1月24日，工業互聯網平臺宣講團活動繼續開講，由中航工業集團信息技術中心首席顧問、走向智能研究院特約研究員寧振波為大家分享“工業互聯網在航空工業的探索”。
以下為寧振波首席宣講圖文：
大家好，我是中國航空工業集團信息技術中心寧振波。在前兩講里面，中國信息通信研究院總工程師余曉暉和信通院兩化所副所長朱敏，分別給大家介紹了工業互聯網發展背景、我國工業互聯網發展態勢與展望，解讀了工業互聯網平臺白皮書。今天，我給大家匯報一下工業互聯網在航空工業的探索和應用，請大家多多提意見和建議，讓我們共同提升對工業互聯網的認識，加深對工業互聯網平臺的理解，如果能達到這個目的，今天與大家的分享就非常有意義了。感謝大家！
習近平總書記在十九大報告中提出“加快建設制造強國，加快發展先進制造業”。過去多年，我國的工業發展非常快，三十多年的發展速度是歷史上從來沒有過，但同時資源浪費、環境污染也非常厲害，因此習總書記講“我們既要綠水青山，也要金山銀山”。但是大家思考，要綠水青山與要金山銀山，看上去這是矛盾的，我們如何破解這個難題？希望今天我的一點思考能給各位帶來一些啟發。
我們首先來看一看，未來的產品生產模式是怎樣的？過去，福特汽車單件大批量生產就是個典型。據一汽的專家講，二十世紀二十年代，一款福特T型車就只有一個顏色。同樣一種T型車，生產上千萬輛。就在這種情況下，當時每一個美國人都能等待，都以能買到T型車為榮。這就是單件大批量。后來隨著社會的發展、工業水平的提高，我們現在的每輛汽車都有很多種樣式，包括配置、顏色、內部的裝飾，完全不一樣，這就是多件小批量。現在人們的生活水平越來越高，對產品的需求也越來越多，因此出現了個性化定制。個性化定制實現起來非常困難，我們一定要正確理解。
過去也有過個性化定制。比如說英國的勞斯萊斯汽車，他是為英國皇家成員個性化定制的。因為每輛外形不一樣，裝飾不一樣，配置不一樣，所以成本極高。對汽車而言，生產不同的汽車，要用采用不同的模具，僅僅模具就價值上千萬，因此過去的個性化定制成本奇高。
我個人認為，今后的生產方式是單件大批量、多件小批量和個性化定制并存。最難解決的是個性化定制，個性化定制問題解決了，多件小批量和單件大批量都容易了。如何解決個性化定制呢？用軟件來控制數據的自動流動，解決個性化定制的復雜產品的不確定性，這就是智能制造！
來的生產方式是什么？我個人認為十五年后的先進制造業一定是時空人機一體化。就是生產方式隨時、隨地、不隨人。隨時，就什么時間都可以造，隨地就是，不論是在月球上、火星上、宇宙飛船上或太空站，還是水面的艦艇、水下的潛艇上，都能夠隨時制造。當然，不隨人就是不隨個人的技術水平高低影響到產品的質量好壞。
我們老講云、大、移、物、智，實際上我們搞工業和制造業最重要的就是產品研發體系，從設計工藝、制造檢測、試驗運行、服務到維護維修退役，整個過程有大量的數據要采集，這就是工業大數據。采集數據需要傳感器，這就是工業互聯網和物聯網要做的事情。工業互聯網設備聯網是非常困難，全世界的各種設備和裝備，據了解光總線都有一百三十多種，因此各個設備的連接是非常困難的。通過工業互聯網和物聯網，就可以將整個產品研發過程、運行過程的數據采集、輸送到云平臺，這個云平臺就相當于人的大腦。
在大腦里把這些數據通過計算分析仿真和處理，來形成新的智能制造解決方案，反過來支撐整個產品的研制過程，這就是云、大、移、物、智的關系。
實際上，《中國制造2025》講得非常清楚，就是要以兩化融合為主線，以智能制造為突破口，這個基礎就是便宜的傳感器，可以采集到大量有用的數據。數據是數字化的數據，通過工業互聯網連接起來傳遞到后臺用，電腦輔助人的大腦來實現智能化。
在工業4.0里面講到，建立一個CPS平臺，CPS的核心就是工業互聯網，我們講虛實精確映射、賽博控制物理。這個四十億是指現在全球上網的人口數量，根據幾大國際咨詢公司的報告，今后到2020年全球聯網的設備就有四百億臺。四百億臺設備，需要靠工業互聯網。沒有工業互聯網，就沒有智能制造。
