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　一、制造業(yè)信息化的內(nèi)涵

　　李伯虎院士指出，制造業(yè)信息化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。我國制造業(yè)信息化的指導(dǎo)思想是與時(shí)俱進(jìn)的。從十六大提出的“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”到十七大提出的“工業(yè)化和信息化兩化融合”。目前，制造業(yè)信息化已成為我國實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化道路的重要組成部分。

　　制造業(yè)信息化的技術(shù)手段是以信息（采集、傳遞、加工、處理、應(yīng)用）技術(shù)為核心，將信息技術(shù)、建模與仿真技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)及產(chǎn)品有關(guān)的專業(yè)技術(shù)綜合運(yùn)用于產(chǎn)品研制的全系統(tǒng)、全生命周期過程中。

　　制造業(yè)信息化的工作內(nèi)容與對(duì)策途徑是通過實(shí)施企業(yè)（或集團(tuán)）產(chǎn)品全生命周期活動(dòng)中的設(shè)計(jì)/生產(chǎn)/管理/試驗(yàn)領(lǐng)域及其集成的全企業(yè)（或集團(tuán)）信息化，使企業(yè)（或集團(tuán)）產(chǎn)品研制全系統(tǒng)、全生命周期活動(dòng)中的人/組織、經(jīng)營管理、技術(shù)（三要素）及信息流、物流、價(jià)值流、知識(shí)流（四流）集成優(yōu)化，進(jìn)而改善企業(yè)（或集團(tuán)）產(chǎn)品（P） 及其開發(fā)時(shí)間（T）、質(zhì)量（Q）、成本（C）、服務(wù)（S）、環(huán)境清潔（E）和知識(shí)含量（K）。

　　制造業(yè)信息化的目標(biāo)是提高企業(yè)（或集團(tuán)）的敏捷性、柔性及健壯性，以達(dá)到增強(qiáng)企業(yè)（或集團(tuán)）的市場競爭能力，為企業(yè)（或集團(tuán)）實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

　　二、制造業(yè)信息化技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　李院士介紹，制造業(yè)信息化技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括為：“集成化、數(shù)字化、智能化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化和服務(wù)化”。

　　·集成化：內(nèi)容從信息集成、功能集成發(fā)展到知識(shí)集成；活動(dòng)從單階段（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、試驗(yàn)）發(fā)展到的各階段間過程集成（以并行工程為代表）；空間范圍從企業(yè)內(nèi)部向企業(yè)間集成發(fā)展（以敏捷制造、并行企業(yè)等為代表）。

　　·數(shù)字化：基于全生命周期中產(chǎn)品及其制造活動(dòng)數(shù)字化建模和仿真技術(shù)的虛擬（大）制造工程正將制造業(yè)帶入全新的數(shù)字化時(shí)代。

　　·智能化：智能化是制造系統(tǒng)采用智能技術(shù)在柔性化和集成化基礎(chǔ)上進(jìn)一步的發(fā)展與延伸，已從制造設(shè)備和單元加工過程智能化、工作站控制智能化發(fā)展到集成化智能制造全系統(tǒng)和知識(shí)化的制造活動(dòng)。

　　·敏捷化：制造敏捷化是指制造企業(yè)通過組織動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、重組其企業(yè)過程以及在更廣泛范圍內(nèi)集成與優(yōu)化制造資源，以對(duì)不斷變化的市場需求做出快速響應(yīng)。

　　·網(wǎng)絡(luò)化：隨著“網(wǎng)絡(luò)全球化”、“市場全球化”、“競爭全球化”、“經(jīng)營全球化”的出現(xiàn)，許多企業(yè)正積極采用“全球制造”和“網(wǎng)絡(luò)制造”的策略。制造網(wǎng)絡(luò)化體現(xiàn)在信息高速公路和物聯(lián)網(wǎng)集成基礎(chǔ)設(shè)施支持下的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造。

　　·綠色化：綠色制造、環(huán)境意識(shí)的設(shè)計(jì)與制造、生態(tài)工廠、清潔化生產(chǎn)等概念是全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。綠色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。

　　·服務(wù)化：隨著制造業(yè)的成熟和消費(fèi)者需求的升級(jí)，全球經(jīng)濟(jì)逐漸由產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)向服務(wù)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，把握全球制造業(yè)從以產(chǎn)品制造為主向與制造服務(wù)化互相融合的趨勢是獲得競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略選擇。

　　李院士指出，我國制造業(yè)信息化要完全突破和實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，還有很長的路要走。只有在總體發(fā)展戰(zhàn)略和系統(tǒng)發(fā)展模式指導(dǎo)下，通過需求牽引、競爭驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)發(fā)展、信息帶動(dòng)、升級(jí)跨越，才能最終實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的信息化、工業(yè)化，從而提升我國制造企業(yè)的國際競爭力。
三、復(fù)雜產(chǎn)品集成制造技術(shù)概覽

