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航空智能制造发展白皮书(2022)

航空智能制造发展白皮书(2022)

版权声明 本白皮书版权属于中国航空工业集团有限公司,并受法律保护。白皮书中引用的政府文件及关联机构资料,各自版权归原单位所有。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应注明“来源:中国航空工业集团有限公司”。违反上述声明者,其行为将在法律许可的范围内受到法律责任的追究。 目录 引言1 一、发展现状1 (一)航空智能制造发展需求1 (二)航空智能制造探索实践1 (三)航空智能制造发展机遇2 二、发展愿景与思路3 (一)发展愿景3 (二)总体架构3 (三)发展思路4 三、重点发展方向5 (一)模型驱动的设计制造一体化5 (二)敏捷互联的智能化柔性生产6 (三)虚实融合的数字化运营管控7 (四)三链合一的网络化产业协同10 (五)融合创新的数智技术赋能应用11 四、保障措施14 (一)培育航空智能制造解决方案能力14 (二)完善航空智能制造标准体系14 (三)建设航空智能制造公共服务平台15 结束语16 引言 航空工业是国家高端装备制造业和战略性新兴产业,其发展水平是国家工业基础、科技水平、国防实力、综合国力的重要标志和综合体现。如何在当今新一代信息技术与先进制造技术深度融合的时代背景下,加速推动航空装备研制与生产模式向数字化网络化智能化转变,发展先进航空制造能力,是航空智能制造创新发展的时代命题。为凝聚业界共识,汇集行业智慧,中国航空工业集团有限公司智能制造创新中心组织编制并发布本白皮书,旨在总结航空工业智能制造发展情况,探索发展愿景和重点发展方向,提出保障措施建议,以期与业界分享,共同推动航空智能制造创新发展,加速工业制造能力提升。 一、发展现状 (一)航空智能制造发展需求 近年来,新一代信息技术正加速与制造业深度融合,智能制造已 成为全球新工业革命的核心驱动力和科技产业发展的战略制高点,欧美等发达国家大力推进新技术在航空制造业的研究与应用,探索柔性、敏捷、精益的新型制造模式。智能制造是制造强国建设的主攻方向,也是我国航空制造业创新驱动发展、实现工业转型升级的关键举措之一,是提高我国航空制造业自主创新能力、促进航空装备制造长远发展的重要举措和迫切需求。 党的二十大报告在“建设现代化产业体系”中提出了“推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”的战略要求。随着航空装备向数字化智能化加速发展,传统研制生产和价值创造模式必然需要在创新、提质、增效、降本等方面进行更深程度的调整和转型。装备研制应具有更为敏捷的快速响应能力,设计制造实现更高程度的一体化并行协同。生产制造中高效率、低成本、精准化、柔性化制造成为主要模式,形成以智能工厂和数字化生产线为主要标志的现代化航空制造体系。航空制造业以“主集成商-分承制商”为代表的产业链协同,在工业互联网赋能下,逐渐将网络化协同延伸至整个供应链、产业链和价值链,形成数字动态企业联盟。航空核心制造装备和工业软件系统的自主创新能力进一步增强,有效保障产业安全。智能制造创新生态得到有效发展和全面培育,航空制造业作为高端装备制造业的龙头,带动国家工业体系升级的能力持续提升,并为国家制造业创新发展提供数智解决方案供给能力。 (二)航空智能制造探索实践 航空工业作为智能制造的先行者,率先发布总体架构,明确行动计划。2016年在全国率先发布航空智能制造总体架构V1.0,总结提炼“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”航空智能制造典型 特征,形成全国性学术影响力,被行业内外广泛引用。同时发布行动 计划,确定建立一个创新中心、突破三大关键技术、落实七项重点任务的工作安排。2019年适应新一代信息技术深入应用和航空先进制造技术的发展完善,印发智能制造架构V2.0,满足全集团开展智能制造领域技术研究、开发和应用工作需要。加入中央企业智能制造协同创新平台,激发“产学研用”协同创新活力,推进智能制造实践应用的深入。 