智能制造技術(shù)將實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、協(xié)同化、網(wǎng)絡(luò)化的制造業(yè)創(chuàng)新體系，并徹底改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式和制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，已經(jīng)引起了各個(gè)國(guó)家的高度重視。圍繞搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)、打造國(guó)家新優(yōu)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。針對(duì)智能制造，世界各國(guó)紛紛提出了智能制造規(guī)劃以促進(jìn)本國(guó)制造技術(shù)的發(fā)展與升級(jí)，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

（1）德國(guó)“工業(yè)4.0”

德國(guó)政府提出“工業(yè)4.0”概念，通過建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，使德國(guó)成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的供應(yīng)國(guó)和主導(dǎo)市場(chǎng)，提升德國(guó)的全球競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）美國(guó)“重整制造業(yè)計(jì)劃”

美國(guó)為制定了《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》等一系列計(jì)劃，并將智能制造確定為美國(guó)政府制造研發(fā)的3大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，力圖建立智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)理論，突破智能制造裝備的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）英國(guó)“英國(guó)制造2050”

英國(guó)政府發(fā)布《英國(guó)工業(yè)2050戰(zhàn)略》，旨在通過科技改變生產(chǎn)，將信息通訊技術(shù)、新材料等科技與產(chǎn)品和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的融合，改變產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造模式。

（4）法國(guó)“新工業(yè)法國(guó)”

法國(guó)政府推出《新工業(yè)法國(guó)》戰(zhàn)略，包含超級(jí)計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等34 項(xiàng)具體計(jì)劃，旨在通過創(chuàng)新重塑工業(yè)實(shí)力，使法國(guó)處于全球工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力第一梯隊(duì)。

（5）日本“智能制造系統(tǒng)IMS”

日本東京大學(xué)工程系向歐美國(guó)家的政府和工業(yè)界人士提出“智能制造系統(tǒng)”研究計(jì)劃，制定了智能制造業(yè)的技術(shù)路線。

（6）中國(guó)“中國(guó)制造2025”

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的背景下，中國(guó)政府提出“中國(guó)制造2025”重大戰(zhàn)略舉措，旨在實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和跨越發(fā)展，改變我國(guó)制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的局面。

世界各國(guó)在制造業(yè)領(lǐng)域采取的系列措施表明以智能制造為代表的先進(jìn)制造業(yè)是未來的必然發(fā)展方向。如何在新的工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)革命中抓住智能制造發(fā)展歷史機(jī)遇，助推制造業(yè)的跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變是我國(guó)制造業(yè)所要解決的問題。

??智能制造促進(jìn)航空制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

航空制造業(yè)作為“工業(yè)之花”，其技術(shù)水平和生產(chǎn)能力是國(guó)家制造業(yè)實(shí)力和國(guó)防科技工業(yè)現(xiàn)代化水平的綜合體現(xiàn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中有著舉足輕重、不可替代的地位和作用，已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略性高科技產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)綜合國(guó)力及整體工業(yè)水平，得到世界各國(guó)的高度重視和優(yōu)先發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)航空智能制造的基礎(chǔ)是自動(dòng)化，而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)則是數(shù)字化。因此為實(shí)現(xiàn)航空智能制造技術(shù)的發(fā)展，必須在現(xiàn)有數(shù)字化制造、數(shù)字化車間基礎(chǔ)上，利用“知識(shí)處理”、“智能優(yōu)化”、“智能數(shù)控加工”等方法，開展智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)航空智能制造技術(shù)突破。

1 航空數(shù)字化制造

數(shù)字化制造就是將產(chǎn)品制造過程中的各種信息采用數(shù)字化手段進(jìn)行表達(dá)、處理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速制造，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源計(jì)劃、車間狀態(tài)監(jiān)控等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過上述關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間構(gòu)建。為發(fā)展智能化制造模式，國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)必須在數(shù)字化制造領(lǐng)域開展研究并取得技術(shù)突破，邁出向智能制造發(fā)展的第一步。

1990 年，波音公司率先在波音777 飛機(jī)項(xiàng)目全面采用數(shù)字化技術(shù)。波音公司通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化定義、三維數(shù)字化預(yù)裝配和并行工程，建立全球第一個(gè)全機(jī)數(shù)字樣機(jī)，使得工程設(shè)計(jì)水平和飛機(jī)研制效率得到了巨大的提高，制造成本降低了30％ ~ 40％，產(chǎn)品開發(fā)周期縮短了40％ ~ 60％。

國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)緊跟世界先進(jìn)航空制造企業(yè)的技術(shù)發(fā)展。通過技術(shù)研究，已基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)及基于模型的制造，并實(shí)現(xiàn)了部分制造過程的數(shù)字化管控。國(guó)內(nèi)先進(jìn)航空制造企業(yè)已初步建成數(shù)字化車間環(huán)境，具備向自動(dòng)化、智能化制造發(fā)展的基礎(chǔ)。

