一、制造業(yè)信息化的內(nèi)涵

　　李伯虎院士指出，制造業(yè)信息化是一項復雜的系統(tǒng)工程。我國制造業(yè)信息化的指導思想是與時俱進的。從十六大提出的“信息化帶動工業(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)容與對策途徑是通過實施企業(yè)（或集團）產(chǎn)品全生命周期活動中的設(shè)計/生產(chǎn)/管理/試驗領(lǐng)域及其集成的全企業(yè)（或集團）信息化，使企業(yè)（或集團）產(chǎn)品研制全系統(tǒng)、全生命周期活動中的人/組織、經(jīng)營管理、技術(shù)（三要素）及信息流、物流、價值流、知識流（四流）集成優(yōu)化，進而改善企業(yè)（或集團）產(chǎn)品（P） 及其開發(fā)時間（T）、質(zhì)量（Q）、成本（C）、服務(wù)（S）、環(huán)境清潔（E）和知識含量（K）。

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

　　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)展到知識集成；活動從單階段（設(shè)計、生產(chǎn)、管理、試驗）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)和知識化的制造活動。

　　·敏捷化：制造敏捷化是指制造企業(yè)通過組織動態(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)境意識的設(shè)計與制造、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)的成熟和消費者需求的升級，全球經(jīng)濟逐漸由產(chǎn)品經(jīng)濟向服務(wù)經(jīng)濟轉(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)展模式指導下，通過需求牽引、競爭驅(qū)動、系統(tǒng)發(fā)展、信息帶動、升級跨越，才能最終實現(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、復雜產(chǎn)品集成制造技術(shù)概覽

　　李院士認為，復雜產(chǎn)品制造業(yè)是國民經(jīng)濟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。

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

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

　　從幾十年的實踐來看，“集成制造系統(tǒng)”（包括“現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)”與“復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)”）是實現(xiàn)復雜產(chǎn)品制造業(yè)信息化的一種有效手段，其中，“復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)技術(shù)體系”是對863計劃提出的“現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)體系”的進一步拓展。

　　李院士介紹了復雜產(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)：

　　復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，應(yīng)當采用系統(tǒng)的觀點，從經(jīng)營理念、運行模式和全生命周期的制造要素與活動等多個方面綜合分析、研究。復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)由復雜產(chǎn)品項目主管企業(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，一個完善的單個企業(yè)集成制造系統(tǒng)由四個應(yīng)用分系統(tǒng)（多學科虛擬樣機設(shè)計分系統(tǒng)、生產(chǎn)自動化分系統(tǒng)、試驗分系統(tǒng)、經(jīng)營決策與管理分系統(tǒng)）和一個支撐分系統(tǒng)（集成支撐平臺）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)；標準化技術(shù)；企業(yè)建模和仿真技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)與實施等技術(shù)。

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

　　·經(jīng)營管理與決策系統(tǒng)技術(shù)：包括項目管理、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（動態(tài)企業(yè)建模）、復雜產(chǎn)品質(zhì)量管理及電子商務(wù)等技術(shù)。

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

　　·加工生產(chǎn)與裝備技術(shù)：包括數(shù)控機床、數(shù)控加工中心、工業(yè)機器人、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/框架，計算機輔助軟件工程，PLM （產(chǎn)品全生命周期管理），計算機支持協(xié)同工作，人/機接口、網(wǎng)格和云制造平臺等技術(shù)。

　　李院士認為，其中有特色的技術(shù)研究有：系統(tǒng)總體運營模式，復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程，虛擬試驗技術(shù)，復雜產(chǎn)品制造執(zhí)行系統(tǒng)，復雜產(chǎn)品項目管理與電子商務(wù)技術(shù)，復雜產(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，由于復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)的實施是一項系統(tǒng)工程，因此，加強與系統(tǒng)工程理念、方法、技術(shù)、工具的融合定會有力推進集成制造系統(tǒng)的研究、開發(fā)與應(yīng)用。

復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程技術(shù)

   四、復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程研發(fā)平臺的研發(fā)與應(yīng)用實踐

　　在復雜產(chǎn)品集成制造領(lǐng)域，李院士重點提到了復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程技術(shù)，并介紹了他領(lǐng)導開發(fā)的支撐平臺——COSIM平臺。李院士指出，復雜產(chǎn)品的虛擬樣機開發(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)成為復雜的系統(tǒng)工程——“復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程”。它對傳統(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)。復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程技術(shù)如圖1所示。

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　　COSIM平臺是基于并行工程開發(fā)理念，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、先進設(shè)計/制造技術(shù)、先進仿真技術(shù)、多學科優(yōu)化等技術(shù)，將管理、技術(shù)、人三者之間進行有機集成的一體化、部分智能化的支持復雜產(chǎn)品虛擬樣機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.

復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程支撐平臺COSIM體系結(jié)構(gòu)

　　COSIM平臺支持：復雜產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)模式；復雜產(chǎn)品科研項目全生命周期綜合管理；復雜產(chǎn)品的前期論證與概念設(shè)計和后期效能評估與訓練；復雜產(chǎn)品多學科虛擬樣機設(shè)計及其綜合優(yōu)化；復雜產(chǎn)品綜合試驗與數(shù)字化驗證；基于知識的多學科團隊異地、協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計；各類企業(yè)科研資源的共享與大協(xié)作。

　　COSIM平臺在航天二院和北京仿真中心的推動下，已在航天、航空、船舶、兵器等行業(yè)的多個復雜產(chǎn)品的概念設(shè)計、論證與效能評估，工程設(shè)計研制，裝備信息化中得到了成功的應(yīng)用和驗證。

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

　　·復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程支撐平臺體系結(jié)構(gòu)；

　　·多學科虛擬樣機高層建模優(yōu)化技術(shù)；

　　·多學科模型（服務(wù)）組合與協(xié)同仿真技術(shù)；

　　·多學科協(xié)同優(yōu)化方法；

　　·試驗數(shù)據(jù)采集、管理與智能分析評估方法；

　　·復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程全生命周期管理技術(shù)；

　　·復雜產(chǎn)品虛擬樣機工程應(yīng)用技術(shù)。

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

　　五、值得關(guān)注的制造新模式與技術(shù)——“云制造”

　　李院士認為，迅速發(fā)展中的物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算、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，日益成熟的云計算技術(shù)為解決當前網(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，也給將來的云制造提供了推動力；另一方面，云制造作為一種利用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)平臺，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)與云計算、云安全、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，以實現(xiàn)各類制造資源（制造硬設(shè)備、計算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識等）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獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價的各類制造活動服務(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”，計算機集成制造系統(tǒng)，Vol.16.No.1，2010）。他認為，云制造技術(shù)的研究與應(yīng)用將會加速推進制造業(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新的高度和水平。