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　一、制造業信息化的內涵

　　李伯虎院士指出，制造業信息化是一項復雜的系統工程。我國制造業信息化的指導思想是與時俱進的。從十六大提出的“信息化帶動工業化”到十七大提出的“工業化和信息化兩化融合”。目前，制造業信息化已成為我國實現新型工業化道路的重要組成部分。

　　制造業信息化的技術手段是以信息（采集、傳遞、加工、處理、應用）技術為核心，將信息技術、建模與仿真技術、現代管理技術、設計與生產技術、系統工程技術及產品有關的專業技術綜合運用于產品研制的全系統、全生命周期過程中。

　　制造業信息化的工作內容與對策途徑是通過實施企業（或集團）產品全生命周期活動中的設計/生產/管理/試驗領域及其集成的全企業（或集團）信息化，使企業（或集團）產品研制全系統、全生命周期活動中的人/組織、經營管理、技術（三要素）及信息流、物流、價值流、知識流（四流）集成優化，進而改善企業（或集團）產品（P） 及其開發時間（T）、質量（Q）、成本（C）、服務（S）、環境清潔（E）和知識含量（K）。

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

　　二、制造業信息化技術的發展趨勢

　　李院士介紹，制造業信息化技術的發展趨勢可概括為：“集成化、數字化、智能化、敏捷化、網絡化、綠色化和服務化”。

　　·集成化：內容從信息集成、功能集成發展到知識集成；活動從單階段（設計、生產、管理、試驗）發展到的各階段間過程集成（以并行工程為代表）；空間范圍從企業內部向企業間集成發展（以敏捷制造、并行企業等為代表）。

　　·數字化：基于全生命周期中產品及其制造活動數字化建模和仿真技術的虛擬（大）制造工程正將制造業帶入全新的數字化時代。

　　·智能化：智能化是制造系統采用智能技術在柔性化和集成化基礎上進一步的發展與延伸，已從制造設備和單元加工過程智能化、工作站控制智能化發展到集成化智能制造全系統和知識化的制造活動。

　　·敏捷化：制造敏捷化是指制造企業通過組織動態聯盟、重組其企業過程以及在更廣泛范圍內集成與優化制造資源，以對不斷變化的市場需求做出快速響應。

　　·網絡化：隨著“網絡全球化”、“市場全球化”、“競爭全球化”、“經營全球化”的出現，許多企業正積極采用“全球制造”和“網絡制造”的策略。制造網絡化體現在信息高速公路和物聯網集成基礎設施支持下的網絡化協同制造。

　　·綠色化：綠色制造、環境意識的設計與制造、生態工廠、清潔化生產等概念是全球可持續發展戰略在制造業中的體現。綠色制造是一種綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。

　　·服務化：隨著制造業的成熟和消費者需求的升級，全球經濟逐漸由產品經濟向服務經濟轉變，把握全球制造業從以產品制造為主向與制造服務化互相融合的趨勢是獲得競爭優勢的戰略選擇。

　　李院士指出，我國制造業信息化要完全突破和實現這些技術，還有很長的路要走。只有在總體發展戰略和系統發展模式指導下，通過需求牽引、競爭驅動、系統發展、信息帶動、升級跨越，才能最終實現制造業的信息化、工業化，從而提升我國制造企業的國際競爭力。
三、復雜產品集成制造技術概覽

　　李院士認為，復雜產品制造業是國民經濟和國家安全的重要基礎，它的競爭將直接關系到國力的興衰。“復雜產品集成制造系統技術”正是為適應這種競爭背景，在相關新技術推動下提出并發展中的一門新興技術，我們要給予足夠的重視。

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

　　李院士強調：這里所謂的“制造”是“大制造”，它包括產品從規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內部，往往涉及多個企業之間，甚至可擴展到全球化企業動態聯盟（空間軸拓展）。

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

　　李院士介紹了復雜產品集成制造系統的體系結構和技術體系：

　　·體系結構：

　　復雜產品集成制造系統是一個復雜的系統，應當采用系統的觀點，從經營理念、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。復雜產品集成制造系統由復雜產品項目主管企業、協作企業、供應商和客戶的各“企業集成制造系統（EIMS）”的集群組成。其中，一個完善的單個企業集成制造系統由四個應用分系統（多學科虛擬樣機設計分系統、生產自動化分系統、試驗分系統、經營決策與管理分系統）和一個支撐分系統（集成支撐平臺）組成。具體的企業將按需組成各自的企業集成制造系統。

　　·技術體系：

　　·總體技術：包括系統總體運營模式（如并行工程/企業、精益生產、基于仿真的采辦、敏捷制造和我國的現代集成制造系統等）；系統集成方法論；系統集成技術；標準化技術；企業建模和仿真技術及系統開發與實施等技術。

　　·產品設計技術：包括CAX/DFX技術，如CAD、CAE、DFA（面向裝配的設計）、DFM（面向制造的設計）等技術、SBD（基于仿真的設計）、多學科虛擬樣機設計、逆向工程、綠色設計、網絡設計、智能設計及面向大規模定制生產模式的設計等技術。

