董磊

“提升質(zhì)量、降低成本、提高效率”是制造型企業(yè)永恒的話題，復(fù)雜產(chǎn)品制造不僅涉及工業(yè)技術(shù)本身，制造組織方式和生產(chǎn)管理調(diào)度等因素通常也制約了產(chǎn)品的質(zhì)量、成本。感知制造過程中人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等要素的實時狀態(tài)不僅能夠快速處理產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量問題，更能為管理和生產(chǎn)組織提供有效數(shù)據(jù)和決策依據(jù)，是中國制造2025和智能制造的核心技術(shù)方向。

航空產(chǎn)品的復(fù)雜性導(dǎo)致制造過程復(fù)雜，所需材料、設(shè)備、人力和方法眾多導(dǎo)致將多種異構(gòu)設(shè)備的不同維度信息進(jìn)行實時采集、分析相對較為困難。通常，生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過DNC/MDC對機(jī)床設(shè)備的使用率、主軸轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行采集，通過對智能設(shè)備如三維坐標(biāo)儀等自帶軟件參數(shù)進(jìn)行采集，利用這些零散的數(shù)據(jù)人工判斷產(chǎn)線利用率和生產(chǎn)狀態(tài)，雖然在一定程度上能夠支撐產(chǎn)線及產(chǎn)品的狀態(tài)判斷，但由于采集設(shè)備及數(shù)據(jù)種類有限，分析手段落后，依然制約著制造過程評價的客觀性，更無法對生產(chǎn)狀態(tài)和事件進(jìn)行有效預(yù)測。

1 一體化制造過程評價與預(yù)測方案

基于航空工業(yè)研制模式持續(xù)創(chuàng)新要求，結(jié)合企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的具體舉措，金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司（航空工業(yè)信息技術(shù)中心）開展了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和制造過程分析評價等技術(shù)的研究，并形成適應(yīng)航空企業(yè)應(yīng)用的解決方案，研發(fā)了一體化制造過程評價與預(yù)測系統(tǒng)。

1.1 行業(yè)共性需求與應(yīng)對

◎ 使用虛擬化仿真手段去驗證、優(yōu)化、評估制造過程和方法可靠性。

◎ 建設(shè)虛實實時映射的物流配送模式，優(yōu)化物流配送路徑與節(jié)拍。

◎ 利用物聯(lián)技術(shù)動態(tài)感知當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境及狀態(tài)，消除制造要素信息孤島，快速應(yīng)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的異常。

◎ 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對實時信息和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，形成數(shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)線異常預(yù)測。

1.2 方案設(shè)計

◎ 產(chǎn)品工藝設(shè)計及仿真：利用仿真等技術(shù)手段對工藝、產(chǎn)線中的各要素進(jìn)行建模仿真，形成基于三維模型的制造樣機(jī)和數(shù)據(jù)管理，依靠實際產(chǎn)線數(shù)據(jù)、模型和積累的規(guī)則、知識對仿真進(jìn)行虛實映射與迭代優(yōu)化，為生產(chǎn)和管理人員提供一種高效的預(yù)測途徑和決策方法。

◎ 生產(chǎn)制造執(zhí)行管理：以精益生產(chǎn)思想為導(dǎo)向，通過建設(shè)andon系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備物聯(lián)、過程質(zhì)量檢測等系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)-管控數(shù)據(jù)-設(shè)備數(shù)據(jù)-檢測數(shù)據(jù)多級貫通，形成實時、有效、快捷且直觀現(xiàn)場問題處理機(jī)制，達(dá)到邊緣側(cè)“在線分析”和動態(tài)執(zhí)行的目標(biāo)。

◎ 車間智能物流配送：用于平衡多站并發(fā)性物流需求、優(yōu)化物流配送路徑、提高AGV定位和配送準(zhǔn)確度，是實現(xiàn)智能化生產(chǎn)線物流準(zhǔn)時化配送的關(guān)鍵組成部分。

