本文为“2023年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2023年度，为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程，全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等，分享建设过程中的经验，供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
中航通飞华南飞机工业有限公司（简称“中航通飞华南公司”）成立于2012年，隶属中国航空工业集团有限公司，注册资本10亿元，地处粤港澳大湾区重要门户枢纽、珠江口西岸核心城市广东珠海，毗邻珠海机场，占地面积46万平方米。是一家集通用航空产品市场营销、设计制造、试飞交付、客户服务为一体的大型国有综合性高新技术企业。在国内民用飞机领域行业地位处于前三甲之列，是国内通用飞机研发制造的龙头企业。
公司在研的国产大型灭火/水上救援水陆两栖飞机“鲲龙”AG600是为满足国家应急救援体系及自然灾害防治体系建设急需而研制的国家重大航空装备，是我国首次按照民用适航标准自主研制的大型民用特种飞机。
公司具有完整的设计、制造、试验与试飞及运营支持等通用航空研发制造全价值链管理体系，具备通用飞机及大型水陆两栖飞机总装、调试测试能力。截至2023年10月，公司现有资产规模23.11亿元，净资产5.6亿元；拥有土地面积678亩，建有各类办公生产厂房10栋，建筑面积85220.93平方米。
公司现有员工1000余人，本科以上学历占比80%以上，百千万人才工程国家级人选1人，享受国务院特殊津贴专家7人，航空工业特级和一级专家17人，珠海市高层次人才15人。公司设有国家级博士后科研工作站、广东省博士工作站，是广东省首批职业技能等级认定试点企业。
图1 中航通飞华南飞机工业有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
公司在研的鲲龙AG600飞机是我国为满足森林灭火和水上救援的迫切需要，首次研制的大型特种用途民用飞机，是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。由于其专业技术要求高、构型管理难度大、产业链协作主体复杂，对公司的数字化研制能力提出了很高的要求。公司自成立以来，成立了专门的业务和技术攻关团队持续推动数字化研制能力建设。目前已形成了一套集研发、制造、试验、试飞、交付及运营于一体的数字化集成环境。同时正在积极拓展客户、供应、财务及成本等维度的能力应用。
图2 鲲龙AG600飞机
公司一直致力于在两个维度推进自身数字化能力的改造，一是基于正向研发的思维打通研发、制造及交付运营的数据链，形成产品数字主线；二是构建数字化产线，实现准时配套和拉动式生产，打造准时交付能力。
数字化研发方面，构建了数字化协同研制平台。该平台基于统一的产品数据管理机制，对飞机多专业（总体、结构、系统、航电等）、多类型（三维数模、二维工程图、线束图、文档等）、多状态（设计、工艺、制造等）进行集中管控，实现设计、工艺、供应商的一体化集成协同环境，实现了AG600飞机的单一数据源的管理；构建一体化构型管理环境，支持研发、工艺、供应商的构型标识、控制、审核、纪实的完整过程。后期基于该平台还扩展了接口管理、适航管理及cDMU管理等模块，使平台功能覆盖面更广、应用层级更深，有力支撑了AG600的研制任务。
数字化制造方面，实施了以“一主两辅”为核心的总装制造执行系统。“一主”为三级计划与总装执行管理，实现了单架次MBOM配置、三级计划管理、装配执行管理等，可以合理安排生产任务，实时监控生产进度，优化进行生产配置。“两辅”指库房配套及质量控制。包含库房管理、配套管理、线边库管理等功能，可实现物料的精确配送及产品质量的全过程控制。
数字化交付方面，部署了AG600飞机客户服务平台，包含基础数据管理、工程技术文件管理、技术出版物管理、工作单卡管理、技术培训管理、客户构型管理、可靠性数据管理等7大核心业务，可以为客户、供应商、学员、飞行员、教员等提供全方位服务。该平台有效推动了AG600飞机维修工程任务的开展。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
公司在研的“鲲龙”AG600飞机全面采用了基于模型定义（MBD）的三维数模作为唯一的设计制造协同数据源，从而有效减少了主制造商与供应商之间的模型沟通成本和重构所需的时间，也减少或避免了下游因为理解的偏差在重构模型时导致质量事故。而在构型管理中引用模块化技术，把传统的以零组件为更改单元更改为了模块，产品构型管理的复杂度也大大降低了。
