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核心提示： “你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個人的口味和營養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時間開工，無需擔心下午3點沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機器告訴機器下一步做什么，而非中心控制臺的技術員在操作。”這就是德國“工業(yè)4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。

圖3 生產(chǎn)線規(guī)劃三維呈現(xiàn)

圖2 移動生產(chǎn)線仿真

圖1 聚類工具圖

“你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據(jù)每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據(jù)個人的口味和營養(yǎng)需求來調(diào)配生產(chǎn)；工廠生產(chǎn)線可以按照工人希望的時間開工，無需擔心下午3點沒法去接孩子；生產(chǎn)車間里是機器告訴機器下一步做什么，而非中心控制臺的技術員在操作。”這就是德國“工業(yè)4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。

工業(yè)化發(fā)展在經(jīng)歷了機械化、自動化、數(shù)字化的歷程后，以“動態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行”為特征的先進智能生產(chǎn)模式，已經(jīng)成為制造業(yè)轉型升級的羽翼，令智能工廠建設的浪潮勢不可擋。如何打造適應產(chǎn)業(yè)轉型發(fā)展的“智能工廠”，設施規(guī)劃和設計又能發(fā)揮怎么樣的作用呢？65年來深耕航空工業(yè)設施規(guī)劃領域的中國航空規(guī)劃設計研究總院（以下簡稱“中航規(guī)劃”），正在開啟探索智能工廠建設之路。

一套嶄新的邏輯：

設施規(guī)劃和設計是智能制造的源頭

從工廠生命周期的角度看，設施規(guī)劃和設計是工廠建設的源頭，是保障制造工廠實現(xiàn)功能的前提條件和重要環(huán)節(jié)，智能制造的生產(chǎn)線的建設中，設施規(guī)劃設計更是基本前提和基礎，關乎智能制造的成敗。

從傳統(tǒng)的視角來看，設施規(guī)劃是相對靜態(tài)的。“工業(yè)4.0”催生了一套嶄新的邏輯——從設計這個源頭開始，就必須考慮未來“未可確知”的使用狀況，也就是設施規(guī)劃與設計的動態(tài)化。此外，設備智能化也是這套嶄新邏輯的關鍵所在。在設備的配置選型上，需要具備設備智能化條件，包括信息的接收、反饋、自主分析能力；要考慮工業(yè)網(wǎng)絡架構及設備之間的互聯(lián)互通；生產(chǎn)輔助系統(tǒng)物流管理，動力供應智能化，比如可計量、動態(tài)化，實時監(jiān)控，能夠進行智能的生產(chǎn)配套設施運行的自主決策。同時，也可獲得產(chǎn)量和動力消耗的關系等。誠然，“運用嶄新邏輯的基礎就是要實現(xiàn)設計方式本身的升級。設計要數(shù)字化，要進行規(guī)劃設計方案的數(shù)字化仿真。”中航規(guī)劃總工程師陸國杰如是說。

沿著這一邏輯，我們就很容易理解設施規(guī)劃與智能制造的關系：智能工廠為智能生產(chǎn)的實施提供了載體；設施規(guī)劃為智能工廠的實現(xiàn)提供了系統(tǒng)化的設計方案，涵蓋設備設施、人員、物資等要素；反過來，智能生產(chǎn)則為設施規(guī)劃提供了各類約束，包括制造工藝約束、物流約束等。

兩把“利器”：

讓機器與機器實現(xiàn)對話

“智能工廠的建設目標就是使企業(yè)達到安全環(huán)保、最優(yōu)生產(chǎn)、效益最佳、勞動生產(chǎn)率最高的狀態(tài)。無論是智能工廠還是數(shù)字化生產(chǎn)線，設施規(guī)劃始終圍繞產(chǎn)品從毛坯到零部件到成品的全過程。”中航規(guī)劃技術院院長王明珠這樣告訴記者。

在“工業(yè)4.0”的邏輯框架下，設施規(guī)劃的設計標準及工作方式亦是全新的。首先是實現(xiàn)零件和產(chǎn)品的智能化，意味著零件和產(chǎn)品具有很高的“數(shù)據(jù)”和“信息”特征，即標簽化，達到可識別，實時跟蹤。其次，設計師們要更為深刻地了解零件工藝過程，包括零件所有工藝及工序過程，零件應用及設備需求和互動關系，才可能最終實現(xiàn)工廠里機器與機器之間的“對話”，達到基于數(shù)據(jù)分析的生產(chǎn)線優(yōu)化。這其中的兩把利器就是：精益化生產(chǎn)與柔性化設計。在進行產(chǎn)品的數(shù)字化仿真后，可以發(fā)現(xiàn)哪些環(huán)節(jié)冗余度較高，從而將生產(chǎn)線進行合理化改進，形成精益化生產(chǎn)。柔性化就是工裝的可擴散性和多適應性，將一條生產(chǎn)線稍作調(diào)整就可以適應不同的產(chǎn)品加工對象，能夠減少工裝數(shù)量，有利于進行數(shù)字化工裝。

