航天科工集团装备智能制造标准体系框架研究

丁熙 阮超 孙燕 徐晓宁 魏志强

（北京电子工程总体研究所，北京，100854）

制造业是航天科工集团装备产业的重中之重，作为航天产品发展的支柱性、基础性产业，装备制造业是提升科工集团产品质量的技术保障，而标准是产业发展和质量技术基础的核心要素，是科工集团装备制造业行业管理的重要手段，我们应尽早与国际对接，建成满足航天国际合作需要的中国航天科工集团装备智能制造标准体系框架。

1 国内外智能制造标准体系简况

1.1 德国智能制造标准体系

工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。德国工业4.0将推广“工厂的标准化”，借助智能工厂的标准化将制造业生产模式推广到国际市场，以标准化提高技术创新和模式创新的市场化效率。

1.2 美国智能制造标准体系

2016年2月，美国国家标准与技术研究院（NIST）工程实验室系统集成部门，发表了一篇名为《智能制造系统现行标准体系》的报告，这份报告总结了未来美国智能制造系统将依赖的标准体系，这些标准横跨产品、生产和商业这三个制造生命周期的主要维度。

1.3 中国国家智能制造标准体系

为解决标准缺失、滞后以及交叉重复等问题，指导当前和未来一段时间内智能制造标准化工作，根据国家智能制造战略部署，工业和信息化部、国家标准化管理委员会共同组织制定了《国家智能制造标准体系建设指南》。智能制造系统架构通过生命周期、系统层级和智能功能的三个维度构建，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究。

德国把标准作为工业4.0战略实施的优先领域，而中国也提出“智能制造，标准先行”。如何联合组成跨行业、跨领域的工作组，加快标准化路线图的实施；如何加快智能制造相关参考模型、术语及急需标准的制定工作；如何在推进智能工厂建设时做到标准先行；如何尽快与国家标准委员会以及多个技术委员会形成战略合作，推动国家标准转化为国际标准的路径，以及尽快赢得话语权等；这些都是目前科工集团装备制造标准体系建设急需考虑的。

2 科工集团装备智能制造标准体系框架

2.1 研究基础

自2013年以来，科工集团持续开展数字化工业标准体系相关研究和实践工作，推动实施数字化研制模式，同时开展智能制造样板间、ERP等建设工作，为形成智能制造能力创造条件。此外，与数字化工业体系建设相关的科研、质量模式的持续改进也为三大平台（专有云、航天云网、智慧企业运行）的应用能力提升提供了管理制度上的保障。

作为智能制造标准体系框架的研究基础，数字化工业标准体系深度融合信息化与工业化，实现武器装备协同论证、协同设计、协同制造、协同试验、协同服务保障。围绕航天武器装备研制需求，提升面向虚拟样机的智能研发能力、基于模型的智能制造能力、智能化协同管控能力、面向资源和能力的军工集团智慧云服务能力、智慧军工条件下的信息安全能力等5项核心能力，为科工集团装备智能制造标准体系框架建设奠定坚实的基础。数字化工业标准体系顶层框架如图1中所示。

图1 数字化工业标准体系和智能制造标准体系

2.2 继承关系

科工集团装备智能制造标准体系框架用以统筹标准资源、优化标准结构，以满足智能制造发展需求为目标，界定智能制造标准化的内涵和外延，识别智能制造现有和缺失的标准，认清与现有数字化工业标准体系间的交叉迭代关系，在数字化工业标准体系的基础上完成一次进阶，从数字化制造上升到智能化制造的新高度。

目前的数字化工业标准体系主要围绕产品生命周期集成过程的数字化开展标准化工作，而智能制造带来了新的挑战。我们提出了以建设智慧企业为目标的科工集团装备智能制造标准体系框架。在深入分析数字化工业标准体系原有8大类标准化需求的基础上，提出了由“基础共性”、“关键技术”、“智能设计”等7部分构成的科工集团装备智能制造标准体系框架，两者之间的继承关系如图1所示。

2.3 科工集团装备智能制造系统架构

科工集团装备智能制造需要实现跨企业的价值网络横向集成，贯穿企业设备层、控制层、管理层的纵向集成，以及从航天产品设计开发、生产计划到售后服务的生命周期集成，是一个互联、互通、互操作、多系统集成的复杂系统。