突破一批航空智能制造关键技术和装备。依托航空工业智能制造 创新中心,组织开展模型驱动的设计制造验证服务、赛博物理生产系 统及基于云平台的协同关键技术研究。在重点型号研制生产中实现了统一标准/格式的数据模型连续传递与重用;开发具有行业特点的单元级和系统级CPS(赛博物理系统),实现赛博空间和物理空间的互联互通;突破智能工艺装备相关的部件、软件和系统等关键技术,研制开发一批具有智能化、网络化、嵌入式等ICPS(工业赛博物理系统)特征的智能系统和工艺装备,并分类开展试点示范。 全方位开展航空智能制造试点示范。航空工业先后承担国家级智 能制造专项、智能制造综合标准化和新模式、智能制造试点示范项目 20余项。建成飞机协同开发与云制造平台,“点、线、面”分层次推动智能车间/智能生产线建设,体系化开展智能制造试点示范,建成一批高水平的智能制造示范工厂。航空工业西飞、成飞、昌飞先后入选国家级智能制造标杆企业,形成了面向复杂装备研制生产的企业级生产管控中心、大型飞机总装数字化脉动生产线、直升机旋翼系统智能车间新模式应用、直升机智能配送管理新模式应用等最佳实践,发挥了智能制造对建设现代航空产业体系的重要推动作用,航空智能制造能力成熟度水平稳步提升。 初步形成航空智能制造系统解决方案自主保障能力。积极开展航 空智能制造解决方案供应商的培育,已形成了一批智能制造解决方案 供应商团队,成功入选工业和信息化部、北京市智能制造解决方案供应商推荐目录。全集团形成了完整的从顶层咨询与规划、工业软件开发、智能工艺设备研制、智能车间/数字化生产系统集成的整体智能制造系统解决方案供给能力。 (三)航空智能制造发展机遇 当前,新一代信息技术、先进制造技术和企业运营管理技术加速 发展,技术融合、管理融合带来智能制造模式的持续发展创新。数字化、智能化技术已经成为推动智能制造发展最核心的技术驱动力,并有望带来颠覆性创新。国家《“十四五”智能制造发展规划》提出“依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体,构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统,推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革”,为智能制造创新发展提供政 策新动力。 经过“十三五”期间的持续发力,航空工业在智能制造总体架构设计、关键技术攻关、工业软件和智能工艺装备开发、多领域试点示范、标准体系建设和人才队伍建设等方面已经取得了突破性进展,智能制造未来发展基础良好。综合而言,无论是技术发展的推动、国家政策的供给,还是良好的现实基础,面对航空强国建设对工业制造能力提升的强劲需求,航空智能制造已经面临新一轮的发展机遇。 二、发展愿景与思路 (一)发展愿景 聚焦现代航空工业体系建设要求,在航空装备研制生产过程中深 入推进智能制造发展,建设和推广应用模型化装备研发、智能化柔性生产、网络化产业协同等智能制造新模式。建成一批国际级智能制造示范工厂,持续推进航空工业的提质增效降本,提升工业制造能力。打造航空智能制造协同创新生态,培育国家级数字化智能化工业解决方案供应商,成为智能制造前沿技术探索的先行者,智能制造应用最佳实践的建设者,国家智能制造创新发展的策源地。 (二)总体架构 航空智能制造是新一代信息技术与先进航空制造技术的深度融 合,贯穿于航空装备全生命周期和组织的不同业务层级(包括企业联盟层、企业管理层、生产管理层、控制执行层和智能设备层)。架构定义了各层级的主体要素、主要功能、核心业务以及各业务层级之间的相互关系。在加速智能制造新技术研究及创新应用基础上,将新一代信息技术、先进制造技术和智能工艺装备,深度融合应用于各业务层级,实现各层级“动态感知、实时分析、自主决策、精准执行”智能特征特定内涵。 (三)发展思路 航空工业智能制造架构 以新一代信息技术与先进制造技术深度融合为主线,落实智能制 造架构,从智能制造新模式构建、数智技术应用解决方案开发、智能制造发展新生态培育三方面着手,加速航空制造业数字化转型、网络化协同和智能化变革。 