智能制造技術將實現(xiàn)跨領域、協(xié)同化、網(wǎng)絡化的制造業(yè)創(chuàng)新體系，并徹底改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式和制造業(yè)競爭格局，已經(jīng)引起了各個國家的高度重視。圍繞搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭制高點、打造國家新優(yōu)勢的競爭日趨激烈。針對智能制造，世界各國紛紛提出了智能制造規(guī)劃以促進本國制造技術的發(fā)展與升級，提升國際競爭力。

（1）德國“工業(yè)4.0”

德國政府提出“工業(yè)4.0”概念，通過建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式，使德國成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術的供應國和主導市場，提升德國的全球競爭力。

（2）美國“重整制造業(yè)計劃”

美國為制定了《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》等一系列計劃，并將智能制造確定為美國政府制造研發(fā)的3大重點領域之一，力圖建立智能制造技術的基礎理論，突破智能制造裝備的關鍵技術。

（3）英國“英國制造2050”

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

（4）法國“新工業(yè)法國”

法國政府推出《新工業(yè)法國》戰(zhàn)略，包含超級計算機、機器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等34 項具體計劃，旨在通過創(chuàng)新重塑工業(yè)實力，使法國處于全球工業(yè)競爭力第一梯隊。

（5）日本“智能制造系統(tǒng)IMS”

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

（6）中國“中國制造2025”

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

世界各國在制造業(yè)領域采取的系列措施表明以智能制造為代表的先進制造業(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)展歷史機遇，助推制造業(yè)的跨越式發(fā)展，實現(xiàn)由制造大國向制造強國的轉變是我國制造業(yè)所要解決的問題。

??智能制造促進航空制造業(yè)轉型升級

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

實現(xiàn)航空智能制造的基礎是自動化，而實現(xiàn)自動化的基礎則是數(shù)字化。因此為實現(xiàn)航空智能制造技術的發(fā)展，必須在現(xiàn)有數(shù)字化制造、數(shù)字化車間基礎上，利用“知識處理”、“智能優(yōu)化”、“智能數(shù)控加工”等方法，開展智能制造關鍵技術研究，實現(xiàn)航空智能制造技術突破。

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)字化手段進行表達、處理，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速制造，包括計算機輔助設計制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源計劃、車間狀態(tài)監(jiān)控等多項關鍵技術。通過上述關鍵技術實現(xiàn)數(shù)字化車間構建。為發(fā)展智能化制造模式，國內(nèi)航空制造企業(yè)必須在數(shù)字化制造領域開展研究并取得技術突破，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 飛機項目全面采用數(shù)字化技術。波音公司通過數(shù)字化技術實現(xiàn)三維數(shù)字化定義、三維數(shù)字化預裝配和并行工程，建立全球第一個全機數(shù)字樣機，使得工程設計水平和飛機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％。

國內(nèi)航空制造企業(yè)緊跟世界先進航空制造企業(yè)的技術發(fā)展。通過技術研究，已基本實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設計及基于模型的制造，并實現(xiàn)了部分制造過程的數(shù)字化管控。國內(nèi)先進航空制造企業(yè)已初步建成數(shù)字化車間環(huán)境，具備向自動化、智能化制造發(fā)展的基礎。

2 航空智能制造

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

國外先進航空制造企業(yè)為順應飛機結構件柔性自動化、智能化發(fā)展需求，已經(jīng)開始了以柔性自動化生產(chǎn)線為代表的飛機結構件生產(chǎn)模式。德國AEROTECH 公司已經(jīng)實現(xiàn)了按零件分類配置設備，以柔性生產(chǎn)線的模式實現(xiàn)了多品種、大批量民機結構件的的柔性生產(chǎn)，平均設備利用率達到了90% 以上；韓國KAI 公司，實現(xiàn)了A350 飛機機翼大尺寸、單一品種、大批量零件從裝夾、翻面、加工、去毛刺、清洗烘干、檢測的全過程自動化生產(chǎn)。

??航空智能制造實踐??

