智能制造是在信息化、數字化、自動化裝置及系統(tǒng)應用的基礎上，將人工智能引入到制造理論及生產運行過程中，形成以存儲、計算、邏輯、推理為特征的產品制造模式。智能制造在制造過程的各個環(huán)節(jié)，采用人機交互、高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，對生產運行過程進行分析、判斷、推理、構思和決策，延伸或取代制造活動中人的腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發(fā)展?？梢哉f，傳統(tǒng)的工具、設備延伸了人的體力，智能化制造則擴展了人的智力。
智能制造新模式以智能工廠/車間為載體，以網絡互聯(lián)為支撐，通過智能制造裝備、智能物流和智能管控等手段，達到有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗的目的。
航空產品研制已經進入數字化時代，數字化表達、網絡化聯(lián)通、協(xié)同化研制、數字化執(zhí)行已經成為新產品研制的基本模式。基于模型的設計(MBD)技術已經在新型航空產品研制中開始進入工程應用，數字化模型發(fā)放替代了傳統(tǒng)的設計圖發(fā)放模式，制造過程從模擬量協(xié)調進入了數字量協(xié)調，并以數字化模型為唯一數據源實施零部件加工、裝配等工藝活動。制造裝備是各個工藝環(huán)節(jié)不可或缺的基礎資源，復雜形狀零部件的制造已經由傳統(tǒng)的手工操作變成程序控制執(zhí)行，這種數字化執(zhí)行手段為實現航空產品智能制造奠定了基礎。智能制造從宏觀上將推動傳統(tǒng)的標準化、大批量、剛性、緩慢的生產模式向個性化、高度柔性化、快速響應市場需求的生產模式轉變;在微觀上，將通過數字化、網絡化、自動化和智能化的制造裝備和系統(tǒng)集成，實現產品研制過程的全閉環(huán)控制。
中國航空工業(yè)集團公司于2016年初提出了航空智能制造架構，該架構以企業(yè)集成框架標準為參照，圍繞航空產品研制過程，包含產品生命周期、系統(tǒng)控制和業(yè)務功能三個維度，描述了企業(yè)聯(lián)盟、企業(yè)管理、生產管理和控制執(zhí)行四個層面的主體架構、核心功能、主要業(yè)務和各層面之間的相互關系。
智能制造裝備位于控制執(zhí)行層，是控制執(zhí)行層的物理主體，智能制造裝備在增加必要的輔助設施后，形成智能制造單元。
智能制造裝備架構由物理層、控制層和決策層構成。物理層是指設備的執(zhí)行單元、傳動單元、感知單元、測量單元等物理結構;控制層是指具備自適應控制和一定自主決策能力的控制系統(tǒng);決策層是指基于工件狀態(tài)在線感知測量的加工編程和優(yōu)化修正系統(tǒng)。這三層結構的架構既構成了賽博物理系統(tǒng)(CPS)單元，也體現了“狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行”的智能制造基本特征。
CPS本身就是存在于一個巨大的無線網絡環(huán)境當中。
在CPS單元有兩個智能閉環(huán)控制環(huán)路：由控制層和物理層構成的控制閉環(huán)系統(tǒng)，以及由決策層、控制層和物理層共同構成的加工決策閉環(huán)系統(tǒng)。這兩個環(huán)路一方面體現了具有物理量、幾何量反饋的控制能力，可實現設備運動過程的自主和自適應控制，另一方面體現了對現場信息或狀態(tài)的處理能力，可實現工件加工狀態(tài)的在線測量和加工優(yōu)化。在智能制造特征體現方面，狀態(tài)感知環(huán)節(jié)可以實現對運動狀態(tài)、I/O狀態(tài)、力-熱狀態(tài)和工件狀態(tài)等的動態(tài)監(jiān)測;實時分析環(huán)節(jié)可以實現對感知到的狀態(tài)信息進行分析，實現對位置偏差、I/O異常、異常工況和工件誤差等的分析計算;自主決策環(huán)節(jié)根據分析結果做出處理決策，實現位置補償、工況分析、參數調整、加工指令調整等自主的處理決策;在精準執(zhí)行環(huán)節(jié)基于決策結果實現相關的控制。四個環(huán)節(jié)的循環(huán)過程構成智能設備的典型運行場景。
