产效率，同时它还能够利用互联网进行远程定制。

中国商用飞机有限责任公司（简称“中国商飞”）是经国务院批准成立，由国务院国有资产监督管理委员会、中国航空工业集团公司、上海宝钢集团等共同出资组建，由国家控股的有限责任公司。

从2011年开始，盖勒普SFC系统（包括设备联网、数据采集、设备监控、数控程序管理、工单管理、加工仿真、可视化、无纸化、自动化、系统集成），就在中国商飞进行大规模的使用，至今，已实施了大量设备的联网通讯、数控程序集中管理、生产数据实时采集和设备监控，将现场PC、PLCs、密封测试器、平衡设备等纳入SFC网络系统，进行通讯、数据采集和管理。

对于互联工厂的总体部署，盖勒普SFC通过可配置、模块化的工业互联网技术，结合先进的数字化数据录入或读出技术（如条码技术、RFID射频技术、触屏技术等），为中国商飞搭建“互联网+”智能制造平台，各生产单元数据在系统内实现无缝连接、快速调用，成为驱动协同生产、支持转型升级的坚实基础。生产现场通过设备和工位、人员统一联网管理，在每个生产工序环节进行智能化数据采集和反馈，并在云技术支持下做实时统计和分析，超过25000多种可自定义的图报表在各个生产工段、部门进行实时展示。同时，结合大数据分析结果，系统进行实时决策，以降低制造过程成本，提高产品质量和生产效率。而且，各类生产信息通过“无纸化”方式传递到工位、设备，以及生产中央控制室，为智能化排产提供数据支持。通过可视化电子看板，所有数据和信息均可以动态地传输到各厂区的各生产部门的数据终端。

“互联网+”智能制造模式将中国商飞生产现场地理分散的人员、信息黏结在一起，实现了由单机“作战”向网络协同的转变。它将大飞机及配件设计、制造、检验等相关工程师、管理人员和生产工人紧密地联系起来，实现了参与各方的高效协作。同时，工厂互联网和信息网络形成的集成对接和数据交换，使得设备与设备、设备与人均实现了互联互通，将现场生产与用户远端的使用管理紧密相连，从而实现了“中国商飞生产线”智能化实时管理和产品的远程维护跟踪管理。

建设企业大数据、云计算中心

在传统方面，航空工业企业的数据相对而言结构化数据较多，而在技术领域，数据本身的复杂性又非常高，因此企业需要构建工业数据图谱，规范企业的术语，构建数据模型，实现数据与数据之间的集成，这就需要企业建立大数据中心、跨地域的云计算中心，建立“轻客户端，重服务端”的应用模式，实现高效、正确、精益。同时，企业内部的信息平台与社会化的各种平台建立起广泛而深入的集成联系。

“互联网+”成就行业发展机遇

实施航空工业的“互联网+”智能制造模式，必须突破传统的思维惯性，实现多主体、多形式、多内容的合作。这种合作以互联网为载体，以大数据为内容；以分析应用为工具，以产品创新为结果，从而形成覆盖全流程、全生命周期的生态链，并在生态链中实现各种集成。例如基于供应链的纵向集成（突破工业4．O的企业内部纵向集成）、细化到工序级的MES-SFC横向集成。

而在具体表现上，智能制造将改变传统的集团的宏观管控，构建集团“云计算中心”，促进集团各企业的深度交流与合作，比如构建行业数据中心、基于地区的产业集群等。在政府指导与大型企业创新的双轮驱动下，航空工业的智能制造将高速发展。

新一轮的工业革命不仅仅是技术革命，也是商业模式革命、产业思维革命。无论是政府的决策者、制造型企业的负责人、管理者，还是一线员工，都需要不断地优化创新。通过技术改进，企业提升了自动化、智能化水平，促进了航空工业互联网、大数据、云计算的深度应用，从而构造出具有中国特色的航空工业“互联网+”智能制造模式。