《中國制造2025》源于十八大，習主席報告中提到，要搞中國制造強國戰略研究。2013年的1月24日中國工程院周濟院長主持召開了中國制造強國戰略研究的第一次工作會議。演進到了2015年，國務院出臺了《中國制造2025》的文件。為了不斷的完善中國制造2025，在2016年，國務院又出臺了關于《深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》。
我們再來看一看關于網絡的幾個名詞術語。
國際互聯網：大家都知道利用國際互聯網，我們可以通過電腦或者手機上網溝通信息，這是大家天天都在使用的。
工業互聯網：這是美國GE公司最先提出的理念。其核心是互聯網和機器設備的結合，利用對機器運轉產生的大數據分析，提升機器的運轉效率，減少停機時間和計劃外故障，連接設備、物料。
產業互聯網：我個人認為是個偽概念。第一產業是農業，第二產業是工業，第三產業是服務業。從經濟學來看，產業互聯網中“產業”一詞本身就是意義非常寬泛。從技術層面看，也存在邏輯矛盾。
物聯網：物聯網早期叫傳感網，是通過各類射頻識別（RFID）、紅外感應器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。
這張圖片是摘自《工業互聯網平臺白皮書》，描繪了工業互聯網平臺的內涵和功能架構。前面兩期宣講中，信通院余曉暉總工程師和朱敏副所長已經有了完善的描述，我這里不再多講。我們一定要重視工業互聯網平臺的功能架構，包含有四個核心能力：第一是工業數據的采集能力，第二是海量數據處理能力，第三是工業知識的沉淀能力，第四是工業應用的創新能力，因此工業互聯網平臺既是工業應用創新的平臺，也是新型工業應用運行的載體。
《工業互聯網平臺白皮書》提到工業互聯網平臺應用的四大場景：從生產現場到企業工廠內部，再到企業對外的協同。它包含四個場景，第一種場景是面向工業現場的生產過程優化，場景二是面向企業運營的管理決策優化，第三是面向社會化生產的資源優化配置與協同。場景四就是面向產品全生命周期的管理與服務優化。
第二部分講互聯網+先進制造業，就是要大力發展工業互聯網。
大家知道，2017年11月，國務院出臺了《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，從國家層面提出了發展工業互聯網的國家戰略。
前面提到，工業互聯網是智能制造的基礎，工信部和國務院非常重視這項工作。習主席在十九大報告中講，要發展先進制造業推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合。2017年10月30日，國務院常務會議審議通過了《深化“互聯網+”與先進制造業發展工業互聯網的指導意見》。11月3號，國務院新聞辦公室舉行國務院政策例行吹風會，工信部陳部長，信息通信管理韓夏局長，信軟司謝少鋒司長出席并回答了記者提問。
第三部分就是工業互聯網和智能制造的關系
在工業4.0中可以明確看出，新工業革命的本質就是CPS，我們翻譯為信息物理系統。實際上CPS這個概念最早由美國人發明，當時并沒有考慮這個賽博是怎么來的。實際上，賽博是由人創造出來的。因此，我們《三體智能革命》寫作組，在2016年寫了一本書就叫《三體智能革命》，它的核心是三體就是指物理實體、意識人體和數字虛體。
首先，物理實體是由宇宙形成的，物理實體在演進的過程中演變出植物和動物。動物的最高形態是有意識的、有智能的意識人體。人類創造了數學物理和化學方法，發明了電腦，開發出軟件。人就可以把物理實體建模形成數字虛體。
數字虛體有兩個作用。第一個作用就把數字虛體嵌入到物理實體中，物理實體就具有智能了。實際上智能制造有一個重要的概念就是生產型企業轉型為生產服務型企業，生產服務型企業的重要標志，就是產品必須智能化，否則難以實現生產服務。
第二，有了數字虛體，我們在產品設計、分析工藝和制造過程中先建立數字虛體，也就是我們通常所說建立數字模型，有了數字模型，實物生產、工藝制造就變簡單了。因此，可以說有了數字虛體，我們的世界就會光明了。