　　·經營管理與決策系統技術：包括項目管理、MIS、OA、MRPⅡ（制造資源規劃）、SCM（供應鏈管理）、CRM（客戶關系管理）、ERP（企業資源規劃）、DEM（動態企業建模）、復雜產品質量管理及電子商務等技術。

　　·試驗技術：包括單件例行試驗；整機組件試驗；系統綜合/匹配試驗；靶場合練/飛行試驗技術等。

　　·加工生產與裝備技術：包括數控機床、數控加工中心、工業機器人、FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統）、VM（虛擬制造）、可重組機器/裝備、MES（制造執行系統）及RPM（快速成形制造）等技術。

　　·系統支撐環境技術：包括網絡、數據庫、集成平臺/框架，計算機輔助軟件工程，PLM （產品全生命周期管理），計算機支持協同工作，人/機接口、網格和云制造平臺等技術。

　　李院士認為，其中有特色的技術研究有：系統總體運營模式，復雜產品虛擬樣機工程，虛擬試驗技術，復雜產品制造執行系統，復雜產品項目管理與電子商務技術，復雜產品集成質量管理技術，基于多層次、異構PLM的集成系統平臺技術，制造網格技術及云制造技術等。不容置疑，在復雜產品集成制造系統的研究中，要十分重視與迅速發展中信息技術融合。與此同時，由于復雜產品集成制造系統的實施是一項系統工程，因此，加強與系統工程理念、方法、技術、工具的融合定會有力推進集成制造系統的研究、開發與應用。

復雜產品虛擬樣機工程技術

   四、復雜產品虛擬樣機工程研發平臺的研發與應用實踐

　　在復雜產品集成制造領域，李院士重點提到了復雜產品虛擬樣機工程技術，并介紹了他領導開發的支撐平臺——COSIM平臺。李院士指出，復雜產品的虛擬樣機開發已涉及到產品全生命周期中相關的人員/組織、管理和技術的集成與優化，已構成為復雜的系統工程——“復雜產品虛擬樣機工程”。它對傳統產品開發方法、技術、工具等方面的研究、開發與應用提出了一系列新的挑戰。復雜產品虛擬樣機工程技術如圖1所示。

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　　COSIM平臺是基于并行工程開發理念，綜合運用現代管理技術、先進設計/制造技術、先進仿真技術、多學科優化等技術，將管理、技術、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品虛擬樣機工程全生命周期開發的軟件套件。其體系結構如圖2.

復雜產品虛擬樣機工程支撐平臺COSIM體系結構

　　COSIM平臺支持：復雜產品的協同開發模式；復雜產品科研項目全生命周期綜合管理；復雜產品的前期論證與概念設計和后期效能評估與訓練；復雜產品多學科虛擬樣機設計及其綜合優化；復雜產品綜合試驗與數字化驗證；基于知識的多學科團隊異地、協同創新設計；各類企業科研資源的共享與大協作。

　　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、兵器等行業的多個復雜產品的概念設計、論證與效能評估，工程設計研制，裝備信息化中得到了成功的應用和驗證。

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

　　·復雜產品虛擬樣機工程支撐平臺體系結構；

　　·多學科虛擬樣機高層建模優化技術；

　　·多學科模型（服務）組合與協同仿真技術；

　　·多學科協同優化方法；

　　·試驗數據采集、管理與智能分析評估方法；

　　·復雜產品虛擬樣機工程全生命周期管理技術；

　　·復雜產品虛擬樣機工程應用技術。

　　另外，隨著計算機網絡技術的發展，COSIM已發展成可結合“云計算理念”和“網格技術”的復雜產品虛擬樣機協同仿真平臺，這一突破對我國復雜產品制造業未來的發展有著深遠的意義。

　　五、值得關注的制造新模式與技術——“云制造”

　　李院士認為，迅速發展中的物聯網、高性能計算、云制造、云仿真等技術，將給我國制造業信息化工程提供更好的技術支撐。

　　在這些技術中，李院士提及最多的、與制造業信息化關聯也最為密切的是云制造技術。他說：“一方面，日益成熟的云計算技術為解決當前網絡化制造存在的資源服務模式、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絡的服務平臺，按用戶需求組織網上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務的一種面向服務的網絡化制造新模式。”

　　“云制造技術”將現有網絡化制造與服務技術與云計算、云安全、高性能計算、物聯網等技術融合，以實現各類制造資源（制造硬設備、計算系統、軟件、模型、數據、知識等）統一的、集中的智能化管理和經營，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、優質廉價的各類制造活動服務。

　　在李院士構建的我國制造業信息化全景圖中，云制造將成為制造業信息化領域值得關注的制造新模式與技術（可參見李院士等的近期文章：“云制造——面向服務的網絡化制造新模式”，計算機集成制造系統，Vol.16.No.1，2010）。他認為，云制造技術的研究與應用將會加速推進制造業信息化向“網絡化、智能化、服務化”方向發展，從而將制造業信息化提高到又一個新的高度和水平。