大飞机的研制是一个典型的复杂多阶段工程，成功完成这一型号研发任务需要各个供应商之间的紧密协作。由于供应商业务流程体系不一致、数字化平台不互联、协同网络环境复杂等原因，造成一系列的协同问题，比如设计和工艺数字化平台不统一，无法保证数据的准确性；制造供应商无法深刻理解主供应商的MBD技术要求；总体设计单位和分包单位的模块划分原则不一致，导致构型管理失控；部分供应商数字化能力水平有限，仍然处于使用二维图样的时代；缺乏能够对一些先进的管理理念进行理解并运用的人员，缺乏对数据进行分析并利用的有效手段，从而对产品研制周期产生较大影响。
针对上述问题，公司以从研制一体的角度分析基于MBD技术的供应商协同业务体系，建设了一套基于广域网络环境的数字化协同研制平台，突破了多项关键技术，应用之后对产品质量改善和缩短研制周期效果明显。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
2.1 总体架构
AG600飞机的研制通过与主制造商和供应商之间的密切合作，充分调动了产业链上下游的参与力量，共同推动了研发工作。根据AG600飞机的研制分工，主制造商负责大飞机的总体设计与总装，其他任务按照工作包的形式委托给各供应商完成。
图3 AG600型号的主要供应商
围绕“主制造商-供应商”的研制模式，基于全生命周期制定AG600总体协同业务框架。在这个框架的指导下，公司从AG600飞机项目的全生命周期不同阶段和供应商级别两个维度，重点描述了主要的协同业务。可以明显发现，在飞机研制的各个阶段，都需要供应商积极参与，并在不同层次与主制造商展开协同活动。
图4 AG600飞机“主-供”模式全生命周期协同总体业务框架
AG600型号的供应链协同业务体系复杂且周期长，传统的独立发展和手工对接方式已经难以满足型号发展的需求。因此，公司建立了一个针对全生命周期的供应商数字化协同平台（简称GACE），其总体应用框架如图5所示。
图5 AG600供应商协同平台总体应用框架
该框架将首先以GACE为核心平台，通过集成CATIA和CAPP工具，打通设计、工艺数据流；构建基于MBD的资源库和技术体系，在主制造商内部的基于模块的多专业协同管理。然后基于统一的AG600供应商管理要求，将内部的协同研制环境进行功能扩展，实现主制造商与供应商之间的协同研制管理。主要协同模式如下：
1）机体结构供应商协同：供应商基于统一门户参与飞机机体结构工艺会签、更改贯彻、交付协同及维修支持等工作；
2）设计分包协同：供应商在广域网络环境下，基于主制造商规划的模块和统一的MBD资源库，通过独立的数据协同区进行自顶向下的设计；
3）系统/成品供应商协同：供应商基于统一门户进行上下文协同、成品数据提交、成品更改协同、各类单据协同、维修支持协同等；
4）试验/试飞供应商协同：供应商基于统一的MBD规范与设计资源库进行试验件/测试改装设计、试验构型管理等。
2.2 功能建设
1）基于模块的多专业MBD设计集成技术
为了简化和统一主制造商和供应商的三维数据提交方式，实现总体、结构、系统等专业设计协同及构型管理的紧密融合，提高MBD模型数据规范化程度，需要通过三维CAD与GACE进行集成。通过设计资源库等保证数据源头的正确性，通过设计构型管理保证数据的状态有效、可控、可追溯，并支持架次有效性配置，主要功能点如下：
（1）数模在线检入/检出：实现CAD端与GACE端的双向操作功能支持，包括数据检入、检出、更新、批量检入、规范化检查、BOM结构及可视化模型在线浏览等。
（2）MBD属性及装配关系的映射:实现CAD端模型MBD属性及其装配关系与GACE端零部件属性及装配关系的匹配映射。
（3）可视化转换：在PLM端配置可视化转图服务器，CAD数模检入时，GACE端自动进行可视化转换，生成轻量级模型格式。
（4）MBD资源引用：由于资源库在GACE中进行集中管理和维护，GACE端需要提供引用接口，以实现CAD端数据的规范化引用，需要引用的资源库包括标准件库、材料及辅料库、注释库等。
（5）数据解析及提取：支持CAD数模检入后的MBD属性提取、R模型/管路等黑包件模型的动态解析，并按照设计方案进行属性匹配和解析后数据的存储、结构化展示、查询及报表输出等。
（6）属性信息反写：CAD设计数模经过签署后，支持版本、重量等属性信息向数模属性中反写。
图6 基于模块的多专业MBD协同设计集成架构
2）基于可配置数字样机（cDMU）的审查环境
在飞机研制过程中，主制造商需要与频繁与供应商之间进行设计协同，实现全三维设计环境下的数字样机协调。而可配置数字样机，是在数字样机的基础上，增加不同的配置条件过滤样机模型，以达到形成不同类型样机的目标。为了满足基于cDMU的审查目标，需要建设样机审查环境，具体功能点如下：
