文|任偉 楊曉明 林海波 中國航天標準化研究所

一、引言

智能制造，標準先行。先進的標準是實施智能制造的重要基礎和前提，標準化是智能制造系統(tǒng)互聯(lián)互通的必要條件。而構建標準體系是實施智能制造領域標準規(guī)劃的重要支撐，對于新興的智能制造領域標準的制修訂工作具有重大意義。美國、德國等工業(yè)強國早已認識到標準建設是重塑制造業(yè)的關鍵，通過不同方式加大智能制造標準建設力度，在未來國家競爭中搶奪先機[1]。我國也高度重視智能制造領域的標準化工作，工信部和國家標準化管理委員會聯(lián)合制定并發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設指南（2018年版）》。

在智能制造已上升為國家戰(zhàn)略的大形勢下，智能制造的提出對航天傳統(tǒng)的制造模式帶來了很大的沖擊。[2]航天作為我國高端裝備制造業(yè)的典型代表，需要積極配合國家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃[3]。通過分析航天領域現(xiàn)行制造模式，建立航天型號科研生產(chǎn)與標準體系的映射關系，開展智能制造標準化需求的識別與分析工作，梳理并提出航天智能制造標準項目名稱并分類，進而構建航天智能制造標準體系，將促進航天制造能力轉型升級，支撐航天強國建設。

二、構建原則和思路

1.構建原則

開展航天智能制造標準體系研究，首先需要明確航天智能制造標準體系的構建原則和構建思路，包括標準體系的定位與范圍,與國家、集團及院廠所級標準體系的關系,航天特色的體現(xiàn),當前數(shù)字化制造與未來智能制造發(fā)展的關系等。航天智能制造標準體系的構建原則主要包括全面性、先進性、匹配性、實用性等。

1)全面性：應覆蓋以智能制造為對象的全流程、全要素，其范圍應包括從設計、生產(chǎn)、物流、服務等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的生命周期，也包括從設備層、控制層、車間層和協(xié)同層等相關的系統(tǒng)層級，還包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合等多層智能功能等。

2)先進性：應與航天制造能力轉型升級總體部署相匹配，充分借鑒吸收德國工業(yè)4.0、美國智能制造以及國際標準化組織在智能制造標準化領域的前沿理念和先進經(jīng)驗。

3)匹配性：應與頂層規(guī)劃對智能制造標準化工作的要求相關聯(lián)、結合，盡量保持共性、滿足通用性的標準要求。同時，應能夠隨著航天智能制造的發(fā)展具有可擴展性，可動態(tài)更新。

4)實用性：框架結構要能夠符合航天產(chǎn)品和制造模式的特點，堅持優(yōu)先數(shù)字化制造所需標準的建設。

2.構建思路

研究國內外數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化相關標準體系和標準情況，掌握智能制造標準體系結構、要素及項目特點，系統(tǒng)規(guī)劃航天智能制造標準體系建設的總體原則和對象范圍；調研分析航天企業(yè)的數(shù)字化車間特點及存在的問題，掌握當前航天數(shù)字化制造現(xiàn)狀，結合未來航天智能制造發(fā)展規(guī)劃，深入挖掘標準化對象和標準需求；同時系統(tǒng)梳理評估國內現(xiàn)有各級各類相關標準，研究提出現(xiàn)有標準納入體系的準則，策劃重點領域的未來制定標準，編制標準明細表，提出體系中標準的制定優(yōu)先級和制定時間建議。

航天智能制造標準體系按照“三步法”建設完成。

第一，以《國家智能制造標準體系建設指南（2018年版）》的系統(tǒng)架構要素為基礎，結合國家智能制造標準體系對行業(yè)的要求以及航天制造能力提升總體規(guī)劃，分析航天智能制造應用系統(tǒng)特征，構建由生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能組成的三維智能制造系統(tǒng)架構，從而界定智能制造標準化的內涵和外延，識別智能制造現(xiàn)有和缺失的標準，認知現(xiàn)有標準間的交叉重疊關系。

第二，在深入分析標準化需求的基礎上，綜合智能制造系統(tǒng)架構各維度邏輯關系，將智能制造系統(tǒng)架構的生命周期維度和系統(tǒng)層級維度組成的平面，自上而下依次映射到智能功能維度的多個層級，圍繞航天智能制造發(fā)展的特色，增加修改相關模塊，結合對智能裝備、智能工廠、智能服務、工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等五類關鍵技術進行組合分析，考慮并列或作為下層級處理，與基礎共性標準和重點行業(yè)標準共同構成智能制造標準體系結構。

