物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)的應用物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的研究和應用日趨廣泛，包含有電子標簽識讀器硬件、物聯(lián)網(wǎng)軟件、電子商務相關(guān)研究等眾多方面。航空制造業(yè)是一個關(guān)系國家安全的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是知識密集性、技術(shù)密集性、綜合性強、多學科集成的產(chǎn)業(yè)，同時是高投入性、高附加值和高風險性的產(chǎn)業(yè)。其最典型的特點是離散式生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程十分復雜，產(chǎn)品配套的零件種類和數(shù)量眾多，尤其是大量的結(jié)構(gòu)件需要機械加工與裝配，使得生產(chǎn)過程、協(xié)調(diào)關(guān)系非常繁雜且生產(chǎn)周期長[1]。這些特點使得航空制造業(yè)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最有潛力的應用領(lǐng)域之一，從飛機數(shù)萬個零部件的制造、運輸，到飛機的飛行、維修，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用空間無處不在。它可以大大提高供應鏈的自動化能力，保障飛機零部件的供應，使得航空部件的狀態(tài)可實時監(jiān)控，提高航空飛行和航空服務的安全性與保障性，使飛機部件的維修保養(yǎng)和更換變得非常方便，其最終目標是保證持續(xù)的空中安全[2]。

國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用現(xiàn)狀目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)中僅有個別企業(yè)開展試點應用，大規(guī)模的行業(yè)應用尚未展開，但是在汽車制造業(yè)有了廣泛的應用。汽車制造業(yè)由于產(chǎn)品批量大、自動化程度高，普遍采用物聯(lián)網(wǎng)的射頻識別（RFID）技術(shù)，用于生產(chǎn)過程中的流程控制與生產(chǎn)信息的控制，實現(xiàn)物流與信息流的同步[3]。國內(nèi)外汽車廠商在汽車制造的四大工藝段沖壓、焊裝、涂裝、總裝及發(fā)動機的裝配制造過程中，廣泛采用RFID產(chǎn)品。很多汽車零部件供應商及OEM設(shè)備商也都普遍采用RFID，用于生產(chǎn)制造，顯著提高了生產(chǎn)效率。在汽車零件制造環(huán)節(jié)，上海通用公司為實現(xiàn)在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)4種不同平臺的車型，通過AVI系統(tǒng)完成了不同工藝段車體的自動識別跟蹤和生產(chǎn)過程的控制[4]。AVI自動車身識別系統(tǒng)控制焊裝、車體分配中心、涂裝的車體直到車體運送到總裝。每個AVI系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接到工廠信息系統(tǒng)FLEX/SFE。AVI系統(tǒng)從FLEX/SFE系統(tǒng)請求生產(chǎn)數(shù)據(jù)，或把車身的信息送FLEX/SFE系統(tǒng)。FLEX/SFE通過系統(tǒng)可知某輛特殊的車體的位置，并且處于什么生產(chǎn)階段。通過安排從車體分配中心過來的相同顏色的車體一起噴涂來提高生產(chǎn)效率。在汽車涂裝工藝方面，奇瑞二廠為實現(xiàn)車身自動轉(zhuǎn)接、存儲功能，并通過PLC控制自動化設(shè)備根據(jù)存儲在滑橇載碼體中的生產(chǎn)指令進行相應的操作，最終實現(xiàn)柔性自動化生產(chǎn)，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制系統(tǒng)控制車身的自動運行、自動存儲和自動轉(zhuǎn)接，大大提高了生產(chǎn)效率，為生產(chǎn)的良性循環(huán)提供了保障。在汽車裝配環(huán)節(jié)，上海瀚鵬公司將RFID技術(shù)應用于發(fā)動機泵裝配線（圖1）。在汽車發(fā)動機泵的生產(chǎn)過程中，按照生產(chǎn)工藝流程可分為10多個裝配站點。在每一個站點，需要對所裝配泵的編號進行識別與確認，并在每個站點的工序完成之后，需要將完成的工序?qū)恼军c編號寫入到泵所在托盤上。在泵進入到下一個站點時，先要對泵已經(jīng)完成的裝配工序進行確認，即保證前面的工序已經(jīng)完成后，再轉(zhuǎn)入下一工序的裝配。通過將RFID產(chǎn)品引入到泵的裝配過程中，使得泵的裝配狀態(tài)實時地記錄到系統(tǒng)中，并由系統(tǒng)程序來保證泵裝配的正確性。通過泵裝配過程中泵的識別與確認的自動化，提高了泵的生產(chǎn)效率。