飛機結構件數(shù)控加工技術發(fā)展包括以下階段。

萌芽期：模線樣板、直接數(shù)字控制；

單點技術應用階段：現(xiàn)場網(wǎng)絡、CIMS 技術、分布式數(shù)控等；

單元化應用階段：MES 集成應用、DNC 等；

綜合集成應用階段：工業(yè)大數(shù)據(jù)、無紙化制造、實時狀態(tài)監(jiān)控；

融合集成階段：智能設備、智能工藝、智能管控、數(shù)字化車間等。

經(jīng)過多年的技術發(fā)展，目前已經(jīng)建成涵蓋數(shù)字化工藝、數(shù)字化設備、數(shù)字化管控技術的飛機結構件數(shù)字化車間。為促進飛機結構件數(shù)控加工水平的提升，在現(xiàn)有數(shù)字化車間基礎上，以智能制造標準化技術體系及工業(yè)大數(shù)據(jù)為支撐，研究飛機結構件智能工藝、智能裝備、智能管控、云制造等智能制造關鍵技術，構建飛機結構件智能數(shù)字化車間，實現(xiàn)復雜航空結構件多品種、小批量，混線生產(chǎn)模式下車間物流自動化、產(chǎn)品全流程自動化、智能化加工。

飛機結構件智能數(shù)字化車間包含基礎物理層、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)設備、物流設備及制造過程感知、定位、識別設備，物理層可實現(xiàn)加工過程的狀態(tài)感知及自主運行。管理層包括作業(yè)管理、執(zhí)行管理與業(yè)務管理。作業(yè)管理包括設備控制、物流控制、操作控制；執(zhí)行管理可實現(xiàn)生產(chǎn)計劃執(zhí)行，資源、物流、工藝保障，現(xiàn)場管理及績效管理；業(yè)務管理可實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、訂單管理、ERP 管理等。智能管控層構建智能管控中心、云計算中心、云服務中心。云計算中心對生產(chǎn)過程中的結構化、非結構化工業(yè)大數(shù)據(jù)進行計算，為智能管控中心的決策提供數(shù)據(jù)支撐。

在現(xiàn)有飛機結構件數(shù)字化車間基礎上，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)、智能管控等關鍵技術，實現(xiàn)飛機結構件制造過程的動態(tài)感知、實時分析、自主決策及精準執(zhí)行。

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

1 智能制造標準體系建設

標準體系是實現(xiàn)飛機結構件智能制造的基礎，通過建立標準體系可以建立起正常的生產(chǎn)和管理秩序，提升核心競爭力，同時促進相關技術的進步和創(chuàng)新。

為保障飛機結構件智能制造技術的發(fā)展，依據(jù)《國家智能制造標準體系建設指南》制定智能數(shù)字化車間標準體系。依據(jù)飛機結構件制造全流程，圍繞設備、控制、車間、企業(yè)，生產(chǎn)、物流、服務，資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合等技術方向制定飛機結構件智能制造技術和管理標準，保障航空智能數(shù)字化車間的順利運行。

2 智能工藝

飛機結構件加工工藝資源是保證智能數(shù)字化車間順利運行的基礎資源。通過研究飛機結構件智能工藝技術，可為智能數(shù)字化車間提供工藝資源保障。

針對飛機結構件尺寸大、結構復雜，數(shù)控編程依賴工藝人員經(jīng)驗，編程效率低且質量不穩(wěn)定的問題，開展基于特征的智能數(shù)控編程技術研究。

由于動態(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。以動態(tài)加工特征為基礎，集成切削參數(shù)庫、走刀策略庫、工藝知識庫、資源庫實現(xiàn)飛機結構件加工特征的智能工藝決策與數(shù)控編程。

基于工藝業(yè)務全流程開展智能工藝管控技術研究，實現(xiàn)工藝設計從模型引入、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結果反饋的全過程智能化管控。結合加工及檢測設備系統(tǒng)，實現(xiàn)機床切削過程各物理量實時監(jiān)控及檢測結果的分析處理，最終實現(xiàn)對零件從工藝設計虛擬制造環(huán)節(jié)、現(xiàn)場加工實時監(jiān)控環(huán)節(jié)、檢測結果事后分析環(huán)節(jié)的全流程管理。

