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赛博物理系统,航空智能制造的“炼金术”!

行业资讯 / 2022-03-09 00:24

本文摘要:航空制造业具备技术密集度低、产业关联范围广、两化融合程度浅的特点,正处于装备制造业的高端方位。在新一轮工业革命浪潮下,各国广泛将航空生产行业列为重点应用领域。赛博物理系统(CyberPhysicalSystems,CPS)技术作为新一轮工业革命的核心技术,正在有力地推展在协同研发、智能生产、灵活服务等领域构成新型集成化应用于范式,引发了工业界的普遍注目和研究。 在这种大背景下,强化CPS技术在航空工业应用于的分析和研究变得尤为重要。

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航空制造业具备技术密集度低、产业关联范围广、两化融合程度浅的特点,正处于装备制造业的高端方位。在新一轮工业革命浪潮下,各国广泛将航空生产行业列为重点应用领域。赛博物理系统(CyberPhysicalSystems,CPS)技术作为新一轮工业革命的核心技术,正在有力地推展在协同研发、智能生产、灵活服务等领域构成新型集成化应用于范式,引发了工业界的普遍注目和研究。

在这种大背景下,强化CPS技术在航空工业应用于的分析和研究变得尤为重要。  GPS是工业4.0的核心技术  从工业1.0到工业4.0,每次工业革命的背后都有一项核心使能技术:  第1次是蒸汽机;第2次是电气化;第3次是电子和信息技术;第4次则是CPS技术。  CPS技术本质上是一种构建创意技术:多项新兴技术带入到1个简单系统后,系统产生了新的技术特征,不具备了更加强劲的创意驱动力。

互联网+的应用于、智能产品和服务等都是这种构建创意模式年所获得的应用于成果。这种由从要素创意过渡到构建创意的发展方式,正是第4次工业革命和前3次工业革命的仅次于区别  GPS的演变和发展  CPS的概念最先源于于几十年前的嵌入式系统。

在工业4.0的背景下,用系统之系统的视角新的检视CPS的演变和发展,将不会获得更为深刻印象的了解。  图1叙述了CPS的演变过程:从嵌入式系统到机械系统、机电一体化,再行到现在的网络化CPS。在CPS的每次演变中,系统都减少了新的元素,这使得系统产生了新的特征,带给了生产力的极大提高。

如今的CPS呈现了网络化的新趋势,这些CPS有可能是异域、异类和异构的,多个CPS通过网络连接为1个新的CPS,构成了系统之系统(SystemsofSystems,SoS)的全新架构,使得系统不具备了网络通信、全部或部分的自治权能力。CPS的5C架构和特征分析CPS是使技术系统具备智能特征的核心所在。智能本来是人的固有特征,技术系统如果要不具备智能特征,就必需具备识别、适应环境和继续执行的能力。环绕技术系统的智能化特征,融合如图2右图的CPS的5C架构,对CPS的内涵展开如下分析。

  相连层(Connection):侧重引人注目灵活的特点,需要按照SOA的思想,构建设备的即插即用;被相连的对象还包括设备、人、物料和软件服务等,需要利用无线和传感网络,构建对它们的自动相连和自动感官。  转化成层(Conversion):需要从大量的生产数据中,分析和萃取出有有价值的信息,其背后的承托技术是数据挖掘和数据分析技术;可以创建起万物的信息关联模型,用作分析和预测设备身体健康、产品性能等。  赛博层(Cyber):最重要的是创建系统中每个组件的数字双胞胎,其核心技术是基于模型的技术;当物理世界发生变化时,数字模型也需要追随变化,这必须相连层和转化成层获取承托。

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  理解层(Cognition):需要基于建模和综合推理小说,临床出有系统中的潜在风险环节,并获取决策反对和参照;需要通过远程可视化,获取协同工作环境,较慢找到系统中的问题。  配备层(Configration):系统和系统中的组件需要针对外界的变化作出较慢和自律的调整,明确反映为面向弹性的自配备、面向变化的自调整、面向阻碍的自优化。

