智慧院所建设的思路方法和解决方案.docx

1、智慧院所 建设的思路方法和解决方案 王可 作者简介 王可 :北京瑞风协同科技股份有限公司 CTO、副总经理。从事制造业信息化领域的研究及应用推广 28 年。参加或主持国家多个科研项目，分别获得航天部 “ 科技进步奖 ”一等奖及三等奖，北京市 “科学技术 “三等奖、教育部 “科学技术进步奖 “一等奖。 参加或主持了试验数据管理平台、综合保障业务平台、设计仿真平台等软件产品的研制开发。 近年内主要方向集中在装备试验信息化、装备五性及综合保障信息化等领域。 重点方向：装备综合保障业务平台及工具技术、复杂产品状态监控及维护支持技术。 1 智慧院所 建设概述 智慧院所 已经 成为 当前 我国 科研院所信

2、息化能力建设的 一个主旋律。 智慧院所建设 在我国 高技术 装备研制领域 备受关注 。 2015 年国防科工局启动 了“ 智慧院所信息化能力建设 ” 的研究课题，旨在从国家和行业的层面上 研究 高技术装备领域的信息化能力建设的方向和重点， 并提出 在十三五 及后续时期 内 持续 推进和引导 领域 内企业的智慧院所和智能工厂建设的 策略 。 在课题牵头单位中航科技委的主持下， 集中了来自航空、航天、船舶、兵器、电子领域的 近 百家单位的专家和学者， 组成十个专题小组开展 智慧院所 智能工厂 建设 的需求调研和技术研究 ， 并在 2016 年完成课题评审，形成了 该方面 比较 权威的研究 成果 。

3、 与此同时，业内大批的科研院所和工厂紧锣密鼓地开始了布局，纷纷投入人力物力进行 智慧院所和智能工厂的论证和可行性分析，有些已经进入到实质性 操作阶段。 智慧院所是什么 ？ 建设 内容有哪些 ， 建设成果 是什么？ 根据 科工局 智慧院所课题组的研究结论，智慧院所是基于知识构筑的智慧化组织，其组织、决策、运营、市场营销、管理和科研生产模式是以知识应用为基础，以创新驱动发展为目的，具有自学习、自成长、自优化、自适应的特征，是支撑我国军工科研院所未来自主创新的核心科研组织。 该结论 强调了 在 智慧院所 中 知识应用 的重要性 ， 以及 智慧能力 的主要特征：自学习、自成长、自优化、自适应 。 智慧

4、院所 信息化 能力 建设的重要工作内容 之一就是建设智慧工作平台 WWP（ Wisdom Working Platform）。 这是课题组的一个重要结论 ，同时给出了 智慧工作平台 WWP 的体系结构和 主要 特征描述。 如下图所示： 图 1-1 智慧工作平台 (WWP)的层次化体系架构 智慧工作平台 WWP的四层体系架构包括 应用层、能力层、关键 平台层和基础能力层。 其中的关键平台层包括数字化工作平台、信息化管控平台和知识应用平台等三部分，它们基于基础能力层的众多技术工具，综合应用了四项关键技术，即：先进的数字化技术、先进的信息化技术、先进的项目管理技术以及知识工程应用技术。 WWW 的体

5、系结构特征又 称为 “三驾马车、四轮驱动” 。 智慧工作平台 WWP 的四项关键技术中 ， 知识工程应用具有独特的地位 。 进入新世纪之后 知识工程应用技术 才 得到快速发展， 并 成为智慧工作平台 WWP建设中的主要突破口 。 知识工程平台 以 知识的提炼和积累为前提，以知识的应用为目标，充分利用 科研 和管理的知识 性成果 （ 标准 /规范、定义 /模板、公式 /模型），把 数据和信息处理 提升到用知识来进行表达、推导 。 知识工程 非常好 地表明了 技术沿着 “数字化 信息化 知识化 智慧化 ”的发展历程，同时为科研和管理 的 智慧化提供了 现实途径 。 2 智慧 院所 建设的 策略 、