2 航空智能制造

航空數(shù)字化制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品的數(shù)字化控制及快速制造。但采用數(shù)字化制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品的自適應(yīng)、自優(yōu)化的智能加工。為實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗生產(chǎn)，必須開展航空智能制造技術(shù)研究，促進(jìn)航空制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

國(guó)外先進(jìn)航空制造企業(yè)為順應(yīng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件柔性自動(dòng)化、智能化發(fā)展需求，已經(jīng)開始了以柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線為代表的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)模式。德國(guó)AEROTECH 公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了按零件分類配置設(shè)備，以柔性生產(chǎn)線的模式實(shí)現(xiàn)了多品種、大批量民機(jī)結(jié)構(gòu)件的的柔性生產(chǎn)，平均設(shè)備利用率達(dá)到了90% 以上；韓國(guó)KAI 公司，實(shí)現(xiàn)了A350 飛機(jī)機(jī)翼大尺寸、單一品種、大批量零件從裝夾、翻面、加工、去毛刺、清洗烘干、檢測(cè)的全過程自動(dòng)化生產(chǎn)。

??航空智能制造實(shí)踐??

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展包括以下階段。

萌芽期：模線樣板、直接數(shù)字控制；

單點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用階段：現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、CIMS 技術(shù)、分布式數(shù)控等；

單元化應(yīng)用階段：MES 集成應(yīng)用、DNC 等；

綜合集成應(yīng)用階段：工業(yè)大數(shù)據(jù)、無紙化制造、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控；

融合集成階段：智能設(shè)備、智能工藝、智能管控、數(shù)字化車間等。

經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，目前已經(jīng)建成涵蓋數(shù)字化工藝、數(shù)字化設(shè)備、數(shù)字化管控技術(shù)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化車間。為促進(jìn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工水平的提升，在現(xiàn)有數(shù)字化車間基礎(chǔ)上，以智能制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系及工業(yè)大數(shù)據(jù)為支撐，研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能工藝、智能裝備、智能管控、云制造等智能制造關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件多品種、小批量，混線生產(chǎn)模式下車間物流自動(dòng)化、產(chǎn)品全流程自動(dòng)化、智能化加工。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間包含基礎(chǔ)物理層、中間管理層及頂端智能管控層（圖1）。物理層包括數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備及制造過程感知、定位、識(shí)別設(shè)備，物理層可實(shí)現(xiàn)加工過程的狀態(tài)感知及自主運(yùn)行。管理層包括作業(yè)管理、執(zhí)行管理與業(yè)務(wù)管理。作業(yè)管理包括設(shè)備控制、物流控制、操作控制；執(zhí)行管理可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行，資源、物流、工藝保障，現(xiàn)場(chǎng)管理及績(jī)效管理；業(yè)務(wù)管理可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、訂單管理、ERP 管理等。智能管控層構(gòu)建智能管控中心、云計(jì)算中心、云服務(wù)中心。云計(jì)算中心對(duì)生產(chǎn)過程中的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化工業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，為智能管控中心的決策提供數(shù)據(jù)支撐。

在現(xiàn)有飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化車間基礎(chǔ)上，依據(jù)智能數(shù)字化車間框架，研究智能工藝、智能裝備、大數(shù)據(jù)、智能管控等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造過程的動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策及精準(zhǔn)執(zhí)行。

如圖2 所示，如同“冰山模型”，要實(shí)現(xiàn)智能制造，執(zhí)行端看似越來越優(yōu)質(zhì)、越來越高效、越來越低成本，但“在冰山下”是對(duì)工藝技術(shù)、硬件應(yīng)用技術(shù)（含傳感技術(shù)）、工業(yè)軟件、數(shù)據(jù)分析及標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程深入的應(yīng)用研究，如同支撐浮在海面的冰山，這些都是智能制造的重要基礎(chǔ)。

1 智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

標(biāo)準(zhǔn)體系是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造的基礎(chǔ)，通過建立標(biāo)準(zhǔn)體系可以建立起正常的生產(chǎn)和管理秩序，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。

為保障飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造技術(shù)的發(fā)展，依據(jù)《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》制定智能數(shù)字化車間標(biāo)準(zhǔn)體系。依據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造全流程，圍繞設(shè)備、控制、車間、企業(yè)，生產(chǎn)、物流、服務(wù)，資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合等技術(shù)方向制定飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，保障航空智能數(shù)字化車間的順利運(yùn)行。

2 智能工藝

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工工藝資源是保證智能數(shù)字化車間順利運(yùn)行的基礎(chǔ)資源。通過研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能工藝技術(shù)，可為智能數(shù)字化車間提供工藝資源保障。

針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)控編程依賴工藝人員經(jīng)驗(yàn)，編程效率低且質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，開展基于特征的智能數(shù)控編程技術(shù)研究。