  航空工业CPS的架构分析  CPS由物理空间和赛博空间组成。从系统的构成来看,CPS必需相结合1个物理实体(或业务层次)不存在,即在物理实体(或业务层次)上减少了一些新的要素。物理实体(或业务层次)是1个分层的结构,每个层次都对应1个CPS,上层的CPS由下层的CPS包含,这些CPS可以是异域、异类、异构的。

从系统的构成元素来看,CPS包括4个基本要素:计算出来单元、总线单元、传感器、驱动器,其中计算出来单元和总线单元包含了赛博空间,传感器和驱动器包含了物理空间。  图3得出了航空工业CPS的详尽理解。

在中航工业智能生产的架构中,定义了企业联盟层、企业管理层、生产管理层、掌控执行层共4个层次,每个层次都可以看做1个CPS,前两层重点是要萃取业务智能,后两层重点是要萃取生产智能。  在企业联盟层,计算出来单元还包括供应链管理软件、服务反对管理软件等,总线单元是基于互联网和内部网的云平台,传感器是企业消息通信服务,驱动器是流程引擎和服务调用;在企业管理层,计算出来单元还包括产品生命周期管理软件、企业资源计划管理软件等,总线单元是基于内部网的企业服务总线,传感器是生产消息通信服务,驱动器是流程引擎和服务调用;在生产管理层,计算出来单元还包括生产运营管理软件等,总线单元是基于内部网的生产服务总线,传感器是设备消息通信服务,驱动器是流程引擎和服务调用;在掌控执行层,计算出来单元主要是嵌入式软件,总线单元是基于工业掌控网络的现场总线,传感器是物理不存在的传感器和标识器,驱动器是数字控制驱动器及其设施的机械动力装置。  应用于CPS技术的工作方法  01基于模型的系统工程  系统工程是应付简单系统或产品开发的最佳方法,需要理想地应付演化式研发和系统复杂性。近年来,中航工业在系统工程应用于方面,基于逻辑开放式的标准体系和建模语言体系,以模型为中心,建构多专业多学科的共同语言,构建倒数的检验能力,从市场需求抵达,南北相反工程创意驱动。

  智能生产系统是更加简单的系统,基于模型的系统工程方法某种程度也限于于智能生产系统的规划和建设。必须按照系统生命周期4个阶段(市场需求、功能、逻辑和物理)积极开展工作,针对CPS在智能生产领域的应用于,按照流程重点思维:市场需求是什么?必需怎么做?应当怎么做?如何能构建?按照系统工程的方法,创建航空生产智能的成熟度评价体系,早已沦为当前实行航空工业CPS的首要任务之一。

  02简单的组织体架构  简单的组织体架构方法也是应付简单系统设计的一种科学方法,与基于模型的系统工程方法有很多相近和可融合之处。简单的组织体架构从业务架构应从,了解到应用于架构、技术架构和数据架构,在充份分析现状的基础上,科学设计未来蓝图和演变路线图。

  中航工业在CPS应用于方面早已设计了还包括企业联盟层、企业管理层、生产管理层和掌控执行层的4层架构,下一步应该之后了解使用简单的组织体架构方法,应付各层次的管理复杂性,面临CPS的所有应用于场景,用5W1H的方式来叙述原始概念,建构有所不同视角,解决问题企业战略、管理和继续执行各层面的完整性、系统性问题。  航空生产系统是一个简单的系统,在航空工业应用于CPS技术的工作必须用于架构方法展开指导,从系统之系统的视角剖析CPS的技术架构;切勿坚决问题机车、市场需求导向的方针,应用于系统工程的方法积极开展各层次CPS的需求分析、规划设计和建设工作,侧重在生产管理层和掌控执行层萃取生产智能,在企业联盟层和企业管理层萃取业务智能。


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