物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)的應(yīng)用前景解析

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(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用日趨廣泛，包含有電子標(biāo)簽識讀器硬件、物聯(lián)網(wǎng)軟件、電子商務(wù)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(qiáng)、多學(xué)科集成的產(chǎn)業(yè)，同時是高投入性、高附加值和高風(fēng)險性的產(chǎn)業(yè)。其最典型的特點(diǎn)是離散式生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程十分復(fù)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(jī)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(diǎn)使得航空制造業(yè)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一，從飛機(jī)數(shù)萬個零部件的制造、運(yùn)輸，到飛機(jī)的飛行、維修，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用空間無處不在。它可以大大提高供應(yīng)鏈的自動化能力，保障飛機(jī)零部件的供應(yīng)，使得航空部件的狀態(tài)可實(shí)時監(jiān)控，提高航空飛行和航空服務(wù)的安全性與保障性，使飛機(jī)部件的維修保養(yǎng)和更換變得非常方便，其最終目標(biāo)是保證持續(xù)的空中安全[2]。
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國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)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(diǎn)應(yīng)用，大規(guī)模的行業(yè)應(yīng)用尚未展開，但是在汽車制造業(yè)有了廣泛的應(yīng)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(shí)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(jī)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(yīng)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(shí)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(yùn)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(shí)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(jìn)行相應(yīng)的操作，最終實(shí)現(xiàn)柔性自動化生產(chǎn)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制系統(tǒng)控制車身的自動運(yùn)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(yīng)用于發(fā)動機(jī)泵裝配線（圖1）。在汽車發(fā)動機(jī)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(diǎn)。在每一個站點(diǎn)，需要對所裝配泵的編號進(jìn)行識別與確認(rèn)，并在每個站點(diǎn)的工序完成之后，需要將完成的工序?qū)?yīng)的站點(diǎn)編號寫入到泵所在托盤上。在泵進(jìn)入到下一個站點(diǎn)時，先要對泵已經(jīng)完成的裝配工序進(jìn)行確認(rèn)，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(shí)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(rèn)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(yīng)鏈的響應(yīng)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(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)在電動車上也得到了廣泛的應(yīng)用，通過物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，可以實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線運(yùn)作，智能監(jiān)控，智能診斷，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的控制[6]。

南京航空航天大學(xué)唐敦兵等[7]將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，建立了一套完整的智能生產(chǎn)、消費(fèi)、回收系統(tǒng)。通過在汽車零部件上安裝智能節(jié)點(diǎn)將汽車組建成為一個大的智能體，并以移動網(wǎng)絡(luò)為平臺，汽車整體為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將其與生產(chǎn)商、服務(wù)商、車主及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商等相關(guān)單位整合成一個完整的可循環(huán)經(jīng)濟(jì)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模式，有效地解決了可循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(fèi)、回收環(huán)節(jié)中的具體技術(shù)應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用。馬鋼[10]應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)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(fèi)等。另外，還可按用戶要求，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴(kuò)充其他應(yīng)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(diǎn)是各應(yīng)用子系統(tǒng)可自成管理體系，也可以通過網(wǎng)絡(luò)互相溝通，既滿足各個職能管理的獨(dú)立性，又保證企業(yè)整體管理的一致性。各應(yīng)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(shí)現(xiàn)過程，非常靈活，便于操作，方便今后系統(tǒng)擴(kuò)充。