在整車物流方面，安吉物流[4]將一系列物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過系統(tǒng)一體化的集成，開發(fā)了整車交接電子簽收系統(tǒng)，以電子交接的方式取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)交接方式將交接信息同現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、經(jīng)銷商的管理系統(tǒng)相連接，形成數(shù)據(jù)鏈路，大大縮短供應鏈的響應時間，從而滿足公司管理需要并為客戶提供更為個性化的服務。物聯(lián)網(wǎng)在電動車上也得到了廣泛的應用，通過物聯(lián)網(wǎng)的應用，可以實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)之間的信息傳遞和共享，減少傳統(tǒng)電動汽車電器系統(tǒng)設(shè)計中的線束和接觸件，并且線束和接觸件的布置更加容易，提高各系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及安全性等。河南某公司[5]自行研制了電動汽車物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用CAN接口實時采集車輛狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)通過公用無線通信設(shè)施發(fā)動到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將車輛的狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫。針對純電動車零部件生產(chǎn)中我國電池生產(chǎn)企業(yè)目前所提供的大容量、高功率、高電壓鋰離子蓄電池生產(chǎn)一致性差問題，可通過利用無線射頻識別（RFID）技術(shù)管理產(chǎn)品相關(guān)信息，從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線運作，智能監(jiān)控，智能診斷，加強產(chǎn)品質(zhì)量的控制[6]。南京航空航天大學唐敦兵等[7]將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到循環(huán)經(jīng)濟中，結(jié)合汽車產(chǎn)品的全生命周期中各個環(huán)節(jié)的特點，建立了一套完整的智能生產(chǎn)、消費、回收系統(tǒng)。通過在汽車零部件上安裝智能節(jié)點將汽車組建成為一個大的智能體，并以移動網(wǎng)絡為平臺，汽車整體為一個網(wǎng)絡節(jié)點，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將其與生產(chǎn)商、服務商、車主及網(wǎng)絡運營商等相關(guān)單位整合成一個完整的可循環(huán)經(jīng)濟的物聯(lián)網(wǎng)絡模式，有效地解決了可循環(huán)經(jīng)濟中產(chǎn)品回收循環(huán)困難的問題，并對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)、消費、回收環(huán)節(jié)中的具體技術(shù)應用進行了深入研究。另外，物聯(lián)網(wǎng)在智能化的物流配送[8]、智能倉儲[9]及企業(yè)生產(chǎn)管理等多個方面也得到了廣泛的應用。馬鋼[10]應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)全程管理和企業(yè)綜合自動化，其RFID系統(tǒng)主要包括：智能門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、食堂售飯就餐、消費等。另外，還可按用戶要求，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴充其他應用子系統(tǒng)功能，如物品領(lǐng)用、小門禁子系統(tǒng)，充分發(fā)揮非接觸ID卡的一卡多用功能。馬鋼RFID卡管理系統(tǒng)的特點是各應用子系統(tǒng)可自成管理體系，也可以通過網(wǎng)絡互相溝通，既滿足各個職能管理的獨立性，又保證企業(yè)整體管理的一致性。各應用子系統(tǒng)的安裝和使用并不要求時間上的一致性，一卡多用功能也可以是一個延續(xù)實現(xiàn)過程，非常靈活，便于操作，方便今后系統(tǒng)擴充。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)的應用前景全球最大的兩家飛機制造商波音和空客在業(yè)內(nèi)是競爭對手，但在RFID技術(shù)的發(fā)展和應用方面形成了高度的共識，正致力于將RFID技術(shù)應用于其供應鏈（見圖2）和飛機制造過程，為全面提升航空制造業(yè)的質(zhì)量和水平作出重要的探索。