　　李院士認(rèn)為，復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)和國家安全的重要基礎(chǔ)，它的競爭將直接關(guān)系到國力的興衰。“復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)技術(shù)”正是為適應(yīng)這種競爭背景，在相關(guān)新技術(shù)推動(dòng)下提出并發(fā)展中的一門新興技術(shù)，我們要給予足夠的重視。

　　“復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)”是復(fù)雜產(chǎn)品制造信息化的重要技術(shù)，其中，“復(fù)雜產(chǎn)品”定義為“客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造流程復(fù)雜、試驗(yàn)維護(hù)復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜、工作環(huán)境復(fù)雜的一類產(chǎn)品”，如航天器、飛機(jī)、汽車、船舶、復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品等。

　　李院士強(qiáng)調(diào)：這里所謂的“制造”是“大制造”，它包括產(chǎn)品從規(guī)劃到報(bào)廢全生命周期的全部活動(dòng)（時(shí)間軸拓展）。這些活動(dòng)不僅局限在企業(yè)內(nèi)部，往往涉及多個(gè)企業(yè)之間，甚至可擴(kuò)展到全球化企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟（空間軸拓展）。

　　從幾十年的實(shí)踐來看，“集成制造系統(tǒng)”（包括“現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)”與“復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)”）是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)信息化的一種有效手段，其中，“復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)技術(shù)體系”是對(duì)863計(jì)劃提出的“現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)體系”的進(jìn)一步拓展。

　　李院士介紹了復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系：

　　·體系結(jié)構(gòu)：

　　復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，從經(jīng)營理念、運(yùn)行模式和全生命周期的制造要素與活動(dòng)等多個(gè)方面綜合分析、研究。復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)由復(fù)雜產(chǎn)品項(xiàng)目主管企業(yè)、協(xié)作企業(yè)、供應(yīng)商和客戶的各“企業(yè)集成制造系統(tǒng)（EIMS）”的集群組成。其中，一個(gè)完善的單個(gè)企業(yè)集成制造系統(tǒng)由四個(gè)應(yīng)用分系統(tǒng)（多學(xué)科虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)分系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化分系統(tǒng)、試驗(yàn)分系統(tǒng)、經(jīng)營決策與管理分系統(tǒng)）和一個(gè)支撐分系統(tǒng)（集成支撐平臺(tái)）組成。具體的企業(yè)將按需組成各自的企業(yè)集成制造系統(tǒng)。

　　·技術(shù)體系：

　　·總體技術(shù)：包括系統(tǒng)總體運(yùn)營模式（如并行工程/企業(yè)、精益生產(chǎn)、基于仿真的采辦、敏捷制造和我國的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)等）；系統(tǒng)集成方法論；系統(tǒng)集成技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)；企業(yè)建模和仿真技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施等技術(shù)。

　　·產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)：包括CAX/DFX技術(shù)，如CAD、CAE、DFA（面向裝配的設(shè)計(jì)）、DFM（面向制造的設(shè)計(jì)）等技術(shù)、SBD（基于仿真的設(shè)計(jì)）、多學(xué)科虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、逆向工程、綠色設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)及面向大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的設(shè)計(jì)等技術(shù)。

　　·經(jīng)營管理與決策系統(tǒng)技術(shù)：包括項(xiàng)目管理、MIS、OA、MRPⅡ（制造資源規(guī)劃）、SCM（供應(yīng)鏈管理）、CRM（客戶關(guān)系管理）、ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、DEM（動(dòng)態(tài)企業(yè)建模）、復(fù)雜產(chǎn)品質(zhì)量管理及電子商務(wù)等技術(shù)。

　　·試驗(yàn)技術(shù)：包括單件例行試驗(yàn)；整機(jī)組件試驗(yàn)；系統(tǒng)綜合/匹配試驗(yàn)；靶場合練/飛行試驗(yàn)技術(shù)等。

　　·加工生產(chǎn)與裝備技術(shù)：包括數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心、工業(yè)機(jī)器人、FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）、VM（虛擬制造）、可重組機(jī)器/裝備、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）及RPM（快速成形制造）等技術(shù)。

　　·系統(tǒng)支撐環(huán)境技術(shù)：包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、集成平臺(tái)/框架，計(jì)算機(jī)輔助軟件工程，PLM （產(chǎn)品全生命周期管理），計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作，人/機(jī)接口、網(wǎng)格和云制造平臺(tái)等技術(shù)。

　　李院士認(rèn)為，其中有特色的技術(shù)研究有：系統(tǒng)總體運(yùn)營模式，復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程，虛擬試驗(yàn)技術(shù)，復(fù)雜產(chǎn)品制造執(zhí)行系統(tǒng)，復(fù)雜產(chǎn)品項(xiàng)目管理與電子商務(wù)技術(shù)，復(fù)雜產(chǎn)品集成質(zhì)量管理技術(shù)，基于多層次、異構(gòu)PLM的集成系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)，制造網(wǎng)格技術(shù)及云制造技術(shù)等。不容置疑，在復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)的研究中，要十分重視與迅速發(fā)展中信息技術(shù)融合。與此同時(shí)，由于復(fù)雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此，加強(qiáng)與系統(tǒng)工程理念、方法、技術(shù)、工具的融合定會(huì)有力推進(jìn)集成制造系統(tǒng)的研究、開發(fā)與應(yīng)用。