實際上智能制造的基礎是數字化，不是人工智能。數字化的核心是建模。我們智能的人，用智能的工具，用數學建模方法，把物理實體變成數字虛體的過程就是建模的過程，這就是智能制造的核心技術。
因此，智能制造難點是建模，建好的模型能不能用，好不好用，我們必須用仿真技術來分析驗證。所以，焦點是仿真。這些工作，都需要凝聚了大量工業技術知識的工業軟件，才能夠高質量的完成。當然，沒有工業互聯網這個基礎，就會形成我們所熟知的大量的信息孤島，無法實現高效的協同。
提一件讓我非常感動的事，2017年5月17號，中國工程院周濟院長在中國工程院專門召開了《三體智能革命》座談會，研究如何用三體智能理論支撐中國制造2025，我們寫作組非常感動，感謝周院長。
第四部分，我就講一下工業互聯網在航空領域的探索。
這里我畫了一棵大樹。這棵大樹的樹根是機械結構，我們現在的復雜產品不僅僅是機械能夠解決的，還需要包含電、光、磁、聲、流體、熱等等多個專業知識，其中電的發展是最有意思，人類發明電是作為發電機和電動機使用，是作為動力使用的。
但是在使用的過程中電分成了強電和弱電，并出現了電子學。電子學技術的深入應用和研究出現了數字電路和模擬電路；數字電路的發展誕生了電子計算機；電子計算機的深入應用，誕生了軟件工程，這是人類的一次重大進步。
有了軟件、軟件開發的思想，結合我們各個專業如機械、電子、光學、聲學、磁學、流體、核工業等等，我們就可以開發出大量的工業軟件。反過來這些工業軟件應用在工程中可以幫助人們解決大量問題，這就是智能制造的基礎。
我們說智能制造難點是建模型，焦點在仿真，工業軟件應用非常重要。沒有作為基礎的工業互聯網，大量工業軟件也就沒有充分的用武之地。
中國工程院借鑒了《三體智能革命》的理論模型，周濟院長去年2017年12月7日在南京世界智能制造大會上首次講到HCPS（人-信息-物理系統）。傳統制造系統是人直接和物理空間打交道。第一代和第二代智能制造系統，正是有了計算機和初步的軟件就可以將一部分的人的腦力勞動，通過電腦來實現智能制造。這個過程的基礎就是數字化。
航空工業中數字化技術源于1991年的波音777，它采用了八臺大型IBM主機，用了三千二百臺UNIX工作站，用了兩萬臺PC機，但是沒有聯網。CAD工作站是聯網的。作為三維設計使用，也用了八百個互不相關的軟件，形成了十四個相互不關聯的物料表（BOM）。
我們工業人都知道一個產品只能有一個物料表。因為軟件不關聯，這十四個相互不關聯的物料表就帶來了很多麻煩。
波音777由于采用了全三維的數字化設計技術，第一架波音777客機就優于造了四百架的747。從設計效率上看，波音777的研制周期只用了四年半，比起傳統研制的波音767十二年研制周期，節約了七年半的時間。由于質量好周期短，因此波音777成了波音歷史上最賺錢的飛機。
波音777成功之處很清楚，但是也出了很多問題。由于一天幾萬人在計算機上的工作形成天量的數據，傳統的文件管理系統管不了天量數據，如何處理？波音啟動了DCAC/MRM計劃，這個計劃就是PDM產品數據管理和ERP企業資源計劃的。深入實施這個計劃相當困難，波音最后花了十億美金才解決問題，差不多用了十年時間。
第二個問題就是三維設計、二維發圖的問題。由于過去三維模型上表達不了工藝制造和檢測的數據。因此，三維產品設計好之后必須生成二維圖紙才能指導生產。實際上三維模型轉變為二維圖紙產生大量的工作量，也容易出現大量的錯誤。因此1996年波音聯合了世界上十六家制造業公司，推動美國機械工程師協會 (ASME)成立了工作組，花了七年時間建立了MBD的標準，也就是基于模型的定義，就是在三維模型上表達工藝制造材料和檢測的數據。
換句話說，三維模型上表達了所有工藝制造檢測的數據了。就意味著可以不要二維圖紙工藝卡片和資質的技術文檔。因此，787研制就真正的實現了無紙化設計。2010年之后，中國航空工業所有的新研制的飛機，都是采用這個技術。這個技術比較困難，只要有決心，就能完成。
