“商發制造”提出了著力打造國內首個商用航空發動機智能工廠的戰略

近日，工信部公布2018年智能制造試點示范項目名單，中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司（簡稱“商發制造”）的商用航空發動機智能裝配試點示范位列其中，這無疑肯定了商發制造在智能制造的探索與實踐。面對全球范圍內新一輪的科技與產業變革，商發制造深刻認識到智能制造將是公司落實創新驅動發展、實現研制模式轉型升級以盡快趕超世界先進航空工業水平的關鍵舉措，并提出了著力打造國內首個商用航空發動機智能工廠的戰略規劃。

商發制造是國產大涵道比商用航空發動機的總裝交付中心，承擔著航空發動機產品的制造、試驗、測試、裝配和試車任務，并最終交付滿足設計要求和客戶要求的產品。在全球范圍內，具備完全獨立研制民用大涵道比渦扇發動機能力的只有美國（通用電氣、普惠公司）與英國（羅爾斯羅伊斯）兩個國家。西方國家明確禁止出口相關技術。

?

作為我國大型客機發動機研制主體及主制造商的商發制造深刻認識到智能制造將是公司落實創新驅動發展、實現研制模式轉型升級以盡快趕超世界先進航空工業水平的關鍵舉措，并提出了著力打造國內首個商用航空發動機智能工廠的戰略規劃。并入選工信部2018年智能制造試點示范項目，公司在智能制造的探索，對于我國打造強勁“中國心”,助推“中國夢”意義重大。

商發制造秉承國家意志，自主研發商用航空發動機，作為創新驅動型企業，商發制造規劃通過數字化、網絡化、智能化工具，逐步建設創新的自主研制體系，實現產品數字化定義、數字化制造與數字化管理，促進異地協同設計與協同制造，最終提供商用航空發動機產品的卓越質量交付與客戶體驗。

智能制造戰略規劃構想

公司自2015年伊始即著手智能制造建設規劃，并陸續通過國家和地區的智能制造專項項目，開展試點建設，以商用航空發動機某關鍵工序為實施載體，依據適航要求和航空發動機研制特點，以智能制造、業務并行、協同互助為出發點，應用先進的信息化技術、智能機器人技術、智能感知與決策技術、先進制造技術、高可信網絡技術等，研制智能裝配機器人，搭建異構DNC網絡制造環境，以期逐步提高商用航空發動機試點工序的質量管控水平，構建商用航空發動機智能制造新模式。

圍繞商發制造作為商發公司的總裝交付中心，承擔商用航空發動機產品的制造、試驗、測試、裝配和試車，并最終交付滿足設計要求和客戶需求的產品這一公司定位，商發制造提出實施智能制造戰略的總體目標：

商發制造智能工廠的總體目標是圍繞商用航空發動機工裝/轉接段/核心零部件加工、零組件/單元體/整機裝配和零組件/核心機/整機試驗測試三大核心業務，以產品全生命周期數字化和卓越績效一體化管理體系為基礎，以航空發動機產品及其關鍵零部件生產決策、過程控制智能化為目標，開展具備網絡互連、人機交互、智能傳感等特征的業務CPS建設，最終建成可持續滿足顧客需求并實現卓越交付的現代化商用航空發動機智能工廠。

商發制造智能工廠總體目標的制定原則是充分滿足中國制造2025定義的智能制造四大特征：以智能工廠為載體、以關鍵制造環節智能化為核心、端到端數據流為核心、網通互聯為支撐?？偰繕藢膶嵤┲芷跒?016~2025年，共分三個階段，各階段目標為：

第一階段（2016年-2019年）：完成智能工廠通用基礎建設規劃，完善智能制造安全、標準、網絡、基礎技術研究等基礎保障條件建設，突破以大部件精確對接、高壓壓氣機轉子直線裝配、自鎖螺母擰緊、發動機同心度評價等為代表的智能裝配關鍵技術，基本實現大涵道比航空發動機核心機智能裝配；

第二階段（2019年-2022年）：持續完善智能工廠基礎保障設施建設，重點突破核心零部件的自適應加工、智能裝夾、加工過程在線監控等智能加工技術，以智能生產線或智能車間建設為載體實現核心零部件的智能加工，進一步強化大涵道比發動機核心機裝配能力，實現整機智能裝配和智能試驗測試的突破；

第三階段（2023年-2025年）：基本建成基于工業互聯網、全過程數字化，具備一定自適應能力，滿足大涵道比發動機裝配、試驗、測試任務需要的商用航空發動機智能工廠， 2025年達到年產X臺大客發動機的優質批量交付能力。

