十四所:复杂电子装备研制数智化转型

导语:十四所面对全球新技术革命和新军事革命带来的机遇和挑战明数智军工研究所转型目标绘制数智化转型发展蓝图以培育发展新质生产力提升新质战斗力供给能力

中国电子科技集团公司第十四研究所(简称十四所)面对全球新技术变革和新军事革命带来的机遇和挑战,明确“数智军工研究所”转型目标,探索创新以生产柔性化、过程数字化、管理精益化为特征的模型贯穿与数据驱动的复杂电子装备智能研发、智能制造、智能保障、智能管理全业务流程数智化转型模式,致力于以新质生产力提升我国预警探测领域新质战斗力和国际竞争力,有力支撑保障国防和军队现代化建设。


明确目标

绘制数智化转型发展蓝图


近年来,数智技术快速发展和全球新军事革命对复杂电子装备研制带来颠覆性、革命性影响。习近平总书记在出席十四届全国人大二次会议解放军和武警部队代表团全体会议时强调 :“要推动新质生产力同新质战斗力高效融合、双向拉动”。


作为我国雷达工业的发源地、预警探测领域引领者、复杂电子装备研制核心骨干企业,十四所面对全球新技术革命和新军事革命带来的机遇和挑战,明确“数智军工研究所”转型目标,绘制数智化转型发展蓝图,以培育发展新质生产力提升新质战斗力供给能力。


1. 明确“数智军工研究所”建设总体目标


十四所经历了从“十一五 :信息化研究所”到“十二五 :精益型研究所”,再到“十三五 :智慧型研究所”持续发展阶段,“十四五”以数智化转型为主线,明确“数智军工研究所”建设目标。“信息化研究所”阶段应用 PDM(产品数据管理)、ERP(企业资源计划管理)、IDS(精益设计)、LSM(协同仿真)等技术,实现产品设计、制造和管理信息化、数字化 ;“精益型研究所”阶段以精益设计、精益制造、精益保障、精益管理体系建设为抓手,实现科研和生产管控精益化;“智慧型研究所”阶段以“3+N”智慧平台建设为牵引,实现产品研发、制造、保障、管理全寿命周期数据贯通及 N 项管理要素与 3 个研制阶段深度融合。“数智军工研究所”以业务全面数智化转型为牵引,以“3+N”智慧平台为核心应用,将 MBSE(基于模型的系统工程)、人工智能、大数据、数字孪生等数智技术渗透产品研制和管理决策各环节,形成“数据―信息―知识―智能”的闭环转型模式(如上页图 1 所示),实现全业务流程模型贯穿、数据驱动、互联协同、通用可控。


图1 “数智军工研究所”总体架构



2. 搭建数智化转型整体框架


十四所基于 TOGAF(开放组体系结构框图)理论,将复杂电子装备产品研发、制造、保障等核心业务与人、财、物、计划、质量、成本等管理要素交叉形成业务矩阵,通过核心业务数字化平台和运营管理全要素集成,辅以大数据支撑的知识工程和安全可靠的 IT 基础设施,形成矩阵式、全业务域融合的“3+N”数智化转型智慧平台总体框架 :横向实现研发、制造、保障三大核心业务域集成,纵向实现市场、计划、质量等 N 维管理要素贯通。依托“3+N”智慧平台,十四所形成了基于模型的产品智能研发能力、基于数据驱动的产品智能制造能力、基于科学预测的产品全寿命周期智能保障能力和基于大数据的智能管理能力。


3. 自主开发工业软件,保障转型进程高效可控


为保障数智化转型进程高效可控,十四所借鉴西门子、达索航空等世界一流企业的发展路径,将装备研制与工业软件自主开发紧密结合,2010 年成立南京国睿信维软件有限公司(简称国睿信维),探索“从工程中来到工程中去”的发展模式。国睿信维十多年来持续开展面向装备研制数字主线平台的共性技术攻关、软件研发和应用验证,突破一批关键核心技术,弥补产业链中软件开发能力的断点,打造体系完整的一体化自主工业软件品牌——REACH 睿知系列工业软件产品谱系,有效保障数智化转型进程高效可控,增强了国产化工业软件产业链的韧性和竞争能力。


体系推进

实施全业务流程数智化转型


1. 构建模型贯穿的智能研发模式


十四所搭建数字化集成设计平台,借助电讯数字样机开展需求分析,将结构、工艺和制造等专业有机整合,实现基于统一数字模型的业务全流程贯通,为智能制造全流程贯通奠定数据和模型基础。