陸國杰表示，肩負中航工業(yè)基礎設施建設的重要使命，中航規(guī)劃致力于為航空工業(yè)的轉型升級服務。中航規(guī)劃深諳航空產(chǎn)品的制造工藝，包括航空零件加工、部裝、總裝生產(chǎn)線等，能夠為廠所提供智能工廠頂層設計、轉型路線圖、軟硬件一體化實施的“工業(yè)4.0”解決方案。

譜寫設施規(guī)劃“三部曲”

奠定智能制造之基

中航規(guī)劃緊跟發(fā)展趨勢，早就著手對數(shù)字化生產(chǎn)線設計技術進行了有益嘗試和探索，通過一系列能力建設項目的設計，初步建立了基于模型的數(shù)字化生產(chǎn)線規(guī)劃設計技術體系。以三維協(xié)同設計平臺為基礎，以基于啟發(fā)式算法的工藝布局優(yōu)化、基于離散事件仿真技術、智能制造部分關鍵技術為核心，在航空制造生產(chǎn)線規(guī)劃設計和數(shù)字化、網(wǎng)絡化技術應用方面，積累了一批技術成果和豐富的應用經(jīng)驗，致力于推進智能制造在航空工業(yè)的落地。

下面，記者帶您聆聽中航規(guī)劃探索智能工廠建設的三部曲：“工藝分析”—“布局優(yōu)化”—“結果呈現(xiàn)”。

在生產(chǎn)線布局階段，以精益加工單元的劃分為例，眾所周知，多品種、小批量是航空制造業(yè)的典型特征，品種繁多且加工流程長度差異顯著，僅通過電子表格來人工進行工作零件歸類是一個十分繁雜而不易干好的事，為此，中航規(guī)劃開發(fā)了精益單元自動劃分工具，能夠自動實現(xiàn)相近加工工序的零件聚類，極大提高了工作效率，對精益加工單元的設計推進工作也大有裨益（如圖1所示）。

在生產(chǎn)線布局優(yōu)化階段，中航規(guī)劃聯(lián)合應用三維設計協(xié)同平臺和生產(chǎn)線運行仿真平臺，通過三維協(xié)同設計盡可能避免設計過程中的“錯漏碰缺”問題，形成可以交付的虛擬生產(chǎn)線模型（如圖2所示）。

在生產(chǎn)線規(guī)劃成果呈現(xiàn)階段（如圖3所示），以虛擬生產(chǎn)線模型為基礎，結合仿真平臺產(chǎn)生的三維制造過程渲染，產(chǎn)生的虛擬生產(chǎn)線運行過程動畫具有突出的視覺效果，能夠把難以解釋的復雜系統(tǒng)用直觀的方法表現(xiàn)出來，能夠指導員工快速開展生產(chǎn)制造。

在實際項目建設中，中航規(guī)劃要把控整個生產(chǎn)線的投資平衡，保證生產(chǎn)線的實際運行效率和設計意圖完全一致，減少在真實系統(tǒng)上調(diào)試的工時，提高效率，節(jié)省資金。

在設施規(guī)劃“三部曲”的基礎上，經(jīng)驗豐富的設計師將實現(xiàn)智能生產(chǎn)線和土建、動力、能源供應的完美集成，提供最優(yōu)化的配套保障，確保生產(chǎn)線安全、穩(wěn)定運行；確保節(jié)能、環(huán)保、人性化等綠色理念最有效地在智能線上落地。

加緊春天里的腳步：

智能時代離我們并不遠

隨著“工業(yè)4.0”時代的到來，中航規(guī)劃也不斷加快智能工廠設計實踐的步伐。

基于豐富的航空生產(chǎn)線設計經(jīng)驗，中航規(guī)劃研究適用于航空各型產(chǎn)品制造特點的智能制造應用模型；以精益的設施規(guī)劃設計為平臺，以賽博物理系統(tǒng)為手段，打通物理工廠與數(shù)字工廠的界限；基于自動控制技術及人工智能技術，實現(xiàn)數(shù)字量傳遞與處理、物流傳輸與交換、作業(yè)流程的智能處理；聚焦數(shù)字化、標準體系、平臺建設，讓“智能制造”的價值不折不扣的發(fā)揮。

從頂層設計開始，結合對航空工藝多年的深刻理解，中航規(guī)劃綜合考慮技術的可達性、經(jīng)濟的可行性，為工廠提供由點到線、由線到面且契合工廠產(chǎn)品技術特點和生產(chǎn)需求的智能化發(fā)展總體規(guī)劃。為了這一目標，中航規(guī)劃從以下三個方面積極推進：一是推進數(shù)字化工廠設計。通過新建或改建生產(chǎn)線為智能制造提供基礎設施條件。進一步豐富三維模板庫，結合歷史設計經(jīng)驗進行模塊化梳理形成知識庫，從而實現(xiàn)設計的重用。二是推進設施規(guī)劃標準體系的建設。在工信部標準體系指南的基礎上，完成智能制造工廠規(guī)劃設計標準，建立相應的驗證平臺，推動標準建設，形成行業(yè)通用的設計標準。三是推進生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)對設施規(guī)劃的有效支撐，推進連接工廠運行管控系統(tǒng)的規(guī)劃平臺建設。

共和國航空工業(yè)剛剛迎來第65個春天，中航規(guī)劃加緊腳步，我們距離航空工業(yè)的智能時代，并不遙遠。