第三，對智能制造標準體系結構分解細化，依據(jù)當前航天智能制造發(fā)展趨勢，分析航天企業(yè)的數(shù)字化車間特點及存在的問題，掌握當前航天數(shù)字化制造現(xiàn)狀，結合未來航天智能制造發(fā)展規(guī)劃，建立智能制造標準體系框架，深入挖掘標準化對象和標準需求。同時系統(tǒng)梳理評估國內現(xiàn)有各級各類相關標準，研究提出現(xiàn)有標準納入體系的準則，策劃重點領域的未來制定標準，編制標準明細表，指導航天智能制造標準制修訂工作。

三、體系結構和體系框架

航天智能制造頂層規(guī)劃提出，要推動集團公司層面實現(xiàn)設計、制造等資源的有效配置和利用；要建立數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化系統(tǒng)，作為科研生產(chǎn)的基礎支撐手段；要建立智能的航天工業(yè)基礎，建設智慧的院、廠、所，實現(xiàn)一系列智能設備、裝備、系統(tǒng)的技術支撐。結合以上航天產(chǎn)品和制造模式特點等要求，參照對比國家智能制造標準體系參考模型，分析了航天領域在參考模型上應具備的差異性，如表1所示。

表1 國家智能制造標準體系參考模型在航天領域的差異性體現(xiàn)

通過拆分、整合國家智能制造標準體系結構“基礎共性”和“關鍵技術”兩大板塊各個要素，結合上述航天行業(yè)標準特色在生命周期、系統(tǒng)層級、智能特征的具體體現(xiàn)，重新構建航天智能制造標準體系結構，詳見圖1（其中，航天特色明顯的體系模塊采用標記）。

圖1 航天智能制造標準體系結構圖

A基礎共性部分：其中的信息安全、檢測評價、可靠性與國家標準存在一定差異，此方面是航天行業(yè)基礎部分建設的主要內容。

B智能裝備部分：航天所用硬件設備包括商用設備和自主研發(fā)設備，自主研發(fā)設備的接口部件還是屬于商用的，因此此方面的標準還是可采用相關國家標準，部分可制定通信、接口、協(xié)同等有針對性的具體標準。其中，增材制造中，航天應用更多側重于采用金屬材料的大尺寸、結構復雜的構件成形技術，與民用方面有所差別，且許多設備是內部開發(fā)研制，并非通常的商用設備。

C智能工廠部分：一是增加了“數(shù)字化車間”分支。從系統(tǒng)層級建設來說，必須要先由小到大實現(xiàn)從智能裝備到智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線、數(shù)字化車間等過程，最終實現(xiàn)智能工廠乃至智能制造系統(tǒng)的集成。具體而言，航天院廠所在智能化/數(shù)字化推進中，雖然發(fā)展略有不同，但近3～5年的定位還是以數(shù)字化車間為主。二是增加了“數(shù)字化制造”分支。實際上，數(shù)字化制造部分也是智能工廠的子集，由于數(shù)字化制造是智能化/數(shù)字化研制生產(chǎn)的關鍵，其標準項目占比較多，是當前階段關鍵技術的核心部分。三是增加了“數(shù)字化管理”分支。在數(shù)字化環(huán)境下，數(shù)字化協(xié)同設計與制造必將對分布于不同空間位置的多個研制單位（分系統(tǒng)）聯(lián)合起來實現(xiàn)信息資源的共享和協(xié)同工作，共同完成整個產(chǎn)品的研制，因此，航天傳統(tǒng)的設計流程、審簽、技術狀態(tài)控制等重要的管理要素將發(fā)生根本性變化，航天科研生產(chǎn)模式正在轉型升級。航天科研管理對研制產(chǎn)品的質量、效率、成本等方面都具有極大的影響，且航天的科研管理模式與其他行業(yè)差異較大。因此，為凸顯對航天數(shù)字化管理的重視，將數(shù)字化管理模塊作為重要分支給出。實際處理上，由原體系結構中基礎共性的管理及其他模塊下的管理部分整合到“數(shù)字化管理”中。

D智能服務部分：發(fā)射場服務可作為航天智能服務的一個重點。航天走向智能制造，其制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈將會得到延伸并走向服務化。例如，除了衛(wèi)星研制與發(fā)射，將來衛(wèi)星將更好地服務國民經(jīng)濟，提供基于網(wǎng)絡的更好的產(chǎn)品研制、遠程故障診斷、運營管理等綜合服務，其智能服務方面的標準（主要包括通用要求、設計規(guī)范、安全規(guī)范、接口、協(xié)同等方面標準等）先作為虛擬框給出。

E工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)部分：航天工業(yè)軟件一般圍繞航天現(xiàn)行研制流程和管理模式進行個性化定制開發(fā)，具有明顯的航天特色，同時帶有明顯的軟件應用特色。航天產(chǎn)品由于要圍繞每個單件進行全過程數(shù)據(jù)記錄，涉及的數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)關系復雜。同時航天大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)質量、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析都是圍繞航天產(chǎn)品質量管理模式制定的，具有明顯的航天特色，方便出現(xiàn)產(chǎn)品問題后的歸零問題追溯。