十四所制定了包含装备产品设计、工艺、制造等信息数据的三维模型定义规范,实现了数据源统一输入和完整定义,解决了数据源不统一的难题 ;基于全三维复杂电子装备结构工艺全流程集成研发方法,研发具有自主知识产权的结构工艺数字化集成设计平台,突破了复杂电子装备模型定义及传递的关键技术,构建形成全三维结构工艺集成研发标准体系,实现复杂电子装备全三维设计、工艺、制造全流程贯通和工程化应用。


构建全三维结构数字样机平台,实现全三维结构协同高效设计。十四所构建了全三维结构数字样机平台,突破跨部门协同设计、机电混装三维模型快速设计、超大模型数据测量标注和简化检查过程等关键技术,自主开发适配复杂电子装备的三维标注、三维布线、干涉检查等系列快速设计工具,实现全三维结构数字样机快速构建和工程化应用,克服了传统结构设计方法大装模型操作不流畅、线缆铺设难度大、检查效率低、工程实用性差等缺点。


构建全三维工艺数字样机平台,实现车间装配作业指导三维可视化。十四所构建了全三维工艺数字样机平台,突破基于制造特征的装配模型动态重构、基于三维模型的机电混装、超大型装备产品装配工艺设计、零件工序模型设计等关键技术,实现基于三维模型的工艺设计和管理,为智能制造车间提供全三维整机装配工艺数字模型(如上页图 2所示),提升生产现场装配效率和质量一致性 ;采用压缩处理技术,集成应用多线程同步下载、三维模型断点续传等技术,解决了工艺设计过程中无法打开超大模型、制造端无法可视化浏览等问题 ;采用柔性建模技术,实现零件工序模型的逆向设计 ;建立工序模型与工序工步的关联关系,提升零件工艺设计和改进效率,降低产品装配过程的返工返修率。


图 2 全三维整机装配工艺数字模型示例


2. 打造数据驱动的全层级智能制造车间


雷达是复杂电子装备的典型代表,机、电、液、磁高度耦合,生产制造过程分为材料、元器件 / 零件、组件、部件、整机五个层级。


十四所针对雷达装备生产制造特点,建设基于数据驱动的总装、电装、微组装等全层级智能车间,打造国内一流的离散型智能制造示范工厂,形成全层级智能装配能力,目前已初步建成以“管理智能化 + 过程数字化 + 设备自动化”为特征的智能制造示范工厂,实现雷达装备柔性、透明、均衡、高效、优质生产。


图3 可满足8种以上产品混线生产的微组装车间


微波组件是雷达系统的核心模块,其性能直接决定装备的技战术指标。十四所微组装车间自主研发一批微波组件贴装、键合及自动化调测单元,实现高精度、多角度自动化装调,可满足 8 种以上产品的混线生产(如图 3 所示);采用图像视觉识别和自主深度学习技术,实现质量在线检测和自主诊断,大幅提升组件制造质量检测效率 ;通过MOM(智造运营管理系统)对生产任务计划和生产现场资源进行优化配置,实现对生产计划、物料、工艺、质量的全方位、精益化管理 ;通过WMS(仓储物流管理系统)拉动立体仓库和 AGV(搬运机器人)进行物料自动配送,实现线边库存最小化 ;通过 SCADA(数据采集与监控系统)实时感知产品装配过程信息,自动采集键合压力、焊接温度等关键工艺参数并进行分析优化、反馈执行 ;通过 VDS(三维可视化监控系统)对车间总体态势进行透明化监控,实时显示订单、物料、质量等状况,实现产品全寿命周期质量追溯管理。


电装部件车间作为将零散组件、零件集成为部件的主制车间,生产离散程度、复杂程度更加突出。十四所根据不同零部件产品形态的离散程度,合理设计布局电装部件车间智能产线,通过人机协同交互和自适应工作方式,根据产品装配的复杂程度、批量多少等因素合理优化人机协同配比,推行适应多业态的智能自动生产线(批量生产)、人机协作生产线(研制)、智能装配单元(研制、维保)三种生产方式,实现生产运营敏捷化。同时,通过数据赋能驱动方式,对“人机料法环测”各类生产要素自动化采集、产品特性数字化赋值、知识模型精准化推送,实现生产管控全流程数智化 ;通过智慧管理运营方式,搭建一体化运营管理系统、三级数字化看板系统、智能仓储物流管理系统,实现生产运营智能化。


总装车间负责雷达整机装配和系统联试,具有多品种、小批量、变节拍的柔性生产特点。十四所总装车间按照产品聚类分析、工艺流程优化等思路,形成多工位、节拍化、可快速换型的柔性脉动生产线;通过构建“人机料法环测”全生产要素的“几何、物理、行为、规则”多维数字孪生模型,实现对全车间复杂形态和动态过程的精准映射。