RFID技術(shù)的日漸成熟，為航空制造業(yè)的發(fā)展提供了十分難得的遇。隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展及國家政策的支持，航空市場的需求迅猛增長，給國內(nèi)航空制造業(yè)帶來了強勁的需求拉動，航空制造企業(yè)生產(chǎn)任務的大量增加，再加上航空制造業(yè)自身特點，使生產(chǎn)管理變得更加復雜，也由此暴露出諸多問題：生產(chǎn)現(xiàn)場各種資源狀態(tài)難以及時地準確掌握，無法保證信息的繼承性與可追溯性；生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息與問題反饋較慢；依然需要大量紙質(zhì)文件，自動化程度低；倉儲管理自動化程度低，難以實現(xiàn)信息的同步更新，錯誤率較高；尚未打通數(shù)字化制造生產(chǎn)線，模擬量傳遞依然大量存在等[11-12]。因此，建立一套先進有效的信息集成、實時監(jiān)控的航空制造體系，增強決策部門在生產(chǎn)過程中的迅速反應能力，為決策者提供實時、準確、詳細的現(xiàn)場資料，及時解決現(xiàn)場問題，顯得尤為重要，這些需求使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將在航空制造業(yè)大放異彩。隨著物聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)技術(shù)的融合，其在生產(chǎn)線智能管理、貨物識別與跟蹤、倉儲智能控制、售后服務等方面的優(yōu)勢正逐漸展現(xiàn)出來。航空制造業(yè)作為高端制造業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用勢在必行。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于航空制造業(yè)，將會給國內(nèi)航空制造業(yè)帶來巨大收益。（1）生產(chǎn)線智能管理。飛機零部件的生產(chǎn)過程十分復雜，一般分散在許多不同的工序環(huán)節(jié)，每一道工序完成不同的加工過程。因此可在生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)布置讀寫器，建立信息采集點，在物料進入生產(chǎn)線之前，通過傳感器、電子標簽等對各種資源（如設(shè)備、工夾量具等）進行在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，確保具備開工條件；當零部件進入加工點時，讀寫器即可以讀取到零部件標簽內(nèi)的信息，包括材料規(guī)范、規(guī)格、尺寸、制造路線等，并將這些信息實時反饋到后臺管理系統(tǒng)中，以確保工裝設(shè)備等與加工零部件的正確配合使用；同時管理者還能夠動態(tài)監(jiān)控零件質(zhì)量趨勢，避免產(chǎn)品的批次質(zhì)量事故發(fā)生，并由此追溯產(chǎn)品質(zhì)量問題源頭，從而能夠循序漸進地改進生產(chǎn)工藝，以提高產(chǎn)品質(zhì)量[13-14]。有了這種及時準確的生產(chǎn)線管理，使得無紙化生產(chǎn)成為可能，省去了過去隨零件流動、手工填寫的紙質(zhì)零件狀態(tài)記錄單（MPR），這樣可以減少人為錯誤，大大減少生產(chǎn)線停機現(xiàn)象，提高生產(chǎn)效率。如有數(shù)批略有不同的產(chǎn)品，需要使用同一生產(chǎn)線進行加工，便可將不同產(chǎn)品的相關(guān)信息寫入電子標簽。當產(chǎn)品進入加工工位時，讀寫設(shè)備通過讀取電子標簽內(nèi)的信息，從而使加工設(shè)備確認加工哪種產(chǎn)品。如此將物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)有的制造信息系統(tǒng)MIS等相結(jié)合，實現(xiàn)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)與其他系統(tǒng)的協(xié)同工作，及時傳送準確的數(shù)據(jù)，從而提高生產(chǎn)效率并有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用為生產(chǎn)管理者提供了企業(yè)業(yè)務流程所有環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)，可允許結(jié)合各工序設(shè)備的工藝特點和相關(guān)的工藝、質(zhì)量指標參數(shù)，進行各生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)和設(shè)備運行參數(shù)等生產(chǎn)信息的在線監(jiān)測和分析，幫助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程中半成品工序、成品工序的計量，供應鏈的自動實時跟蹤，讓管理者可實時掌握流程信息，并對生產(chǎn)進行監(jiān)督管理。