6、思路和方法 如何 开展 智慧院所建设？ 智慧院所建设的 目标 、策略 和 方法 是 众多科研院所探索的 焦点 。 智慧院所作为我国军工科研院所未来自主创新的科研组织形态， 是 研究院所 的信息化能力建设的必由之路 ，在 操作层面上的 途径就 可以设定为 建设 智慧工作平台 WWP。 目前主要 问题是 ：如何在 科研院所 的信息化现状基础上 建 成 智慧 工作 平台 WWP？ 经过 前几个五年计划的 信息化建设，很多科研院所已经有一套自己的 信息化 体系， 大体上以 PLM/CAX 系统 为主 服务于科研工作 ，以 ERP 或类似系统 为主 服务于经营管理工作 ， 以信息化 门户 （ Porta

7、l） 为入口串接各个系统 。 在这个基础上建立智慧工作平台 WWP，既不是推倒重来，也不是简单 修修补补，必须有一套有效的策略，实现实质性的改造和提升。 图 2-1 如何建成智慧工作平台 WWP 智慧研发的策略 智慧研发策略，就是为建设智慧院所提出的 一整套的思路和方法。 智慧研发 简而言之就是 ： 以型号需求为牵引，以创新驱动发展为目的，以知识工程应用为主要途径，以智慧设计 /智慧试验 /智慧综保工具为手段，实现科研和经营业务的全面感知、智能决策、精准执行。 智慧研发 策略 的主要特征 可 归结为 “三架马车、四轮驱动、三 个标志 ”。如下图，智慧研发策略充分吸收了科工局课题组提出 的 三个

8、 关键 平台 （ 数字化工作平台、知识应用平台和信息化工作平台 ）和四项先进技术（数字化技术、项目管理技术、知识工程技术、信息化技术），同时， 提出 三项能力：全面感知、智能决策、精准执行 ，作为智慧院所创新型工作能力的主要标志 。 图 2-2 智慧研发策略的主要特征 智慧院所的能力标志：全面感知、智能决策、精准执行 实现 全面感知、智能决策、精准执行 三项能力 ，既 可 作为智慧工作平台 WWP 的能力标志，又 可作为 在 智慧院所建设中的重要工作 指南。 具体说明如下： 全面感知： 就是 要感知项目的进展 情况、 质量情况 、 成本情况 、产品效 费比 等等 情况。 缺乏对决策所需情况的全

9、面了解，是阻碍智慧型科研和生产经营的主要症结之一。 全面感知就是让各个 层面 的领导和 决策人员 能够完整、方便、直观地获取 自己关心的 细节 信息 和综合性信息 。 智能决策： 就是采 用 有别于传统方法 ， 基于知识应用平台的 支撑 ，采用 智能化的计算、分析和仿真 手段，将这些融入到智慧 工作平台的处理流程中 ，使得在设计 分析 、试验验证、装备 保障 等专业的方案、 研制、 决策等 工作中 ，让知识真正发挥作用 ， 提升智慧水平 。 精准执行 ： 就是 对进度 、 对质量 、 对 精度 各方面的 精确 控制。包括进度控制、数据采集 、分析计算 、资源调度等各个环节的监督。 这 些本就

10、是信息化一直以来的目标，只不过是在智慧院所建设中赋予了更多的 意义 。 三项能力是业内众多专家 相互之间 交流形成的初步共识 。 它既可作为 在 智慧院所建设工作成效 的一个 衡量 标尺 ，也可作为在建设智慧工作平台 WWP 中的具体方向指南 。 智慧研发的思路、方法和技术路线 智慧研发策略的内容包括总体思路、方法和手段、以及实施的技术 路线 ，可用如下图表示： 图 2-3 智慧研发策略的思路和方法 如图所示， 落实 智慧研发策略 的主要 思路 是 ： 面向应用需求，以三种能力为指引，补足要素、强化信息综合、优化决策手段， 分步 改进和实质改造相结合，逐步 达到智慧型科研院所的信息化能力。 面

11、向应用 补足要素 是 智慧研发策略的 出发点 。 补足 要素 就 是在现行的信息化工具体系中加入实质性提升 智慧能力的要素， 这里的 要素 包括 知识工程 应用平台、 MBD 工具、信息感知 工具 等 一 系列创新型 、智慧型 工具 。 面向应用 在 知识工程平台 的建设中有重要的 意义， 在国内已实施的项目中， 有些 知识工程 平台建成了 仅仅被动接收 访问 的 信息库，成为新的 信息孤岛！ 这里 的 面向应用 就 是让知识工程 平台能够真正 嵌入 到实际 工程应用 过程 中，利用插件 方式将知识的抽取和推送与应用程序结合起来 。 基于插件的知识工程应用模式在后面还会详细论述。 智慧研发策略

