智能制造技術將實現跨領域、協同化、網絡化的制造業創新體系，并徹底改變現有生產方式和制造業競爭格局，已經引起了各個國家的高度重視。圍繞搶占新一輪產業競爭制高點、打造國家新優勢的競爭日趨激烈。針對智能制造，世界各國紛紛提出了智能制造規劃以促進本國制造技術的發展與升級，提升國際競爭力。

（1）德國“工業4.0”

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

（2）美國“重整制造業計劃”

美國為制定了《先進制造業國家戰略計劃》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”

英國政府發布《英國工業2050戰略》，旨在通過科技改變生產，將信息通訊技術、新材料等科技與產品和生產網絡的融合，改變產品的設計、制造模式。

（4）法國“新工業法國”

法國政府推出《新工業法國》戰略，包含超級計算機、機器人、物聯網、大數據、云計算等34 項具體計劃，旨在通過創新重塑工業實力，使法國處于全球工業競爭力第一梯隊。

（5）日本“智能制造系統IMS”

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

（6）中國“中國制造2025”

在新一輪科技革命和產業革命的背景下，中國政府提出“中國制造2025”重大戰略舉措，旨在實現制造業轉型升級和跨越發展，改變我國制造業“大而不強”的局面。

世界各國在制造業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是未來的必然發展方向。如何在新的工業革命和產業革命中抓住智能制造發展歷史機遇，助推制造業的跨越式發展，實現由制造大國向制造強國的轉變是我國制造業所要解決的問題。

??智能制造促進航空制造業轉型升級

航空制造業作為“工業之花”，其技術水平和生產能力是國家制造業實力和國防科技工業現代化水平的綜合體現，在國民經濟和國防現代化建設中有著舉足輕重、不可替代的地位和作用，已經成為國家戰略性高科技產業，體現綜合國力及整體工業水平，得到世界各國的高度重視和優先發展。

實現航空智能制造的基礎是自動化，而實現自動化的基礎則是數字化。因此為實現航空智能制造技術的發展，必須在現有數字化制造、數字化車間基礎上，利用“知識處理”、“智能優化”、“智能數控加工”等方法，開展智能制造關鍵技術研究，實現航空智能制造技術突破。

1 航空數字化制造

數字化制造就是將產品制造過程中的各種信息采用數字化手段進行表達、處理，實現產品的快速制造，包括計算機輔助設計制造、產品數據管理、企業資源計劃、車間狀態監控等多項關鍵技術。通過上述關鍵技術實現數字化車間構建。為發展智能化制造模式，國內航空制造企業必須在數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字化技術。波音公司通過數字化技術實現三維數字化定義、三維數字化預裝配和并行工程，建立全球第一個全機數字樣機，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％，產品開發周期縮短了40％ ~ 60％。

國內航空制造企業緊跟世界先進航空制造企業的技術發展。通過技術研究，已基本實現產品的數字化設計及基于模型的制造，并實現了部分制造過程的數字化管控。國內先進航空制造企業已初步建成數字化車間環境，具備向自動化、智能化制造發展的基礎。

2 航空智能制造

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

國外先進航空制造企業為順應飛機結構件柔性自動化、智能化發展需求，已經開始了以柔性自動化生產線為代表的飛機結構件生產模式。德國AEROTECH 公司已經實現了按零件分類配置設備，以柔性生產線的模式實現了多品種、大批量民機結構件的的柔性生產，平均設備利用率達到了90% 以上；韓國KAI 公司，實現了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。

??航空智能制造實踐??

飛機結構件數控加工技術發展包括以下階段。

萌芽期：模線樣板、直接數字控制；

單點技術應用階段：現場網絡、CIMS 技術、分布式數控等；

單元化應用階段：MES 集成應用、DNC 等；

綜合集成應用階段：工業大數據、無紙化制造、實時狀態監控；

融合集成階段：智能設備、智能工藝、智能管控、數字化車間等。

經過多年的技術發展，目前已經建成涵蓋數字化工藝、數字化設備、數字化管控技術的飛機結構件數字化車間。為促進飛機結構件數控加工水平的提升，在現有數字化車間基礎上，以智能制造標準化技術體系及工業大數據為支撐，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字化車間，實現復雜航空結構件多品種、小批量，混線生產模式下車間物流自動化、產品全流程自動化、智能化加工。