（1）重构可配置结构安装视图：在GACE端将原来按ATA章节构建的EBOM，按照结构安装视角进行重构，基于结构大部段进行审查工作包的划分，缩短样机审查前的数据准备时间。
（2）基于模块的动态上下文管理：在CAD端动态创建临时会话，用于动态加载多个跨部段的模块数据，并支持快速批量修复关联关系，以便多专业进行在线关联设计。
（3）三维模型轻量化与动态装配：在数模检入时实时生成轻量化模型，在模型加载时从可视化服务器下载轻量化模型，可避免本地重复进行模型轻量化转换，节省数模加载时间。
（4）可按需切换高/低版本CAD打开模型：高版本CAD对大型装配模型（>20G）的支持会更好，支持用户自行选择高/低版本CAD客户端打开数模，但需要禁止高版本保存数模，以防止供应商无法打开数据。
（5）多级样机审查活动管理：按照样机审查影响范围不同，将审查分为个人审查、专业内审查及跨专业审查三个等级，不同等级对应不同的审查流程。
（6）基于流程驱动的审查活动闭环管理：通过审签任务触发审查任务子流程，或主动创建审查任务流程，审查人提交审查报告后结束流程。实现审查报告与审查任务的关联及流程的闭环管理。
图7 基于可配置数字样机（cDMU）的审查环境应用架构
3）基于MBD的广域协同设计管理
主制造商与设计分包供应商为紧密协同工作模式，为了实现供应商和主制造商在广域网络环境下基于统一的协同设计环境进行工作，构建了供应商分包设计应用架构。该架构通过协同区的方式进行数据的共享，既能确保供应商按照主制造商的MBD规范和资源进行设计，又能对数据共享范围进行控制，保护数据安全。具体功能点如下：
（1）基于协同区的数据隔离：内部设计师角色可以将数据共享至协同区，设计分包用户只能访问协同区的数据，可有效地保护知识产权。
（2）统一的MBD模板及资源库：设计分包用户可以通过广域网络调用与主制造商一致的MBD模板和设计资源库（包括标准件库、材料库、注释库），确保分包设计数据规范性。
（3）流程驱动的数据提交：分包设计用户完成设计后，可发起审核流程，由内部用户对数据进行评审，评审通过后，数据权限回归至内部用户。评审不通过，可以驳回至分包设计用户，继续完善设计。
图8 基于MBD的广域协同设计应用架构
2.3 创新点
本项目主要包含以下创新点：
1）创新性构建了支撑大飞机全三维设计协同的数字化集成环境。以模型为核心并采用几何/非几何全结构化、紧固件大数据量解析、设计制造资源统一定义等，保证了数据的准确性、完整性；通过兼容多版本设计软件、动态上下文及全机/局部坐标系转换等技术实现了跨部段超大装配数字样机审查能力，摆脱了关键软件“卡脖子”的难题。具体内容如下：
（1）自研了基于MBD的机械设计集成协同接口软件，通过突破动态上下文装配、上下文链接修复、全机/局部坐标系转换、基于hash的数据一致性校验、基于架次的数据缓存、基于协同区的数据发放与提交及多线程数据封装等关键技术，实现了多专业基于上下文的协同设计及异地协同设计。通过兼容CAD高低版本实现了大型三维装配加载的难题。彻底摆脱了长期以来对国外工业软件的依赖，为工业软件国产化提供了范例。
（2）通过整合标准件、材料及注释等设计资源库，对材料（金属材料、非技术材料）、标准件（实例化标准件及简化表达标准）、技术注释进行全结构化定义，再利用xml语言对结构化信息进行提取、定义并传递到GACE系统进行解析、可视化展示。建立了技术文件和模型之间的关联，取消了传统的明细表，极大地减少了设计员的工作量，保证了数据的准确性。
2）构建了基于BOM体系的飞机研制数字主线。通过模块化、BOM多视图、CMII全构型控制等技术，实现了飞机虚实产品的单一数据源管理、构型数据完整组织、数字主线全互联贯通、构型更改一体化能力，形成了飞机研制全过程可追溯的数据组织技术架构，确保了飞机构型完整性和研制符合性。
（1）基于现实业务对象构建了一套完整数据模型，把设计数据（三维模型、二维工程图、线束图）、设计资源、设计规范、产品结构及业务流程进行了有机的结合，形成产品完整的数据对象框架，可确保了产品构型状态可视、构型影响可分析、构型纪实可追溯。
（2）基于单一数据源的BOM多视图动态映射技术，横向构建设计主BOM（Master BOM）、安装BOM(SCSI BOM)、系统BOM(System BOM)、软件BOM(Software BOM)、试验BOM(Test BOM)、接口BOM(ICD BOM)等多维度BOM 视图，可满足总体、结构、系统、航电等各专业的需求，有效促进了各专业的协调能力和效率。