12、 中 的方法 主要是 实现三项能力 的方法 ， 即 ： 实现 智能感知 ： 数据挖掘、统计分析、指标监控、可视展现 。 实现 智能决策 ： 知识梳理、知识推送、数据判读、分析仿真。 实现 精准执行 ： 任务规划、流程驱动、 状态监控、反馈修正。 上述方法可以从工具级和系统级两个层面上 实施 。 即 实施 到 数字化研发工具集、知识工程应用工具集 和信息化管控 工具集 的开发 中 ， 并实施 到智慧工作平台 WWP 的 体系构建过程中 。 智慧研发策略 中 的 技术路线 ， 是将上述的思路和方法落实 的具体 步骤 。 首先是 补足要素，就是 用 三类工具集 （数字化研发工具、信息化管控工具集、知

13、识工程工具集）对三个关键平台进行 查漏补缺，通过补缺、 替换、 升级等 方式； 其次 是 开展 知识工程，包括 建设知识库 平台和专业 知识 库 ， 以及为 各种应用程序 提供知识插件来 衔接 知识工程平台 ； 接下来 就是信息综合，这是通过引入新型的信息感知构件，把各 方面的信息抽取出来，进行综合和展现，为决策提供更充分的支持； 最后一 项工作 就是流程集成，这是信息化 长期 工作 内容 ，不再赘述 . 智慧 研发 策略下的智慧工作平台 WWP 根据 智慧研发策略的思路、方法以及技术路线，最后得到 的 智慧工作平台 的总体 结构 如下图 。 图 2-4 智慧研发策略下的智慧工作平台 WWP

14、新的 WWP 既有对 传统 科研信息化 环境 的 继承 性， 又有实质性 变化。第一个 变化：知识应用平台 成为主体 支撑 架构 之一 ； 第二 个变化： 感知 工具集 被 提到比较重要 的 位置，能够跨领域全面收集和综合信息 ， 改变各种 业务 工具仅 关注 自身 管理 的信息，无法掌控全面信息的弊病； 第三 个变化： 拥有更丰富的 智能 工具 (例如专业知识库、 MBD 工具等 )，并 实现了 更充分的 信息 集成 和流程集成 。 总之，新的智慧工作平台 WWP 相对于现状来说，将在感知能力、决策能力和执行能力有实质性的提升。 3 智慧研发的解决方案：工具集和 能力实现途径 从 2015

15、年开始，瑞风协同股份公司有幸参加到国防科工局的“智慧院所信息化能力建设”课题 活动 中，全程参与了课题组 的调研 、讨论和 报告 编制 ， 对 智慧院所建设的需求、技术和实施规划 有了较深入的理解 。 为了落实智慧研发策略的思路、方法和技术路途径，瑞风协同提出的解决方案集中在 三 方面：一是智慧工作平台 WWP 的要素 工具集； 二是在系统和工具 两个 级别上实现 三项标志性 能力：全面感知、智能决策、全面感知；三是智慧研发策略中的 四 项关键技术。 智慧研发的 要素 工具集 根据智慧研发策略 ,提供三类工具集， 用于补充 到 智慧 工作平台 WWP 的三个关键平台中，如下图： 图 3-1 智

16、慧研发解决方案 的三类要素 工具集 如图所示，第一类 ， 数字研发工具集 针对 WWP 的数字化工作平台， 该 工具集进一步分为 ： 基于 MBD 的 设计仿真 类 、 智慧 试验 类 、 全周期 综合 保障 类。 这些工具 集 是瑞风 二十 年来积累下的自主知识产权成果； 第二类，知识工程的应用 平台 ， 是基于 最新知识工程研究成果和行业内多年 经验 推出的新一代 知识工程 基础平台和专业知识库 ， 其中 插件机制保证了 专业 知识库 与各个应用工具的连接；第三类， 信息化 管控工具， 其中的 科研管理 信息的综合及挖掘工具，将成为实现 全面 感知的主要手段。 智慧研发 标志性 能力 的