按照国家智能制造标准体系建设指南的指导思路，通过研究科工集团装备智能制造基础和发展前景，提取其共性抽象特征，构建由过程维度、层级维度和智能维度组成的三维智能制造系统架构，从而界定科工集团装备智能制造标准化的内涵和外延，识别现有和缺失的标准，认知现有标准间的交叉重叠关系，开展科工集团装备智能制造标准体系结构和框架的建模研究。

航天智能制造装备产业相关标准的建立对于提高装备质量，提高零部件及组件、软件系统的互换性具有重要意义。在深入分析标准化需求的基础上，综合航天智能制造系统架构各维度逻辑关系，智能制造系统架构的过程维度以科工集团装备产品生命周期为主线，形成4类关键标准：设计、生产、试验和综保。层级维度按照航天系统组织架构，自下而上共分4级：车间处室级、厂所级、院级和集团级。智能维度自下而上分为4层：智能基础、单元级智能、多单元协同智能、集群级智能，对智能功能结构分解细化，如图2所示。

图2 科工集团装备智能制造系统架构

2.4 科工集团装备智能制造标准体系结构

科工集团装备智能制造标准体系结构包括7个部分：基础共性、关键技术、智能设计、智能生产、智能试验、智能综保和智能管控，主要反映标准体系框架各部分的组成关系，如图3所示。

图3 科工集团装备智能制造标准体系结构图

●基础共性标准和关键技术标准位于结构图的左、右两侧，对应系统架构的智能维度；共性技术标准作为其研制的基础，是整个体系的支柱。

●智能设计标准、智能生产标准、智能试验标准和智能综保标准位于结构图中央，是标准体系的核心内容，对应系统架构的过程维度，囊括了科工集团装备智能制造全生命周期中遵守的设计、生产、试验和综保要求，是科工集团装备智能制造建设的依据和准则。

●智能管控标准位于结构图最顶层，保证装备在设计、生产、试验和综保的全过程中受到及时有效地管理与控制，并能依据现场变化动态调整。

2.5 科工集团装备智能制造标准体系框架

从智能装备/单元、智能生产线、智能工厂到智慧云制造等不同层面，研究科工集团装备智能制造标准体系、业务模式、服务模式、运营模式、商业模式等顶层设计内容，向基于航天武器装备智能制造的基础共性标准、关键技术标准、智能设计标准、智能生产标准、智能试验标准、智能综保标准、智能管控标准领域延伸。如图4所示。

图4 科工集团装备智能制造标准体系框架

●基础共性标准主要用于规范统一科工集团装备智能制造相关概念，是顶层标准，为其他各部分标准提供支撑，主要包括通用标准、安全标准、集成标准、可靠性标准等。

●关键技术标准基于智能化专业能力，结合云平台的建设，构建武器系统和分系统多级虚拟样机，并行协同开展作战需求分析、系统概念设计、多学科设计分析与综合优化、作战效能评估，主要包括云制造、智能虚拟样机、系统和产品生命周期管理、工业互联网等。

●智能设计标准基于智能制造的思想和要求构建智能化产品数据源和设计与分析规则，确保研制活动并行过程中的数据一致性，以支撑航天武器装备的研制、生产、保障的协同与综合设计，来提高产品质量和缩短研制周期。主要包括智能设计与仿真、工艺设计与仿真、设计资源库和智能设计优化等。

●智能生产标准实现基于产品制造基线的技术状态管理、智能化生产技术准备与过程控制、生产管理与控制、生产质量管理与控制等核心业务的综合管理，实现对物料清单、工艺、计划、资源设备、物料、质量数据的集成管理和共享。研究基于MBD数据源的工艺、计划、质量、生产、物流等5大核心业务的企业级智能化协同制造运行模式，制定基于MBD的工艺协同设计系统、基于MBD的工艺仿真系统、车间制造执行系统、数字化生产线、生产物流数字化系统、数字化检测与质量、制造设备物联环境等7个方向的标准。主要分为智能设备、智能车间和智能工厂。

●智能试验标准支撑模装试验、环境试验、仿真实验、性能试验、可靠性工程试验、试验管理和检测评价等智能试验体系建立，将实物样机的试验验证和虚拟样机的仿真验证有机结合，实现对试验的智能化分析应用。主要围绕复杂战场环境下智能化靶场、试验智能化管理和公用智能化试验验证系统所涉及的试验对象、环境、过程、结果和管理等几个方面进行。