聚焦航空工业能力提升的主价值链,创新推动模型驱动的设计制造一体化融合发展,实现快速研发、快速试制、快速验证;建成敏捷 互联的智能化柔性生产模式,建设具有知识赋能、敏捷智能、虚实融合、即插即用、绿色低碳特征的新型航空智能制造示范工厂,实现高质高效低耗的可持续性制造;加速推动数据和网络资源在价值链、供应链、产业链的流动与应用,实现三链合一融合发展。 加快新一代数字化智能化共性技术的赋能机理研究,根据技术发展的不同成熟度,推动与航空先进制造技术的集成创新和工程应用。汇聚产学研用创新资源,培育集智能制造技术研究、验证、科技成果转化、实践示范于一体的协同创新和公共服务生态。 三、重点发展方向 (一)模型驱动的设计制造一体化 未来新型航空装备的快速研发能力需求对传统研发模式提出了 新挑战,深入贯彻基于模型的系统工程(MBSE)的应用,融入知识工程、数字孪生、扩展现实等新技术,构建设计制造智能化协同环境,以及支持快速验证的虚拟制造环境,推进经验驱动的产品研发向知识赋能的智能化设计制造一体化演进、转化,实现“设计即制造、发图即开铆”,显著缩短研发时间,提升研发成功率。 1.提升装备系统工程能力,建设需求/设计/制造协同环境 航空工业已具备基于模型的全三维定义、设计制造一体化、成熟 度控制的并行设计、设计工艺工装一体化关联、全三维装配工艺仿真、跨地域多厂所协同研制等技术,实现多阶段数字样机迭代设计、基于设计模块的消耗式装配流程规划、基于上下文的设计协同、制造协同等,初步形成数字化的航空装备设计制造协同体系。在飞机设计制造中,面临技术自主创新、需求动态多变、学科高度综合、研制复杂协作等高复杂性技术挑战,需建立跨专业的工程需求管理、统一功能架构构建、逻辑架构设计、多领域物理系统统一建模与仿真、多系统的虚拟集成和验证,实现设计和需求、需求和仿真验证的双向追溯。开发基于模型和数据驱动的需求、功能、架构、产品一体化设计与制造技术,建设面向全产业链协同的基于系统工程的高效、高质、柔性化的航空装备设计制造协同研发环境,实现纵向和横向的数据传递、共享及分布资源的同步参与,快速完成航空装备的设计、制造和优化过程,实现设计即制造,全面支撑飞机/机载装备跨专业、跨地域、跨组织的设计制造协同研发,为飞机/机载装备全生命周期各个环节提供从模型空间到物理空间全链条贯通的理论技术状态唯一数据源。 2.提升工艺生成和执行质效,加速工艺智能化设计能力 以航空装备三维数字化模型为基础,建设集成数据、知识、模型 和资源要素的航空制造数据中心,融入知识工程、数字孪生、增强现实等先进技术,建设基于知识的工艺智能化设计环境,形成复杂产品的工艺智能规划与辅助决策能力。面向制造过程,在虚拟环境下开展 包括工艺规划、工艺仿真、加工编程、生产系统动态配置、制造资源检索权衡等工艺信息的规范化表达与智能决策,实现工艺快速设计以及加工指令快速、准确生成,支持航空装备的快速响应研制;面向实物制造过程,基于生产现场的工业互联网,建立信息物理融合的工艺执行决策优化环境,构建涵盖制造对象、制造资源和制造环境的工艺执行过程数字孪生系统,实现实物制造过程与理论模型计算的融合和生产过程的自适应调整,支持航空装备生产过程的高效率和高质量制造。 3.创新可制造性设计能力,在虚拟制造中进行数字制造验证 未来航空装备的短周期、低成本研发要求对航空研发模式提出了 新的挑战,需建立支持快速制造验证的虚拟制造体系,即基于设计和制造协同的思想,利用计算机仿真和虚拟现实技术将现有的敏捷制造系统融合成一种具有柔性、快速可重构、分布式生产能力特征的模型库,形成虚拟环境下的制造系统,实现飞机复杂制造系统的制造条件通用化和模块化、制造过程标准化、设计验证和测试过程虚拟化,支持数字样机在计算机上实现实际制造过程的快速迭代与优化,实现产品研发中制造阶段的虚拟化。变革航空装备研制由“设计—实物模型制造—试验—设计反馈”的迭代过程转为“设计—数字样机—虚拟验证—生产”,实现航空装备“研发中制造、制造中验证、交付前训练”的目标,提升装备的可制造性设计能力和水平。 (二)敏捷互联

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