做智慧的參與者，中航規劃探索智能工廠建設之路的遠景與微觀
http://www.sharifulalam.com 2016-06-21 10:00 來源：中國航空報
核心提示： “你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據個人的口味和營養需求來調配生產；工廠生產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4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。
圖3 生產線規劃三維呈現
圖2 移動生產線仿真
圖1 聚類工具圖
“你相信嗎？在不久的將來，我們吃的藥是根據每個人的基因來配方的；我們的早餐可以根據個人的口味和營養需求來調配生產；工廠生產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4.0”給我們描繪的未來智能工廠的宏景。
工業化發展在經歷了機械化、自動化、數字化的歷程后，以“動態感知、實時分析、自主決策、精準執行”為特征的先進智能生產模式，已經成為制造業轉型升級的羽翼，令智能工廠建設的浪潮勢不可擋。如何打造適應產業轉型發展的“智能工廠”，設施規劃和設計又能發揮怎么樣的作用呢？65年來深耕航空工業設施規劃領域的中國航空規劃設計研究總院（以下簡稱“中航規劃”），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，設施規劃和設計是工廠建設的源頭，是保障制造工廠實現功能的前提條件和重要環節，智能制造的生產線的建設中，設施規劃設計更是基本前提和基礎，關乎智能制造的成敗。
從傳統的視角來看，設施規劃是相對靜態的。“工業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，也就是設施規劃與設計的動態化。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；要考慮工業網絡架構及設備之間的互聯互通；生產輔助系統物流管理，動力供應智能化，比如可計量、動態化，實時監控，能夠進行智能的生產配套設施運行的自主決策。同時，也可獲得產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設計方式本身的升級。設計要數字化，要進行規劃設計方案的數字化仿真。”中航規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劃與智能制造的關系：智能工廠為智能生產的實施提供了載體；設施規劃為智能工廠的實現提供了系統化的設計方案，涵蓋設備設施、人員、物資等要素；反過來，智能生產則為設施規劃提供了各類約束，包括制造工藝約束、物流約束等。
兩把“利器”：
讓機器與機器實現對話
“智能工廠的建設目標就是使企業達到安全環保、最優生產、效益最佳、勞動生產率最高的狀態。無論是智能工廠還是數字化生產線，設施規劃始終圍繞產品從毛坯到零部件到成品的全過程。”中航規劃技術院院長王明珠這樣告訴記者。
在“工業4.0”的邏輯框架下，設施規劃的設計標準及工作方式亦是全新的。首先是實現零件和產品的智能化，意味著零件和產品具有很高的“數據”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，才可能最終實現工廠里機器與機器之間的“對話”，達到基于數據分析的生產線優化。這其中的兩把利器就是：精益化生產與柔性化設計。在進行產品的數字化仿真后，可以發現哪些環節冗余度較高，從而將生產線進行合理化改進，形成精益化生產。柔性化就是工裝的可擴散性和多適應性，將一條生產線稍作調整就可以適應不同的產品加工對象，能夠減少工裝數量，有利于進行數字化工裝。
陸國杰表示，肩負中航工業基礎設施建設的重要使命，中航規劃致力于為航空工業的轉型升級服務。中航規劃深諳航空產品的制造工藝，包括航空零件加工、部裝、總裝生產線等，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4.0”解決方案。
譜寫設施規劃“三部曲”
奠定智能制造之基
中航規劃緊跟發展趨勢，早就著手對數字化生產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字化生產線規劃設計技術體系。以三維協同設計平臺為基礎，以基于啟發式算法的工藝布局優化、基于離散事件仿真技術、智能制造部分關鍵技術為核心，在航空制造生產線規劃設計和數字化、網絡化技術應用方面，積累了一批技術成果和豐富的應用經驗，致力于推進智能制造在航空工業的落地。
下面，記者帶您聆聽中航規劃探索智能工廠建設的三部曲：“工藝分析”—“布局優化”—“結果呈現”。
在生產線布局階段，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，中航規劃開發了精益單元自動劃分工具，能夠自動實現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）。
在生產線布局優化階段，中航規劃聯合應用三維設計協同平臺和生產線運行仿真平臺，通過三維協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線模型（如圖2所示）。
在生產線規劃成果呈現階段（如圖3所示），以虛擬生產線模型為基礎，結合仿真平臺產生的三維制造過程渲染，產生的虛擬生產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用直觀的方法表現出來，能夠指導員工快速開展生產制造。
在實際項目建設中，中航規劃要把控整個生產線的投資平衡，保證生產線的實際運行效率和設計意圖完全一致，減少在真實系統上調試的工時，提高效率，節省資金。
在設施規劃“三部曲”的基礎上，經驗豐富的設計師將實現智能生產線和土建、動力、能源供應的完美集成，提供最優化的配套保障，確保生產線安全、穩定運行；確保節能、環保、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4.0”時代的到來，中航規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線設計經驗，中航規劃研究適用于航空各型產品制造特點的智能制造應用模型；以精益的設施規劃設計為平臺，以賽博物理系統為手段，打通物理工廠與數字工廠的界限；基于自動控制技術及人工智能技術，實現數字量傳遞與處理、物流傳輸與交換、作業流程的智能處理；聚焦數字化、標準體系、平臺建設，讓“智能制造”的價值不折不扣的發揮。
從頂層設計開始，結合對航空工藝多年的深刻理解，中航規劃綜合考慮技術的可達性、經濟的可行性，為工廠提供由點到線、由線到面且契合工廠產品技術特點和生產需求的智能化發展總體規劃。為了這一目標，中航規劃從以下三個方面積極推進：一是推進數字化工廠設計。通過新建或改建生產線為智能制造提供基礎設施條件。進一步豐富三維模板庫，結合歷史設計經驗進行模塊化梳理形成知識庫，從而實現設計的重用。二是推進設施規劃標準體系的建設。在工信部標準體系指南的基礎上，完成智能制造工廠規劃設計標準，建立相應的驗證平臺，推動標準建設，形成行業通用的設計標準。三是推進生產運營數據對設施規劃的有效支撐，推進連接工廠運行管控系統的規劃平臺建設。
共和國航空工業剛剛迎來第65個春天，中航規劃加緊腳步，我們距離航空工業的智能時代，并不遙遠。
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