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

全球最大的兩家飛機(jī)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(yīng)用方面形成了高度的共識，正致力于將RFID技術(shù)應(yīng)用于其供應(yīng)鏈（見圖2）和飛機(jī)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(jì)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(qiáng)勁的需求拉動，航空制造企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的大量增加，再加上航空制造業(yè)自身特點(diǎn)，使生產(chǎn)管理變得更加復(fù)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(zhǔn)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(shí)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(jìn)有效的信息集成、實(shí)時監(jiān)控的航空制造體系，增強(qiáng)決策部門在生產(chǎn)過程中的迅速反應(yīng)能力，為決策者提供實(shí)時、準(zhǔn)確、詳細(xì)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(wù)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(yīng)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(jī)零部件的生產(chǎn)過程十分復(fù)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(diǎn)，在物料進(jìn)入生產(chǎn)線之前，通過傳感器、電子標(biāo)簽等對各種資源（如設(shè)備、工夾量具等）進(jìn)行在線監(jiān)測和實(shí)時監(jiān)控，確保具備開工條件；當(dāng)零部件進(jìn)入加工點(diǎn)時，讀寫器即可以讀取到零部件標(biāo)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(shí)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(jìn)地改進(jìn)生產(chǎn)工藝，以提高產(chǎn)品質(zhì)量[13-14]。有了這種及時準(zhǔn)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(jī)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(jìn)行加工，便可將不同產(chǎn)品的相關(guān)信息寫入電子標(biāo)簽。當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入加工工位時，讀寫設(shè)備通過讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的信息，從而使加工設(shè)備確認(rèn)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(shí)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(zhǔn)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(yīng)用為生產(chǎn)管理者提供了企業(yè)業(yè)務(wù)流程所有環(huán)節(jié)的實(shí)時數(shù)據(jù)，可允許結(jié)合各工序設(shè)備的工藝特點(diǎn)和相關(guān)的工藝、質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)，進(jìn)行各生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中半成品工序、成品工序的計量，供應(yīng)鏈的自動實(shí)時跟蹤，讓管理者可實(shí)時掌握流程信息，并對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督管理。

（2）物料的識別、跟蹤及實(shí)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(yán)格，因此這些物料的識別、跟蹤和實(shí)時監(jiān)控非常重要。在原材料進(jìn)廠入庫時在恰當(dāng)?shù)奈恢冒惭b電子標(biāo)簽，標(biāo)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(yīng)。在生產(chǎn)線上，當(dāng)配置有電子標(biāo)簽的物料進(jìn)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(biāo)簽內(nèi)的信息，并將這些信息實(shí)時反饋到后臺管理系統(tǒng)中；當(dāng)物料進(jìn)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(jìn)行加工，同時標(biāo)簽自動記錄該工位處零件的相關(guān)信息，以指導(dǎo)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(jī)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(shí)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(xì)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(jìn)工藝、分析事故原因等提供強(qiáng)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(diǎn)、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(dāng)配有電子標(biāo)簽的物品進(jìn)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(diǎn)不同，庫存控制可大大簡化并更為精確；

倉庫盤點(diǎn)：在倉庫中，為了保證庫存記錄的精確性，保持適當(dāng)?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(diǎn)的透明度和工作效率；

提貨和分類：WMS系統(tǒng)可以指導(dǎo)和跟蹤物品運(yùn)輸?shù)椒诸惖攸c(diǎn)，并且可以實(shí)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(yīng)的讀卡器等構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，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(zhǔn)確、快捷的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了倉儲管理的安全性[9]。

（4）售后服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用并不會隨著飛機(jī)最終交付而終止，在運(yùn)營期的維修保養(yǎng)（MRO）中也還需要用到。一架飛機(jī)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(dá)2000多種，RFID在確認(rèn)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(biāo)簽跟蹤也能夠減少偽劣品的生產(chǎn)，并為供應(yīng)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(yuǎn)程連接已經(jīng)銷售出去的產(chǎn)品，并實(shí)施定期遠(yuǎn)程檢測和必要的維修服務(wù)，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(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。正在全球范圍內(nèi)其他行業(yè)廣泛應(yīng)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(yīng)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)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(diǎn)，但汽車工業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)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(yīng)用進(jìn)行了綜述，從汽車零件制造環(huán)節(jié)、涂裝工藝、裝配環(huán)節(jié)、整車物流及企業(yè)綜合管理等多個方面，對國內(nèi)多個企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況，進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析。分析結(jié)果闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用有著廣闊的前景，而且隨著制造業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步融合，未來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將無處不在。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)航空制造業(yè)的應(yīng)用遠(yuǎn)落后于汽車工業(yè)及其他領(lǐng)域。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對航空制造業(yè)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(wù)等方面進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以解決航空制造業(yè)在生產(chǎn)、倉儲管理等諸多方面的問題，還可以為航空制造業(yè)的發(fā)展提供更廣闊的思路。