具有智能處理能力的智能制造裝備針對加工工藝形成一種實時優(yōu)化調控 模式，在生產現場，智能制造裝備成為先進制造工藝實現的基本載體。
智能制造裝備應具有基于統(tǒng)一交換協(xié)議的系統(tǒng)接口，能實現異構系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)和交互操作。系統(tǒng)接口包括了人-機接口、機-機接口和物-機接口。
航空產品(飛機、發(fā)動機、機載設備等)的氣動外形和內部結構復雜，應用的材料種類繁多，零部件數量巨大，零部件之間的裝配協(xié)調關系復雜且精度要求高，這些因素決定了航空產品的研制過程是一個技術難度大、工藝方法多、協(xié)作面廣、管理復雜的系統(tǒng)工程，各項任務之間既相互聯(lián)系又相互制約。因此從產品制造的角度出發(fā)，需要不斷研究先進的制造工藝技術，應用先進制造系統(tǒng)，不斷完善和創(chuàng)新產品研制模式、方法和過程，以滿足不斷變化的市場需求，提高飛機產品性能、研制質量，縮短研制周期，降低制造成本。
傳統(tǒng)的數控和數字化加工過程是根據零部件的設計模型和工藝要求確定加工工藝及程序，基于空間和時間的確定性關系完成產品制造工作，加工狀態(tài)是依靠現場工作人員監(jiān)控、事后檢測確認的，難以實時掌握加工過程中工況的時變規(guī)律，并及時做出決策。智能加工是在零部件制造過程中，增加對加工過程、時變工況的在線監(jiān)測，采用智能技術對獲取的加工過程狀態(tài)信息進行實時分析、評估和決策，實現對加工過程的自主學習和決策控制，擴展加工過程智能處理能力。更進一步，可以通過自主學習形成工藝知識庫，支持工藝設計與程序設計過程，實現工件加工工藝的自主決策設計和優(yōu)化。具有智能處理能力的智能制造裝備針對加工工藝形成一種實時優(yōu)化調控模式，在生產現場，智能制造裝備成為先進制造工藝實現的基本載體。
航空領域智能制造裝備的應用方向和推進步驟
航空領域的智能制造裝備及智能制造單元主要包括智能機床、智能機器人、智能控制裝置及系統(tǒng)、復合加工單元、智能物流系統(tǒng)、傳感識別及信息采集裝置等，能夠對設備、工藝系統(tǒng)及加工狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并通過人機交互實現智能決策與自適應控制。智能制造裝備既包括具備集成傳感功能、信息采集功能、識別功能的部件/數控裝置，又包括自動加工、自適應加工及測量控制一體化等整機裝備，以及加工/裝配/運輸類工業(yè)機器人等。目前已經研制應用的智能制造裝備和單元，主要包括智能化加工中心、機器人智能焊接/打磨系統(tǒng)、飛機大部件對接與裝配系統(tǒng)、部件及總裝自動化噴漆系統(tǒng)等，但是這些智能制造裝備和制造單元的智能化程度還不高，僅達到初級智能水平。
“十三五”期間，制造裝備智能化的發(fā)展重點將以滿足加工過程狀態(tài)監(jiān)控、自動化執(zhí)行為目標，完善和發(fā)展智能化功能部件、智能控制系統(tǒng)，增強或提升典型工藝裝備的智能處理能力，重點推進機加、復合材料構件制造和飛機裝配等領域的智能制造裝備工程化典型應用。而在“十四五”期間，將以完善和推廣狀態(tài)采集監(jiān)控功能部件、智能化管控系統(tǒng)、工業(yè)機器人應用為目標，在航空零部件加工和部件/整機裝配等領域全面推進智能制造裝備的工程應用。
推進智能制造發(fā)展，首先需要圍繞航空產品零部件加工和裝配過程，從制造過程獲取數據、抽象知識，并將其融入到智能裝備的架構中，實現裝備智能化。以此為基礎，在重點工藝和關鍵過程中針對典型應用建立示范驗證單元，對相關技術和應用模式進行充分的驗證和迭代優(yōu)化，促使其成熟化，最后形成推廣應用范式，在行業(yè)內進行“精確復制”。通過這些步驟，形成逐步成熟發(fā)展、不斷演進的循環(huán)，穩(wěn)步推進智能制造的落地。
推進航空智能制造應當以產品表達和過程活動的規(guī)范化、標準化為起點，以數字模型和工業(yè)過程為核心，從現場層入手，沿著底層智能制造裝備、現場控制、運行管理、規(guī)劃策劃、外部協(xié)同的層次逐級向上發(fā)展。
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