（3）基于正向研发的技术体系，纵向基于消耗式构建工程BOM（EBOM）、工艺BOM（PBOM）、制造BOM（MBOM）以及装机视图（BBOM）,使设计、工艺及制造数据流彻底贯通，确保了数据的准确、可用与可追溯，也为未来形成承接前端需求RBS及后端服务BOM，并实现基于xBOM体系飞机研制数字主线奠定基础。
（4）基于国际技术形态管理协会制定的CMII构型管理规范，结合AG600模块化与MBD等相关特性，创建了一套严谨且敏捷的工程更改及贯彻一体化流程，保证了研发中心、装配中心及各承制商之间能够准确、高效得进行更改影响分析及更改贯彻活动，完善了民用飞机构型管理体系，确保飞机构型状态可控。
3）在国内，首次在主机厂实现了基于5G的大飞机供应链协同研制环境。围绕“主-供”研制模式，定义了分包设计、机体结构制造、机载成品等供应商和适航当局多主体场景，形成了复杂产品广域协同能力体系，全面支撑了AG600飞机研制的在线供应链大协同。
（1）通过流程驱动技术自动触发数据发放流程与接收闭环流程，彻底改变了传统的档案人员手工打包数据并摆渡发放的工作模式，降低了人力成本，提高了数据发放效率，避免了数据错发、漏发、多发等问题，形成了完整的发放记录，确保了数据可追溯。
（2）基于5G技术和VUE Web架构开发了移动端应用，实现了基于广域网环境的主制造商与供应商之间的设计和更改、制造、工艺审查及单据协同，满足了AG600“小核心，大协作”的主供研制模式要求，提高了供应商协同效率。
2.4 应用效果
本文所描述的方案在AG600型号研制过程得到了广泛应用，并取得了良好成效。西飞、成飞民机、陕飞等机体结构供应商通过供应商协同门户进行异地工艺会签、数据接收、更改协同以及单据协同，提升了流程审签效率，确保数据发放的及时、完整且准确；在机身舱门的分包设计任务中，因为疫情原因，分包供应商无法到现场，最后在异地通过分包协同环境及时、准确了交付了任务；起落架分包设计制造任务中，起落架分包商通过供应商门户提交了供应商协调数模，并通过数字样机审查环境进行了安装协调，最终圆满完成了交付任务。
图9 AG600飞机供应商统一门户界面
图10 数字样机审查环境界面
3. 效益分析
本项目成果成功应用到国产大型灭火/救援水陆两栖飞机AG600型号研制项目、某高性能高速涡扇公务机科研项目和某低空民用固定翼无人机的研制项目工作，已在AG600飞机的设计发图、大部件交付、总装下线等关键过程得到了充分的验证。该项目成果大幅缩短了产品的研制周期，保障了适航审查过程的顺利进行，充分证明了其可靠性与先进性。现将该项目社会、经济效益分析如下。
1）社会效益
（1）面向社会共享成果，提升公共服务能力
本项目成果已面向全社会共享成果经验，先后接待了来自航空、航天等行业的十几家企业前来考察学习。同时，还接受制造业权威媒体数字化企业网e-works的邀请，向机械、电子等多行业公开分享项目成果，评价颇高。因此，本成果在一定程度上促进了制造业数字化研制水平的进步。
（2）发挥龙头企业牵引作用，带动中小企业共同发展
本项目成果大幅提升了华南公司作为主制造商的协同能力，带动AG600的配套供应商共同发展。形成以大企业为核心、中小企业专业化配套的协作体系，推动广东省工业化和信息化的“两化融合”。
（3）推动国产工业软件自主化发展，解决工业软件卡脖子问题
通飞公司是广东省工业软件联盟成员，是首批入选广东省核心软件攻关工程用户名单企业，已与中国商飞公司、华为公司等建立合作关系，共同开展本项目成果的国产自主化工作，可以为我国解决工业软件卡脖子的问题做出贡献。
（4）促进广东省产业结构升级和调整
通过该成果的推广应用，可以增加广东省及珠海市的低碳经济生产总值，带动信息产业等现代服务业的投入。提升了以珠海市为核心的珠江口西岸地区发展水平。
2）经济效益分析
（1）缩短研制周期测算
本报告选择一架应用本项目成果之前研制的飞机（命名为A机）以及一架应用本项目成果之后研制的飞机（命名为B机）作为参照物进行对比，时间段选择从方案确定到陆上首飞成功，A机共花费52个月，B机总花费26个月。
经测算，本项目成果缩短AG600飞机研制周期约50%。
（2）缩短研制周期节省的产品研制成本测算
缩短产品研制周期对产品研制成本的影响主要体现在人工成本上。以应用本成果之前研制的飞机（简称A机）及应用本成果之后研制的飞机（B机）为例，A机总工时量2468.63人年，B机总工时量为1756.5人年。B机相对于A机缩短712.13人年。
综上所述，该项目的应用对缩短AG600飞机研制周期效果显著，大幅降低了产品的研制成本，也能取得良好的社会效益。在国内同行业具有领先水平，具有广泛的推广应用价值。
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