航空制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望

　　制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)發(fā)展概述
　　制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)制造資源和制造過程狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、檢測(cè)和反饋控制的重要功能，是智能制造動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行智能制造新模式的關(guān)鍵技術(shù)，是提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，完善生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)和必要手段。制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)在流程性生產(chǎn)企業(yè)和汽車流水線生產(chǎn)線中以SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）形式得到深入應(yīng)用，但在航空制造業(yè)，目前制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制的應(yīng)用主要在單元級(jí)，如數(shù)控機(jī)床、試驗(yàn)設(shè)備和庫房等，數(shù)控設(shè)備DNC（分布式數(shù)字控制）/MDC（制造數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控）管理功能往往作為MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的子模塊出現(xiàn)，目的是為其提供數(shù)控程序管理與數(shù)控機(jī)床狀態(tài)采集管理。近幾年，隨著美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國工業(yè)4.0以及中國制造2025等戰(zhàn)略的逐步落地，制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用模式有了翻天覆地的變化。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從單純的數(shù)控機(jī)床等設(shè)備的管理向人、物、信息系統(tǒng)等萬物互聯(lián)管理轉(zhuǎn)變，隨著傳感網(wǎng)的發(fā)展從基于PLC（可編程邏輯控制器）為主的連接向多類型傳感器連接轉(zhuǎn)變，隨著工業(yè)控制網(wǎng)建設(shè)從基于DCS（集散型控制系統(tǒng)）模式向FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）及工業(yè)以太網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)變，在技術(shù)發(fā)展上實(shí)現(xiàn)從多類型異類傳輸協(xié)議向統(tǒng)一的協(xié)議轉(zhuǎn)變。制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)在智能制造發(fā)展中體現(xiàn)了其日益重要的地位。
　　關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用情況
　　當(dāng)前的制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)繼承了互聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感器、數(shù)據(jù)分析等多種技術(shù)，并充分融合了下一代互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展成果，與傳統(tǒng)DNC/MDC/SCADA技術(shù)已經(jīng)有較大不同。其區(qū)別如表所示。
　　智能制造新模式已經(jīng)為制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)賦予新的應(yīng)用范式，航空工業(yè)智能制造參考架構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括其在橫向聯(lián)接及縱向集成應(yīng)用等全方位的升級(jí)�？傮w而言，新一代制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制融合了物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，在制造資源的深度互連、制造狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析、制造過程的優(yōu)化控制方面遠(yuǎn)非傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式可比擬，并已從傳統(tǒng)的車間級(jí)應(yīng)用向企業(yè)價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)集成的方向發(fā)展。
　　智能制造創(chuàng)新中心設(shè)備互聯(lián)技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)
　　基于智能制造的前期技術(shù)研究，航空工業(yè)對(duì)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)一直十分重視。航空工業(yè)智能制造創(chuàng)新中心圍繞航空工業(yè)復(fù)合材料制造領(lǐng)域，針對(duì)特種工藝設(shè)備在健康狀態(tài)分析、故障預(yù)測(cè)預(yù)警、維修決策支持等方面的需求，基于賽博物理系統(tǒng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)及云平臺(tái)技術(shù)，建立了設(shè)備互聯(lián)與數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用開發(fā)與運(yùn)行平臺(tái)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立健康分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備異常情況進(jìn)行預(yù)判處理，構(gòu)建了異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)集成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能制造管控技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)。
　　該技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)依據(jù)設(shè)備接口、協(xié)議及工藝特點(diǎn)，以異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)備快速建模并采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、架構(gòu)處理，分析過程數(shù)據(jù)對(duì)問題進(jìn)行預(yù)判，并以監(jiān)控的方式對(duì)設(shè)備、工廠進(jìn)行監(jiān)控。其總體技術(shù)架構(gòu)如圖所示。
　　總體技術(shù)架構(gòu)分為三層：應(yīng)用層、平臺(tái)層、資源層。
　　“應(yīng)用層”面向業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、洞察、優(yōu)化�！盎ヂ�(lián)”能夠全面感知生產(chǎn)過程要素，如各車間整體運(yùn)行情況，企業(yè)設(shè)備運(yùn)營總體監(jiān)測(cè)，車間設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)預(yù)警�！岸床臁碧峁┢髽I(yè)生產(chǎn)運(yùn)營監(jiān)控應(yīng)用，工藝加工可視化分析，設(shè)備健康分析，智能工卡等�！皟�(yōu)化”提供生產(chǎn)排產(chǎn)優(yōu)化，設(shè)備故障自動(dòng)診斷，工藝及車間綜合優(yōu)化，基于AR的生產(chǎn)及維修。
　　“平臺(tái)層”由各系統(tǒng)平臺(tái)及程序工具構(gòu)成，建立“異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)框架”，面向航空裝備制造設(shè)備的特殊性與復(fù)雜性，整合分布各制造現(xiàn)場(chǎng)不同類型規(guī)格、不同地域分布的設(shè)備，按照規(guī)范的模式進(jìn)行組網(wǎng)互聯(lián)。“分布式數(shù)據(jù)采集”能夠根據(jù)航空裝備制造設(shè)備多樣性及航空零部件高復(fù)雜性特點(diǎn)，建立數(shù)據(jù)分類收集與分布存儲(chǔ)規(guī)范�！皵�(shù)據(jù)處理分析”在大量的過程數(shù)據(jù)與零件加工數(shù)據(jù)中，篩選出可用的數(shù)據(jù)，挖掘出更有價(jià)值的內(nèi)容、問題及趨勢(shì)�！爸悄鼙O(jiān)控服務(wù)”整合各類資源數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果，以整體運(yùn)營管控的形勢(shì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)。
　　“資源層”作為平臺(tái)數(shù)據(jù)源由硬件、軟件及人員構(gòu)成，軟件包括企業(yè)現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)如PLM、ERP/MES和CAPP，硬件包含工廠、設(shè)備、產(chǎn)品及物料等，人員包括執(zhí)行層、管理層和決策層等多種角色。
　　該平臺(tái)符合行業(yè)規(guī)范的設(shè)備互聯(lián)參考架構(gòu)，結(jié)合傳感器、大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多層次和多專業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能夠基于工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)分析、故障預(yù)測(cè)預(yù)警、維修決策支持、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營可視化及維修支持等能力，提高整體智能設(shè)備系統(tǒng)的最大化運(yùn)營效率。
　　應(yīng)用與推進(jìn)建議
　　航空工業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)作為智能制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，國外航空工業(yè)企業(yè)十分重視。GE等美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心企業(yè)正在迅猛地從設(shè)備、車間網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值鏈多層次推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的全面應(yīng)用，必將帶來生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。我國航空工業(yè)需要按照智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，依據(jù)智能制造的主攻方向，提高人才儲(chǔ)備和技術(shù)儲(chǔ)備，大力提升解決方案能力，進(jìn)行拓展應(yīng)用，最終促進(jìn)實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)自主可控、保證安全的協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求。

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