3 智能裝備

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

依據(jù)飛機結構件智能制造技術需求研發(fā)具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，實現(xiàn)先進制造技術、信息技術與智能技術的集成和深度融合。在飛機結構件智能數(shù)字化車間建設中，重點開展自動化成套生產(chǎn)線，智能控制系統(tǒng)，智能傳感器，智能專用裝備，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化、綠色化，帶動航空制造技術水平的提升。

為保證飛機結構件智能數(shù)字化車間數(shù)控設備的正常運轉，基于控制系統(tǒng)接口，通過軟硬件結合開發(fā)的方式，實現(xiàn)對機床運行狀態(tài)信號的采集；基于車間通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)機床與管控系統(tǒng)的集成，完成對智能制造生產(chǎn)線設備狀態(tài)的遠程監(jiān)控與控制；通過對機床切削力、振動、溫度等信號進行分析，建立信號特征量變化與機械部件損耗之間的關系，實現(xiàn)對機床故障的預警與診斷，并提供智能化的維修方案與維修計劃。

4 集成制造

為實現(xiàn)飛機結構件優(yōu)質、高效生產(chǎn)，在飛機結構件智能數(shù)字化車間中將計算機技術等軟硬件技術同企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，形成能適應生產(chǎn)環(huán)境變化的集成制造大系統(tǒng)。

通過將先進數(shù)控制造技術同信息技術、電子技術、仿真技術、監(jiān)測技術、管理科學等技術的集成，實現(xiàn)航空產(chǎn)品制造、檢測、管理等全流程的集成制造，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔生產(chǎn)，并達到降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，增強產(chǎn)品競爭力的目的。

5 工業(yè)大數(shù)據(jù)

不管是工業(yè)自動化、還是智能制造，它們的基礎都是工業(yè)數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)是實現(xiàn)飛機結構件智能制造的基礎。隨著技術水平的提升，企業(yè)所積累的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，如何對這些數(shù)據(jù)進行分類、存儲與分析直接影響智能制造技術的發(fā)展。對于飛機結構件這種多品種、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)營性數(shù)據(jù)，如財務、資產(chǎn)、供應商基礎信息；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)，如機床狀態(tài)信息、環(huán)境溫度、能耗數(shù)據(jù)等。經(jīng)營性及生產(chǎn)性數(shù)據(jù)通過飛機結構件智能數(shù)字化車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)獲取，通過“流程+ 數(shù)據(jù)”結合場景，根據(jù)“知化”的經(jīng)驗“分析歷史、面向”對現(xiàn)狀進行精準決策。未來機床狀態(tài)信息等環(huán)境類數(shù)據(jù)則通過傳感器監(jiān)控技術獲取，通過小波分析技術對機床狀態(tài)、零件加工狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，獲取零件及機床的實時狀態(tài)，為工藝優(yōu)化提供基礎。通過神經(jīng)網(wǎng)絡算法對零件生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對零件加工工時預測，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。通過考慮飛機結構件智能數(shù)字化車間設備能力，研究多品種生產(chǎn)作業(yè)，多因素擾動背景下的智能排程及動態(tài)調(diào)度，以高效運轉等相關性能指標為優(yōu)化目標，得到飛機結構件智能數(shù)字化車間完整高效的運轉方案。通過對機床設備的單機運行狀態(tài)、車間運行狀態(tài)及生產(chǎn)經(jīng)營狀態(tài)進行監(jiān)控，獲取數(shù)字化車間實時運行數(shù)據(jù)。依據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)及飛機結構件智能數(shù)字化車間高效運轉方案，構建數(shù)字化車間管控體系，實現(xiàn)飛機結構件生產(chǎn)管控、作業(yè)調(diào)度、現(xiàn)場管理及制造資源管理等全要素的智能管控。