●智能综保标准以航天武器装备全生命周期保障需求为牵引，以智能化手段提升航天武器装备的综合保障能力。主要包括综合保障设计及评价、个性化定制、远程运维和配套服务等所涉及的智能化综合保障标准。

●智能管控决策标准围绕企业战略、企业经营和型号业务等3个层次集中开展管控和决策支持，实现管理业务之间及其与工程的集成与协同，将各种管理活动信息化，从而规范各项管理业务、提高管理效率。主要围绕工业大数据、业务流程体系、信息化应用建设和信息化应用运行等几个方面开展规划和建设。

2.6 成果及应用

在科工集团“五个新一代”（指新一代武器装备技术、新一代航天发射与应用技术、新一代自主可控信息技术、新一代装备制造技术、新一代材料与工艺技术）和“四项基础技术”（指微系统基础技术、自主可控信息安全基础技术、智能制造基础技术、智慧产业基础技术）发展中均已明确智能制造技术及应用相关内容。实施智能制造将有力推动“制造与服务相结合、线上与线下相结合、创新与创业相结合”新业态体系的构建与完善。科工集团在数字化、网络化、智能化方面开展了大量关键技术攻关工作，建立了一批国家级、省市级技术和工程中心、重点实验室。依托复杂产品智能制造系统技术国家重点实验室、航天产品智慧云制造试点示范项目、精密电子元器件智能制造新模式应用项目、云制造技术研发中心、“三哑”（哑设备、哑岗位、哑企业）改造等相关技术研究与实践，目前已发布《云制造术语》、《云制造服务平台体系架构要求》、《云制造服务平台信息安全防护体系管理要求》等标准，拥有相关专利463个，荣获多项国家、部级科技进步奖。

科工集团结合行业特点，强化标准在推进科工集团装备智能制造发展中的牵引作用，聚焦最佳技术研究与实践，优先形成标准。按照“边应用边建设”的原则开展重点应用领域的标准编制工作，下一阶段拟制定如下专业标准。

a）云仿真服务分类、云仿真服务描述与封装、云仿真服务组合与协同及云仿真服务共享、应用模式。

b）面向离散制造业的数字化车间服务模型，包括数字化车间的术语和定义、数字化车间模型结构和建模方法、设备层数字化要求、工艺设计数字化要求、车间信息交互、制造运行管理数字化要求等。

c） 面向离散制造业的车间CPS（信息物理系统）体系架构，包括车间CPS系统模型、虚拟车间建模仿真要求、虚拟车间模型校验要求、车间CPS系统管理过程要求等。

d）云制造资源、能力服务管理要求，包括云制造资源/能力服务构建、运行、评估等方面的管理要求，适用于全系统、全生命周期各层次、各阶段的云制造资源、能力服务管理的方案论证、设计开发、建设实施、系统运营等。

e）面向离散制造业的工业大数据服务模型，包括工业大数据服务体系、工业大数据治理要求、工业大数据分类体系、工业大数据应用体系等。

初步建立面向航天领域的装备智能制造标准体系框架及其相关标准，突破共性关键技术与工程化、产业化瓶颈，推动产业升级关键技术标准研制，助推智能制造、绿色制造，提高创新发展能力和竞争力，为尽快实现装备智能制造工厂这一典型科工集团装备智能制造场景的标准化、规范化建设及应用打开局面。

3 前景展望

装备智能制造标准体系框架建设强化标准在推进科工集团装备智能制造发展中的牵引作用，聚焦最佳技术实践，优先形成标准，统筹标准资源，优化标准结构。突出科工集团装备智能制造标准体系框架与航天产品数字化工业标准体系的融合贯通，视其成熟度等级分步推进。充分结合我国装备制造业和智能制造技术的总体发展布局，适时制修订符合我国国情的智能制造标准，为科工集团装备产业发展提供支撑。建立科工集团装备智能制造标准准入原则，形成动态更新完善机制，随着智能制造发展的不同阶段，紧密结合智能制造技术研究成果，充分考虑标准的适用性，推动装备智能制造标准建设，逐步形成兼容性好、开放性强的科工集团智能制造标准体系。

科工集团装备智能制造标准体系框架通过对标《国家智能制造标准体系建设指南》，分解细化形成，有利于加强标准的统筹规划与宏观指导，牵引科工集团装备智能制造标准体系建设及相关标准立项工作，构建相互衔接、协调配套的标准体系，可用以指导未来一段时期内航天领域智能制造国家标准和行业标准立项及制修订工作，并成为科学管理的根本依据。