图4 数据驱动的总装车间生产管控模式


通过对测试数据的高效采集与传输,驱动制造过程虚拟空间与物理空间相互作用,以虚优实,实现透明、优质、高效的精益生产管控(如图4 所示);开发面向多品种、变批量、混线生产的计划排程与调度系统,实现车间智能排产 ;应用数据采集与监控系统开展在线检测,关键设备数据采集率达 100% ;通过对关键工艺参数的智能统计分析,实现质量问题预警及追溯管理 ;针对电性能测试参数多、装配质量与电性能耦合的特点,研发高精度智能测试系统,实现电性能测试程序自识别、参数自匹配。


3. 构建装备状态可预测的数智化保障能力


十四所基于数字孪生技术,构建覆盖装备全寿命周期可预测的数智化保障能力。建设包括设备层、数据层、仿真层和应用层的数字孪生装备健康管理系统 :设备层可实时采集应变、位移、温度、流量、压力等多种信息 ;数据层、仿真层通过实测数据驱动多专业孪生模型动态跟随仿真 ;应用层通过虚实映射实现装备全寿命周期健康管理与性能预测 ;应用传感数据实时驱动数字孪生模型与物理实体同步运行,通过架撤过程、结构受力、伺服传动、冷却等系统监测功能,对装备状态进行虚实映射,实现“虚实交互、以虚控实”。


4. 构建大数据驱动的 BI 系统


十四所以数据驱动管理提升为牵引,构建全业态、全级次、全过程的 BI(经营管控与决策支持)系统。重点围绕运营链、技术链、供应链,建立覆盖经营管理各个环节的多维度模型并实现全过程贯通与透明化管理。以技术链为例,BI 系统构建了纵向覆盖成品、整件、部件、零件,横向贯穿设计归档、投产、生产计划下达、物资采购与齐套、生产工序执行的全级次 BOM(物料清单)、全研制过程的一体化监测模型,对经营管理各类风险项实时预警,项目执行效率提升十多倍。此外,十四所通过 BI 系统解决了多项业务决策长期以来缺乏数据支撑的难题。如在市场营销管理方面,可以快速定位新签合同和回款拖期的项目 ;在生产管理方面,解决了生产订单全级次齐套核算难题,实现预先精准核算 ;在质量管理方面,实现多业务系统质量问题“一张网”管理,质量问题处理时效提升 66%。


数智化转型成效显著

成为行业示范标杆


经过“信息化研究所”“精益型研究所”“智慧型研究所”“数智军工研究所”四个阶段转型实践,十四所核心业务已经全面完成数智化转型,成为行业示范标杆。


1. 核心业务全面数智化转型


目前,十四所核心业务已经全面完成数智化转型,形成并不断完善模型贯穿、数据驱动、互联协同、通用可控的智能研发、智能制造、智能保障、智能管理模式,装备研制全三维结构数字模型对设计、仿真、制造、检验 / 检测、试验等全过程 100% 覆盖,产品研制迭代周期由 4 ~ 5 年缩短到 2 ~ 3 年,加快了我国预警探测领域新质生产力向新质战斗力转化速度。


2. 支撑保障国防和军队现代化建设


多年来,十四所为国家提供了80% 以上的预警探测领域骨干装备,承担了载人航天、嫦娥探月等多项国家重点工程任务,助力军工电子行业高质量完成多个国防重大项目,有力支撑保障国防和军队现代化建设。


3. 形成面向制造业的数智化服务能力


十四所成立专注于服务企业数智化转型的软件公司,将转型经验成果提炼成可复制推广的解决方案,形成覆盖装备研发、生产、保障、管理全寿命周期的四十多种工业软件及面向核心构件装配的三十多型智能装备,服务航空、航天、船舶、兵器、电子信息、汽车、轨道交通等 15 个行业的 1000 多家企业。例如,为中国商飞国产大飞机 C919、中航商发首款国产大型客机发动机的研制构建跨地域、跨企业高效协同平台,基于自研工业软件支持海康威视构建全球统一的数字化工艺平台,支持中国船舶六个骨干船厂实现全三维数字化设计、工艺规划和生产制造。


4. 成为数智化转型示范标杆


十四所数智化转型及智慧企业建设先进经验得到国家和行业主管部门的充分肯定,入选新一代信息技术与制造业融合发展试点示范“数字领航”企业、“智能制造试点示范工厂揭榜单位”、“国有企业数字化转型典型案例”、“全国智慧企业建设最佳实践标杆案例”、“全国智慧企业建设创新标杆案例”,荣获两项国家级管理创新一等奖。



原文刊载于《企业管理》2025年第2期 作者:雷志勇 胡长明 冯展鹰 孙静


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