復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程技術(shù)

   四、復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程研發(fā)平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐

　　在復(fù)雜產(chǎn)品集成制造領(lǐng)域，李院士重點(diǎn)提到了復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程技術(shù)，并介紹了他領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的支撐平臺(tái)——COSIM平臺(tái)。李院士指出，復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)開發(fā)已涉及到產(chǎn)品全生命周期中相關(guān)的人員/組織、管理和技術(shù)的集成與優(yōu)化，已構(gòu)成為復(fù)雜的系統(tǒng)工程——“復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程”。它對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)方法、技術(shù)、工具等方面的研究、開發(fā)與應(yīng)用提出了一系列新的挑戰(zhàn)。復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程技術(shù)如圖1所示。

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　　COSIM平臺(tái)是基于并行工程開發(fā)理念，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、先進(jìn)設(shè)計(jì)/制造技術(shù)、先進(jìn)仿真技術(shù)、多學(xué)科優(yōu)化等技術(shù)，將管理、技術(shù)、人三者之間進(jìn)行有機(jī)集成的一體化、部分智能化的支持復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程全生命周期開發(fā)的軟件套件。其體系結(jié)構(gòu)如圖2.

復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程支撐平臺(tái)COSIM體系結(jié)構(gòu)

　　COSIM平臺(tái)支持：復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)模式；復(fù)雜產(chǎn)品科研項(xiàng)目全生命周期綜合管理；復(fù)雜產(chǎn)品的前期論證與概念設(shè)計(jì)和后期效能評(píng)估與訓(xùn)練；復(fù)雜產(chǎn)品多學(xué)科虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)及其綜合優(yōu)化；復(fù)雜產(chǎn)品綜合試驗(yàn)與數(shù)字化驗(yàn)證；基于知識(shí)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)異地、協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)；各類企業(yè)科研資源的共享與大協(xié)作。

　　COSIM平臺(tái)在航天二院和北京仿真中心的推動(dòng)下，已在航天、航空、船舶、兵器等行業(yè)的多個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、論證與效能評(píng)估，工程設(shè)計(jì)研制，裝備信息化中得到了成功的應(yīng)用和驗(yàn)證。

　　李院士介紹，作為支撐復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程的平臺(tái)，COSIM主要解決了七類關(guān)鍵技術(shù)，包括：

　　·復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程支撐平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)；

　　·多學(xué)科虛擬樣機(jī)高層建模優(yōu)化技術(shù)；

　　·多學(xué)科模型（服務(wù)）組合與協(xié)同仿真技術(shù)；

　　·多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法；

　　·試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、管理與智能分析評(píng)估方法；

　　·復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程全生命周期管理技術(shù)；

　　·復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)。

　　另外，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，COSIM已發(fā)展成可結(jié)合“云計(jì)算理念”和“網(wǎng)格技術(shù)”的復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同仿真平臺(tái)，這一突破對(duì)我國復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)未來的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。

　　五、值得關(guān)注的制造新模式與技術(shù)——“云制造”

　　李院士認(rèn)為，迅速發(fā)展中的物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、云制造、云仿真等技術(shù)，將給我國制造業(yè)信息化工程提供更好的技術(shù)支撐。

　　在這些技術(shù)中，李院士提及最多的、與制造業(yè)信息化關(guān)聯(lián)也最為密切的是云制造技術(shù)。他說：“一方面，日益成熟的云計(jì)算技術(shù)為解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造存在的資源服務(wù)模式、資源共享與配置問題提供了新的思路和契機(jī)，也給將來的云制造提供了推動(dòng)力；另一方面，云制造作為一種利用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)平臺(tái)，按用戶需求組織網(wǎng)上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。”

　　“云制造技術(shù)”將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造與服務(wù)技術(shù)與云計(jì)算、云安全、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，以實(shí)現(xiàn)各類制造資源（制造硬設(shè)備、計(jì)算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)等）統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營，為制造全生命周期過程提供可隨時(shí)獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的各類制造活動(dòng)服務(wù)。

　　在李院士構(gòu)建的我國制造業(yè)信息化全景圖中，云制造將成為制造業(yè)信息化領(lǐng)域值得關(guān)注的制造新模式與技術(shù)（可參見李院士等的近期文章：“云制造——面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式”，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，Vol.16.No.1，2010）。他認(rèn)為，云制造技術(shù)的研究與應(yīng)用將會(huì)加速推進(jìn)制造業(yè)信息化向“網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化”方向發(fā)展，從而將制造業(yè)信息化提高到又一個(gè)新的高度和水平。