傳統制造業，我們可以分為三大技術：設計、制造和試驗。現在我們有了賽博空間，有了數字虛體，就可以在賽博空間中完成產品的設計工藝、制造和試驗，全部都可以虛擬完成。在這個過程中不斷發現設計問題、工藝問題、制造問題、試驗問題，發現問題后通過直接調整虛擬的模型。直到沒有問題后，然后映射到生產過程中和試驗過程中去。
過去是手工生產線，現在要建成數字化的，未來要建成智能化的生產線。試驗過程過去是每件必試，以后我們就可以做驗證性的試驗，這樣就會大量的減少試驗，實現跨越，提高能力和水平。
在波音787項目中，波音高級副總裁邁克拜爾提到，“在767項目中，我們曾對五十多種不同的機翼配置進行過風洞測試。而在787項目中，只測試了十多種。”只測試過的十多種風洞試驗的787質量更好的原因，就是因為在數字化的飛機外形的基礎上，完成了大量的CFD計算流體力學計算，減少了風洞吹風的次數。
這張圖是飛豹外形，是我們中國第一架數字樣機。飛豹有了全數字化的外形，可以減少吹風次數約百分之六十，最終使得其改進型飛機兩年半就可以上天。
風洞試驗成本非常高。我們以前講風洞一響，黃金萬兩。造一個4mx4mx7m 的風洞實驗室需要二十多億人民幣，做一次風洞試驗需要成本幾百萬。因此采用數字化的方法來解決實驗問題，既可以提高質量又可以大量的節約經費。
C919飛機于2017年5月5日首飛，最早用了五百副翼型，如果沒有CFD計算方法，是不可能做出來的。從五百副翼型優化到了八副，然后開始做模型，進入全球各地風洞做吹風試驗，然后優化到四副再到一副。民用飛機是要賣到全世界去，就要取得適航證。因此風洞吹風的過程就是讓全世界認可這個飛機的氣動布局的過程，也是提前做飛機的市場銷售工作了。
這個是C919的分工情況，這個全球布局的發動機，機電和航電采取全球供應，飛機的全機結構是全國供應，分全國范圍內開展協同，因此民用飛機是個全球大協同的產物。
過去產品研制都有里程碑計劃，分為四個階段，第一個是方案階段，第二個是工程研制階段，第三個是批產階段，第四個試運行階段。當然智能化可以在各個階段分步實現解決問題。過去每個階段結束都要通過評審認證才可以進入下一個階段。
未來在賽博空間中，我們沿著產品研發的這四個階段會打破嗎？如果不變，在每個階段中的智能要素是什么？如果打破了這四個階段，就變成一個閉環了，智能要求又是什么，我們必須思考這個問題。
我們再看一看新技術、新產品、新材料、新工藝的出現對我們的影響。未來的人機分工，人和機器的分工是什么樣的？機器不僅僅是加工設備，還有電腦設備。這個變化是持續演進的。第二個是虛實分工，未來的制造哪些在虛擬環境中完成，哪些在實體空間中完成，這個分工也是動態演進的。
第三個是材料帶來的分工，黑是復合材料，白是金屬材料。為了環保、為了穩固、為了資源，復合材料可能會越來越的使用。這個分工也是動態的演進。第四個是加減分工，加的是增材制造，比如3d打印，減的是減材制造就是原先的傳統制造。
最后一個是制服分工，這是生產服務模式的分工，生產型企業轉型為生產服務型企業，這個分工也得動態演進的，我們不能只看到生產型企業轉型為生產服務型企業，也有服務型企業向前延伸轉型為生產服務型企業，這個融合會越來越深入。
我們為了資源為了環境我們思考一下未來產品的再生產。我們都知道創新是從設計從研發開始，過去講面向制造的設計DFM,面向裝配的設計，DFA，以后我們提一個概念叫面向循環的設計DFR。
實際上數字化產品研制的綠色生產循環啟動，一定要把產品實現循環再生產，這才是智能制造未來的重要發展方向，大家一起來思考這個問題，解決這個問題。
我們要實現智能制造基礎是建模型，MBSE就是基于模型的系統工程。MC就是基于模型的仿真工程。這些東西是非常復雜的。要融入到整個工業體系中、產品體系中、管理體系中、服務體系中難度非常大，我們需要做很多的工作才可以做到。
最后,習主席說，幸福都是奮斗出來的，讓我們共同努力，為中國的制造業打下良好的基礎，屹立世界民族之林。
來源：先進制造業網