基于統籌規劃，分步實施的原則，商發制造在充分借鑒了RAMI4.0、中國《國家智能制造標準體系建設指南》等國內外智能制造標準模型后，結合自身的業務特點，提出了商發制造智能工廠的總體架構。該架構從上到下分別為企業層、商發制造云、業務CPS層和基礎支撐層，各層級規劃如下：

企業層：整個企業的管理業務層（企業門戶），負責整個商發制造工廠的管理業務。

商發制造云：是商發制造的私有云，指整個智能工廠的資源共享云平臺，包括了業務云服務和數據云服務兩大類。

業務CPS層：車間級的信息物理融合制造系統（Cyber Physical System, CPS），分別實現商發制造的智能加工、智能裝配、智能試驗測試等業務

基礎支撐層：對業務CPS、商發制造云、企業層提供的一些支撐技術和規范，也包括一些共有的基礎性資源和基礎性建設。

商發制造的各項智能制造建設工作將依據上述階段目標和總體架構穩步推進。

智能制造實踐現狀和效果

智能工廠的建設是需要大綜合、大協作的復雜系統工程，智能工廠的建成及運行需要有強有力的管理體系及對應的通用基礎平臺來支撐。商發制造智能制造的實踐現狀主要體現在通用基礎建設和智能制造試點建設量方面。在通用基礎建設方面，在管理與技術體系建設上，商發制造致力于建立異地多職能協同工作體系及平臺，通過流程、標準、規范、指導書、檢查單及其相應的信息化載體實現對智能制造建設工作的有效管控。在信息化建設方面，公司已經建立了綜合管理系統、項目管理系統、產品數據管理系統，目前正在建設數字化工藝管理系統、裝配執行系統、試驗信息綜合管理系統、分布式數控管理系統、設備管理系統，未來還將建立生產線仿真系統、供應鏈管理系統、生產計劃管理系統、物料管理系統等，旨在在設備層級、車間層級、企業層級及外部供應鏈層級建立支撐智能工廠運維的信息化系統。

2015年，公司申報的“商用航空發動機總裝智能裝配新模式”入選工信部2015智能制造專項項目，智能制造試點建設工作正式啟動。該項目以商用航空發動機整機裝配中低壓渦輪安裝為實施載體, 依據適航要求和航空發動機研制特點，研制智能裝配機器人，搭建異構DNC網絡制造環境，構建商用航空發動機協同平臺、敏捷制造平臺，初步建立商用航空發動機智能裝配物聯網。目前該項目中的大部件自動化對接技術、DNC網絡互連技術、網絡信息安全、裝配系統等智能制造關鍵技術研究及基礎條件建設工作正在開展，該部分涉及的信息化建設已納入圖的實際建設進程和規劃中，后續將成為智能工廠的建設的重要支撐基礎。

該項目的目標是以商用航空發動機整機裝配中低壓渦輪的安裝為實施對象，通過構建管控一體化平臺、設計制造一體化云平臺、智能裝配平臺、敏捷運行支持平臺、工業信息安全系統，初步形成商用航空發動機大數據和知識工程，建立商用航空發動機智能裝配工程環境、體系、標準，實現航空發動機整機裝配中低壓渦輪的智能安裝，解決低壓渦輪安裝難題，并提升裝配的一致性、穩定性，達到產品研制周期縮短20%、生產效率提高20%、運營成本降低30%、一次裝配不合格率降低10%、能源利用率提高4%的目標，探索一條全新的航空發動機智能制造新模式，提升商用航空發動機裝配水平。

典型案例：商用航空發動機總裝智能裝配新模式

2015年6月，商發制造申報的“商用航空發動機總裝智能裝配新模式”項目經工信部批復立項，正式啟動。該項目由商發制造牽頭，上海工業自動化儀表研究院和上海鈞工智能技術有限公司作為參研單位共同完成。

該項目的目標是以商用航空發動機整機裝配中低壓渦輪的安裝為實施對象，通過構建管控一體化平臺、設計制造一體化云平臺、智能裝配平臺、敏捷運行支持平臺、工業信息安全系統，初步形成商用航空發動機大數據和知識工程，建立商用航空發動機智能裝配工程環境、體系、標準，實現航空發動機整機裝配中低壓渦輪的智能安裝，解決低壓渦輪安裝難題，并提升裝配的一致性、穩定性，達到產品研制周期縮短20%、生產效率提高20%、運營成本降低30%、一次裝配不合格率降低10%、能源利用率提高4%的目標，探索一條全新的航空發動機智能制造新模式，提升商用航空發動機裝配水平。