（2）物料的識別、跟蹤及實時監(jiān)控。航空制造業(yè)用到的原材料品種繁多，價格昂貴且質(zhì)量要求嚴格，因此這些物料的識別、跟蹤和實時監(jiān)控非常重要。在原材料進廠入庫時在恰當?shù)奈恢冒惭b電子標簽，標簽記錄其屬性信息，如原料名稱、牌號、規(guī)格、熱處理狀態(tài)等，在隨后庫存、備料等過程中，倉儲智能管理系統(tǒng)，結(jié)合生產(chǎn)線的智能管理系統(tǒng)，使物料的配送與生產(chǎn)節(jié)拍相匹配，以保證生產(chǎn)線物料的正常供應。在生產(chǎn)線上，當配置有電子標簽的物料進入生產(chǎn)線時，生產(chǎn)線入口處的識讀設(shè)備即可以讀取到標簽內(nèi)的信息，并將這些信息實時反饋到后臺管理系統(tǒng)中；當物料進入每個工位時，每個工位處的識讀設(shè)備自動讀取本工位的零部件信息，工作人員按照相關(guān)信息提示進行加工，同時標簽自動記錄該工位處零件的相關(guān)信息，以指導下一工位的加工操作。如生產(chǎn)中有漏掉的工序，讀寫器就會發(fā)出警告并通過互連的計算機管理系統(tǒng)將信息發(fā)送給工藝人員，這樣可以保證在每一個工位上的加工和裝配的正確性[15-16]。另外，在可視化管理的基礎(chǔ)上，通過RFID實時監(jiān)控裝配件在任意時刻的位置與工藝狀態(tài)來獲取每一個產(chǎn)品的歷史記錄，包括加工時間、產(chǎn)品批次、加工工位號、加工設(shè)備號等詳細信息，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程具有信息可追溯性，為及時分析產(chǎn)品質(zhì)量問題、改進工藝、分析事故原因等提供強大的決策支持，形成基于RFID的在線物料跟蹤與產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯系統(tǒng)[12,15]。（3）倉儲智能管理。倉儲管理系統(tǒng)（WMS）的工作流程包括入庫、出庫、盤點、提貨和分類等環(huán)節(jié)。入庫/出庫：在倉庫入口/出口配有類似門禁系統(tǒng)的系統(tǒng)或者倉庫工作人員利用手持式無線終端，當配有電子標簽的物品進入倉庫時，即可記錄入庫信息。與手工錄入時的入庫記錄和盤點不同，庫存控制可大大簡化并更為精確；倉庫盤點：在倉庫中，為了保證庫存記錄的精確性，保持適當?shù)膸齑嫠胶拓浳锏淖杂赊D(zhuǎn)移，通常需要大量的工作。這些工作可以連同入庫發(fā)貨工作一起全部交由WMS系統(tǒng)管理，從而確保物流的優(yōu)化配置。通過自動跟蹤，可以極大地提高清點的透明度和工作效率；提貨和分類：WMS系統(tǒng)可以指導和跟蹤物品運輸?shù)椒诸惖攸c，并且可以實時地收集物品信息，調(diào)度和分配叉車的有效工作時間[17-18]。另外，倉儲車間還安裝多個攝像頭或視頻傳感器以及溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器等，加上相應的讀卡器等構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡，并使其基本覆蓋所有盲區(qū)，這樣工作人員可以在監(jiān)控中心隨時了解倉儲車間的情況，并及時處理。這樣就在高效、準確、快捷的基礎(chǔ)上，進一步提高了倉儲管理的安全性[9]。（4）售后服務。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用并不會隨著飛機最終交付而終止，在運營期的維修保養(yǎng)（MRO）中也還需要用到。一架飛機可能由幾十萬個零部件組成，例如波音787里面需要用RFID管理的零部件多達2000多種，RFID在確認這些零部件的使用期限、召回缺陷零部件等方面將起到關(guān)鍵的作用。零部件的標簽跟蹤也能夠減少偽劣品的生產(chǎn)，并為供應商提供利益[19]。通過在產(chǎn)品中置入物聯(lián)網(wǎng)連接功能，使得維修人員能夠遠程連接已經(jīng)銷售出去的產(chǎn)品，并實施定期遠程檢測和必要的維修服務，從而降低了維修成本和對客戶的影響。結(jié)束語作為航空產(chǎn)業(yè)鏈的核心組成部分，航空制造業(yè)是航空新技術(shù)發(fā)展和應用的重點領(lǐng)域。正在全球范圍內(nèi)其他行業(yè)廣泛應用的RFID技術(shù)，以其具有重量輕、小型、數(shù)字信息、無線通信傳輸以及加密技術(shù)應用等諸多優(yōu)點，應該在國內(nèi)航空制造業(yè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。盡管航空制造業(yè)有區(qū)別于汽車工業(yè)的行業(yè)特點，但汽車工業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用對國內(nèi)航空制造業(yè)有較大的參考借鑒作用。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)制造業(yè)，特別是汽車工業(yè)方面的應用進