◎ 大數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析：將采集的設(shè)備和實測數(shù)據(jù)與其他生產(chǎn)、制造、工藝數(shù)據(jù)匹配、關(guān)聯(lián)，能夠形成產(chǎn)品全價值鏈數(shù)據(jù)的閉環(huán)管理和影響性分析。通過對刀具、設(shè)備或者工件尺寸進(jìn)行在線測量、參數(shù)監(jiān)測并使用大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)基于動態(tài)數(shù)據(jù)的補(bǔ)償調(diào)整并預(yù)見故障，有助于增加生產(chǎn)設(shè)施的正常運(yùn)行時間和減少非計劃停機(jī)時間。

1.3 一體化平臺研發(fā)

平臺基于金航業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺，采用OPC UA協(xié)議對多種異源、異構(gòu)、異質(zhì)設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和存儲，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、篩選、聚類和邊緣側(cè)計算，將整理后的數(shù)據(jù)對接到工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行分析并得出價值數(shù)據(jù)。對設(shè)備健康狀態(tài)、故障和能源等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行價值分析并可視化或三維化展示，供企業(yè)制造決策使用。

2 新模式的優(yōu)勢

一體化制造過程評價與預(yù)測方案通過實現(xiàn)工廠系統(tǒng)的全面互聯(lián)，可將工廠相關(guān)生產(chǎn)工具轉(zhuǎn)化為有關(guān)的信息源，創(chuàng)造了一種區(qū)別產(chǎn)品和服務(wù)的新模式以及能夠自適應(yīng)的全新價值源——信息及洞察力，是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析及構(gòu)建數(shù)字孿生體的基本要素。美國波音已將相關(guān)技術(shù)列為企業(yè)戰(zhàn)略，國內(nèi)企業(yè)也在加速工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)布局，提高企業(yè)核心競爭力。這種新模式的優(yōu)勢主要有以下三項。

◎ 一是有利于形成產(chǎn)品全價值鏈的真實、完整的數(shù)據(jù)鏈條，可以通過大數(shù)據(jù)、人工智能等手段對制造過程進(jìn)行評價與分析。

◎ 二是有利于現(xiàn)場狀態(tài)的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度的開展，只有獲取生產(chǎn)線所有設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù)才能真正形成動態(tài)的柔性生產(chǎn)。

◎ 三是將完全改變設(shè)計和工藝跟產(chǎn)的工作模式，基于此平臺可以快速進(jìn)行排故和決策。

3 研究進(jìn)展及應(yīng)用成效

目前，金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司（航空工業(yè)信息技術(shù)中心）已面向航空行業(yè)開展物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和智能分析相關(guān)實施項目和科研項目的建設(shè)工作8項，已驗收項目6項，其中航空工業(yè)南京機(jī)電液壓工程研究中心AOS工廠信息化試點項目、新航數(shù)字化車間設(shè)備互聯(lián)互通及數(shù)據(jù)采集項目、陜飛總裝脈動生產(chǎn)管控系統(tǒng)等項目已成為被廣泛關(guān)注的航空實踐應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計事故處理效率提高了30%。

4 推進(jìn)建議

物聯(lián)網(wǎng)/大數(shù)據(jù)/智能分析的一體化制造過程評價與預(yù)測平臺，還需通過型號項目的考驗進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化迭代，根據(jù)企業(yè)實際信息化建設(shè)情況進(jìn)行不同維度的建設(shè)。

◎ 數(shù)字化：解決端到端集成。進(jìn)行設(shè)備連接，掃除信息孤島，構(gòu)建動態(tài)感知環(huán)境是實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)和智能制造的先決條件。

◎ 網(wǎng)絡(luò)化：解決縱向集成。完成物聯(lián)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)平臺的縱向數(shù)據(jù)貫通，是建立工業(yè)機(jī)理模型、智能分析、智能決策的關(guān)鍵抓手，同時也是對已經(jīng)構(gòu)建的采集系統(tǒng)遷移、整合的關(guān)鍵商業(yè)機(jī)會。

◎ 智能化：解決橫向集成。完成邊緣計算智能化服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建的優(yōu)化模型、算法模型，利用物聯(lián)網(wǎng)平臺低延時、高可用特點開展精準(zhǔn)執(zhí)行等動作，改善工藝、質(zhì)量、制造關(guān)鍵業(yè)務(wù)點。