智能裝配平臺示意圖

基于商發制造自身的業務，融入智能制造的元素，構建商用航空發動機裝配協同平臺、敏捷制造平臺，建立商用航空發動機智能裝配物聯網，完成商用航空發動機專業數據庫的初步建設，并開展數據挖掘，形成商用航空發動機專業大數據和知識工程，實現基于專業大數據和知識工程的產品設計、智能裝配、本位檢測，裝配動態排產，資源的動態調控，以及制造過程的智能管控，打造商用航空發動機總裝智能裝配新模式，構建全新的商用航空發動機智能裝配環境、流程、標準。提升商用航空發動機裝配過程穩定性、一致性，提高管理水平，通過建立工業信息安全系統，保障整體運行的安全，打造商用航空發動機總裝智能裝配新模式，實現低壓渦輪的智能安裝。

商用航空發動機低壓渦輪智能安裝業務流程圖

該項目以商用航空發動機大部件本體裝配為實施載體，包括從產品設計/工藝設計/工裝準備到裝配過程全流程的管控，基于某型號的商用航空發動機低壓渦輪對接裝配過程：

1）構建低渦大部件智能裝配平臺。針對商用航空發動機整機裝配中低壓渦輪的安裝過程，建立商用航空發動機裝配過程綜合受力、多維姿態對接測量、分析、反饋中多維度智能數據采集、分析、控制機制，建立集成傳感器、激光對接系統的多維度自適應低壓渦輪智能安裝設備。

2）進行工業物聯網建設，構建敏捷制造平臺。實現裝配設備，3D打印設備、數控加工設備、物料配送設備在內的異構敏捷制造，達到設備間數據的互聯互通，進而實現生產資源的統一調度、動態管控。

3）研究低壓渦輪安裝產品設計和工藝設計方法，構建設計制造一體化云平臺。開展基于工藝知識的商用航空發動機本體裝配結構化工藝設計，通過裝配過程仿真分析優化裝配工藝，提升裝配工藝的正確性、可行性和經濟性。

4）建立基于RFID的物料智能配送系統，物料的智能配送并具有靈活的可追溯性，改變傳統人工配送、單設備加工、人工裝配的制造模式，減少生產各環節的浪費。

5）進行基于大數據與知識工程的智能決策分析與優化，建立管控一體化平臺。

6）工業信息安全系統。依據ISO27001信息安全管理體系，建立商用航空發動機工業信息安全體系和系統，保障制造平臺和數據的安全。

商用航空發動機智能裝配新模式總方案

從技術實現層面上看，商用航空發動機智能裝配新模式以工業物聯網、大數據技術、智能裝備為基礎，實現物流自動化、裝配自適應調整、生產管控智能化，如圖所示：

智能分析決策層：運用知識及工具進行優化決策，執行判斷。

商用航空發動機裝配大數據層：是航空發動機智能裝配的大腦，完成信息集成，實現數據與物理對象融合計算，進行數據分類、清洗，按需進行信息分類，形成數據中心知識庫。

數據物理交互層：是航空發動機智能裝配的中樞神經，包括各種傳感器及現場網絡的接口和 通信控制，實現生產實施信息獲取與數據物理交互。

智能設備物理層：是航空發動機智能裝配的感官系統，包括生產系統涉及的設備、工裝、人員和物流裝置等，以及對物理對象進行感知和信息傳輸的RFID標識工具、傳感器和工業物聯網等。

航空發動機智能裝配新模式建設

下一步智能升級計劃

后續商發制造將依據《商發制造智能工廠建設規劃方案》這一綱領性文件，同時考慮已開展的智能制造項目，按照“業務導向、頂層規劃、項目驅動、整體推進”的建設思路和“統籌規劃、協同推進；基礎先行、分步實施；開放合作、創新發展”的原則將規劃方案逐步落地，預期2025年建成產品全生命周期過程數字化，科研、生產、運營過程管控網絡化等特征的航空發動機智能工廠，持續滿足顧客需求并實現卓越交付。

智能制造一直是中國制造2025的主攻方向，航空發動機作為飛機制造業皇冠上的明珠，是智能制造最佳工程實踐，也代表了一個國家制造業的水平和能力。相信商發制造在智能制造方面的先進實踐對于打造“中國心”，實現“中國夢”具有深遠的意義。