F工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)部分：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在部分航天制造單位現(xiàn)處于探索和試點應用階段。但隨著技術的發(fā)展進步，采用工業(yè)互聯(lián)技術將是航天制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。航天工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準也應是航天智能制造標準的重要組成部分，先作為虛擬框給出。

航天智能制造標準體系框架體現(xiàn)了航天智能制造標準體系的基本組成，如圖2所示。

圖2 航天智能制造標準體系框架

四、標準明細的策劃重心

航天智能制造標準體系明細的確立，要具有全局性、通用性、緊迫性和實用性，充分梳理、整合兩大航天集團數(shù)字化水平較高的單位在數(shù)字化設計、數(shù)字化仿真、數(shù)字化制造等一系列技術和管理規(guī)范，以及在數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠建設中所涉及的標準。由于一些航天制造裝備采用的是國外進口的成熟裝備，這些裝備通常是根據(jù)現(xiàn)行的國際標準研發(fā)的，因此其采用的國際智能制造標準也需納入航天智能制造標準體系中，尤其是關于信息和數(shù)據(jù)的基礎標準，如主流智能裝備/數(shù)字化裝備的通信協(xié)議等標準名稱。

由于航天產(chǎn)品的科研生產(chǎn)任務是業(yè)務主線，其涉及產(chǎn)品設計、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品物流、產(chǎn)品維護，以及各業(yè)務環(huán)節(jié)的協(xié)同和集成等標準名稱是航天智能制造標準體系明細表的重點規(guī)劃內容。具體體現(xiàn)在：

1）策劃航天產(chǎn)品的智能設計與仿真，工藝仿真、裝配仿真、產(chǎn)品試驗驗證過程仿真等方面的航天產(chǎn)品設計標準。標準明細需要基于數(shù)據(jù)驅動的參數(shù)化設計、專業(yè)化并行/協(xié)同設計以及產(chǎn)品設計全過程的標準化，以及試驗方法設計、試驗數(shù)據(jù)與流程的管理、試驗結果的分析與驗證、試驗結果反饋等方面。

2）策劃航天現(xiàn)有智能制造環(huán)境下的計劃調度、生產(chǎn)執(zhí)行、質量管控、設備運維等航天產(chǎn)品生產(chǎn)的標準。標準明細需要包括計劃仿真、多級計劃協(xié)同、可視化排產(chǎn)、動態(tài)優(yōu)化調度等計劃調度工作；作業(yè)文件自動下發(fā)、協(xié)同生產(chǎn)、生產(chǎn)過程管理與優(yōu)化、可視化監(jiān)控與反饋、生產(chǎn)績效分析、異常管理等生產(chǎn)執(zhí)行工作；質量數(shù)據(jù)采集、在線質量監(jiān)測和預警、質量檔案及質量追溯、質量分析與改進等質量管控工作；設備運行狀態(tài)監(jiān)控、設備維修維護、基于知識的設備故障管理、設備運行分析與優(yōu)化等方面。

3）策劃航天產(chǎn)品生產(chǎn)中物流倉儲、物流配送過程中的物流設計、協(xié)同、信息交互標準。標準明細需要包括物料標識、物流信息采集、物料貨位分配、出入庫輸送系統(tǒng)、作業(yè)調度、信息處理、作業(yè)狀態(tài)及裝備狀態(tài)的管控、貨物實時監(jiān)控、物料分揀系統(tǒng)、配送路徑規(guī)劃、配送狀態(tài)跟蹤等方面。

4）策劃設計與工藝協(xié)同、工藝與制造協(xié)同、制造系統(tǒng)互聯(lián)互通等航天產(chǎn)品在開展各項業(yè)務過程中的協(xié)同和集成標準。標準明細需要包括業(yè)務間集成架構與功能、集成的活動模型和工作流、信息交互、集成接口和性能、現(xiàn)場設備與系統(tǒng)集成、系統(tǒng)之間集成、系統(tǒng)互操作、設計與制造協(xié)同優(yōu)化、生產(chǎn)管控協(xié)同優(yōu)化、供應鏈協(xié)同優(yōu)化等方面。

五、結論

當前，航天多型號、多任務并舉，研制與批產(chǎn)并重，高密度發(fā)射和交付已成常態(tài)，這對航天制造能力提出了更高的要求。大力發(fā)展航天智能制造，必須重視標準的基礎和橋梁作用。通過策劃構建航天智能制造標準體系，給出航天智能制造標準體系明細表，兼顧當前數(shù)字化制造和未來智能制造標準需求，將促進航天制造企業(yè)探索智能制造標準化新模式，通過標準驗證實現(xiàn)“標準先行”，尤其在編碼規(guī)則、系統(tǒng)接口等系統(tǒng)集成方面提前達成標準共識，有助于降低智能工廠后期運行和改進成本，提升航天研制效率和經(jīng)營效率，助力航天制造能力轉型升級。