飛機結構件智能數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）。物理層包括數控生產設備、物流設備及制造過程感知、定位、識別設備，物理層可實現加工過程的狀態感知及自主運行。管理層包括作業管理、執行管理與業務管理。作業管理包括設備控制、物流控制、操作控制；執行管理可實現生產計劃執行，資源、物流、工藝保障，現場管理及績效管理；業務管理可實現產品數據管理、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。云計算中心對生產過程中的結構化、非結構化工業大數據進行計算，為智能管控中心的決策提供數據支撐。

在現有飛機結構件數字化車間基礎上，依據智能數字化車間框架，研究智能工藝、智能裝備、大數據、智能管控等關鍵技術，實現飛機結構件制造過程的動態感知、實時分析、自主決策及精準執行。

如圖2 所示，如同“冰山模型”，要實現智能制造，執行端看似越來越優質、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）、工業軟件、數據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新。

為保障飛機結構件智能制造技術的發展，依據《國家智能制造標準體系建設指南》制定智能數字化車間標準體系。依據飛機結構件制造全流程，圍繞設備、控制、車間、企業，生產、物流、服務，資源要素、系統集成、互聯互通、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，數控編程依賴工藝人員經驗，編程效率低且質量不穩定的問題，開展基于特征的智能數控編程技術研究。

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

基于工藝業務全流程開展智能工藝管控技術研究，實現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，實現機床切削過程各物理量實時監控及檢測結果的分析處理，最終實現對零件從工藝設計虛擬制造環節、現場加工實時監控環節、檢測結果事后分析環節的全流程管理。

3 智能裝備

智能裝備也是工業技術和信息技術“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展速度，通過融合，工業技術發展也將呈現出“類摩爾定律”的發展速度。

依據飛機結構件智能制造技術需求研發具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，實現先進制造技術、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字化車間建設中，重點開展自動化成套生產線，智能控制系統，智能傳感器，智能專用裝備，實現生產過程的自動化、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字化車間數控設備的正常運轉，基于控制系統接口，通過軟硬件結合開發的方式，實現對機床運行狀態信號的采集；基于車間通訊網絡實現機床與管控系統的集成，完成對智能制造生產線設備狀態的遠程監控與控制；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

為實現飛機結構件優質、高效生產，在飛機結構件智能數字化車間中將計算機技術等軟硬件技術同企業生產經營管理、生產制造等環節聯系在一起，形成能適應生產環境變化的集成制造大系統。

通過將先進數控制造技術同信息技術、電子技術、仿真技術、監測技術、管理科學等技術的集成，實現航空產品制造、檢測、管理等全流程的集成制造，實現優質、高效、低耗、清潔生產，并達到降低成本、縮短產品生產周期，增強產品競爭力的目的。

5 工業大數據

不管是工業自動化、還是智能制造，它們的基礎都是工業數據。工業大數據是實現飛機結構件智能制造的基礎。隨著技術水平的提升，企業所積累的數據量呈指數級增長，如何對這些數據進行分類、存儲與分析直接影響智能制造技術的發展。對于飛機結構件這種多品種、小批量生產模式的產品在生產全流程中的數據可分為經營性數據，如財務、資產、供應商基礎信息；生產性數據，如產品加工狀態信息等；環境類數據，如機床狀態信息、環境溫度、能耗數據等。經營性及生產性數據通過飛機結構件智能數字化車間生產管理系統獲取，通過“流程+ 數據”結合場景，根據“知化”的經驗“分析歷史、面向”對現狀進行精準決策。未來機床狀態信息等環境類數據則通過傳感器監控技術獲取，通過小波分析技術對機床狀態、零件加工狀態數據進行分析，獲取零件及機床的實時狀態，為工藝優化提供基礎。通過神經網絡算法對零件生產經營數據進行分析，實現對零件加工工時預測，智能排產等。

6 智能管控

以數字化生產管理體系為支撐，研究數字化車間智能管控技術。通過考慮飛機結構件智能數字化車間設備能力，研究多品種生產作業，多因素擾動背景下的智能排程及動態調度，以高效運轉等相關性能指標為優化目標，得到飛機結構件智能數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、車間運行狀態及生產經營狀態進行監控，獲取數字化車間實時運行數據。依據監控數據及飛機結構件智能數字化車間高效運轉方案，構建數字化車間管控體系，實現飛機結構件生產管控、作業調度、現場管理及制造資源管理等全要素的智能管控。