由于動(dòng)態(tài)加工特征可以反映零件的加工過程，是零件幾何屬性與加工工藝的有效集成。以動(dòng)態(tài)加工特征為基礎(chǔ)，集成切削參數(shù)庫(kù)、走刀策略庫(kù)、工藝知識(shí)庫(kù)、資源庫(kù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工特征的智能工藝決策與數(shù)控編程。

基于工藝業(yè)務(wù)全流程開展智能工藝管控技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)從模型引入、工藝資源匹配、工藝智能決策、工藝資料數(shù)字化傳遞到加工及檢測(cè)結(jié)果反饋的全過程智能化管控。結(jié)合加工及檢測(cè)設(shè)備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床切削過程各物理量實(shí)時(shí)監(jiān)控及檢測(cè)結(jié)果的分析處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)零件從工藝設(shè)計(jì)虛擬制造環(huán)節(jié)、現(xiàn)場(chǎng)加工實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)節(jié)、檢測(cè)結(jié)果事后分析環(huán)節(jié)的全流程管理。

3 智能裝備

智能裝備也是工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)“兩化深度融合”的載體，半個(gè)多世紀(jì)摩爾定律影響著信息技術(shù)的發(fā)展速度，通過融合，工業(yè)技術(shù)發(fā)展也將呈現(xiàn)出“類摩爾定律”的發(fā)展速度。

依據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造技術(shù)需求研發(fā)具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)與智能技術(shù)的集成和深度融合。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間建設(shè)中，重點(diǎn)開展自動(dòng)化成套生產(chǎn)線，智能控制系統(tǒng)，智能傳感器，智能專用裝備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化、綠色化，帶動(dòng)航空制造技術(shù)水平的提升。

為保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間數(shù)控設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，基于控制系統(tǒng)接口，通過軟硬件結(jié)合開發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的采集；基于車間通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)床與管控系統(tǒng)的集成，完成對(duì)智能制造生產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制；通過對(duì)機(jī)床切削力、振動(dòng)、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析，建立信號(hào)特征量變化與機(jī)械部件損耗之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床故障的預(yù)警與診斷，并提供智能化的維修方案與維修計(jì)劃。

4 集成制造

為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間中將計(jì)算機(jī)技術(shù)等軟硬件技術(shù)同企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，形成能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境變化的集成制造大系統(tǒng)。

通過將先進(jìn)數(shù)控制造技術(shù)同信息技術(shù)、電子技術(shù)、仿真技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、管理科學(xué)等技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品制造、檢測(cè)、管理等全流程的集成制造，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔生產(chǎn)，并達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

5 工業(yè)大數(shù)據(jù)

不管是工業(yè)自動(dòng)化、還是智能制造，它們的基礎(chǔ)都是工業(yè)數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能制造的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)水平的提升，企業(yè)所積累的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、存儲(chǔ)與分析直接影響智能制造技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件這種多品種、小批量生產(chǎn)模式的產(chǎn)品在生產(chǎn)全流程中的數(shù)據(jù)可分為經(jīng)營(yíng)性數(shù)據(jù)，如財(cái)務(wù)、資產(chǎn)、供應(yīng)商基礎(chǔ)信息；生產(chǎn)性數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品加工狀態(tài)信息等；環(huán)境類數(shù)據(jù)，如機(jī)床狀態(tài)信息、環(huán)境溫度、能耗數(shù)據(jù)等。經(jīng)營(yíng)性及生產(chǎn)性數(shù)據(jù)通過飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)獲取，通過“流程+ 數(shù)據(jù)”結(jié)合場(chǎng)景，根據(jù)“知化”的經(jīng)驗(yàn)“分析歷史、面向”對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行精準(zhǔn)決策。未來機(jī)床狀態(tài)信息等環(huán)境類數(shù)據(jù)則通過傳感器監(jiān)控技術(shù)獲取，通過小波分析技術(shù)對(duì)機(jī)床狀態(tài)、零件加工狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取零件及機(jī)床的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)零件生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工工時(shí)預(yù)測(cè)，智能排產(chǎn)等。

6 智能管控

以數(shù)字化生產(chǎn)管理體系為支撐，研究數(shù)字化車間智能管控技術(shù)。通過考慮飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間設(shè)備能力，研究多品種生產(chǎn)作業(yè)，多因素?cái)_動(dòng)背景下的智能排程及動(dòng)態(tài)調(diào)度，以高效運(yùn)轉(zhuǎn)等相關(guān)性能指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，得到飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間完整高效的運(yùn)轉(zhuǎn)方案。通過對(duì)機(jī)床設(shè)備的單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、車間運(yùn)行狀態(tài)及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，獲取數(shù)字化車間實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)字化車間高效運(yùn)轉(zhuǎn)方案，構(gòu)建數(shù)字化車間管控體系，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)管控、作業(yè)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)管理及制造資源管理等全要素的智能管控。