17、实现 从 系统 级 来看，智慧研发的三项能力 的实现 包括 如下 三条途径，即 :从多个 应用 系统的数据库或信息存储区采集和综合，面向全 系统提供 知识库基础平台和 多个 专用领域知识库，以及 持续整合 现有业务流和数据流 。以装备 全 周期的 业务为例 说明这些途径 ，如下图： 图 3-2 系 统级 的智慧研发能力的实现途径 如图所示， 给出了从装备立项、论证到生产使用的完整 业务 流程。 从信息 系统 的角度可以分为多个层次，每个层次上 都 有相应的业务流程、 各环节 工具 和 数据 库 。 其中 ，在 顶层 上 主要是 科研 计划、项目、总体分析以及相应数据 ，顶层的某些环节 细分 为

18、下一层的业务流程，下一层主要包括 专业分析、计算和仿真工具以及相应 数据； 这样构成一个多阶段 、多层次、 多 系统 和 多 数据库 的体系。 为实现系统级的 全面感知 ，采用 科研信息综合及挖掘工具（ EI 构件）， 抽取和 汇集各种信息 并进行统计分析 和 预测， 形成 各种信息综合显示界面（ 如领导驾驶舱界面 或各种图表 ） ，供各级领导或决策人员掌握情况。 为实现系统级的 智能决策 ，主要着力点放在知识库 平台的建立和应用上。 知识库通过 知识 插件 从各个专业系统收集 整理知识 或 推送知识。 智能决策 可以理解为 基于知识的决策 ， 即通过知识插件与其它子系统的无缝集成，将 知识库

19、中的 标准、规范、经验 、模型 等运用到设计分析 中， 充分利用已有的智慧 积淀 。 为实现系统级的 精准执行 ， 主要基于现行的各种 信息化 技术 ， 逐步深入 进行 流程集成和信息集成，实现业务过程的细致规划和严格监控 ， 实现数据分析的 精准 、顺畅传递 ，实现状态的 准确 获取、及时预警。 总之，在构建系统时实行上述的智慧研发策略，将在整体上 逐步 具备 全面感知、智能决策、精准执行 的 能力 。 智慧研发能力实现的专业实例：工具级的 智慧 能力 智慧研发的全面感知，智能决策、精准执行的三项能力 ,不仅仅体现在 系统级别 ，而且 也来自于 组成 智慧工作平台 的各种工具 中 。 在此

20、， 用几个实际的专业工具来说明。 在 设计仿真 工具类中， 两个 MBD 设计仿真工具比较具有代表性。一个是 装配设计工具 FastADS，一个是产品制造成本分析仿真 工具 欧普瑞。 MDB 装配设计工具 FastADS 提供了 紧固件 表达规范，提供了基于知识工程的智能紧固件选用流程引擎，提供了紧固件数据管理和紧固件装配知识积累的能力，从而实现了紧固件装配设计的智能化、流程化、便捷化。 该选用流程 包括 了 紧固件装配设计的相关知识、规范和设计经验 。 这样，使得规范性大大增强，同时降低 设计门槛，使设计人员在几个小时内即可掌握系统的使用 。 充分体现了基于知识的智能决策和基于流程控制的精准

21、执行能力。 图 3-3 基于知识的 MDB 装配设计工具 FastADS 具有较强的智能决策能力 在中国商飞的 国产大飞机研制过程 中， FastADS 不仅 帮助全数字化设计模型发放，而且基于全数字化模型提取 并统计 紧固件信息、进行紧固件的自动钻铆。 据统计， 在飞机 紧固件装配设计 环节 的效率提升了 10 倍 ， 设计更改 占 比 时间 从 50%降低 到 10%！ 其智慧研发能力发挥了令人惊叹的作用！ 产品制造成本分析仿真软件 欧普瑞 （ Apriori） ， 是 具有 降本增效重大意义的 一个 创新 产品。 欧普瑞提供了基于 3D 产品 模型的 设计制造成本 建模和计算 仿真 能力

22、 ，可以快速获取 高度 准确的成本信息； 也可以 根据不同 生产方案、工艺路线进行相应 成本的智能仿真 ，用于生产决策 。 欧普瑞 的创新就在于提供前所未有的 MDB 成本建模及分析方式 ，它能够全面感知产品的成本情况 。 以前 的生产单位 对成本的估算基本上 以 人 工 计算 为主 ，比较粗放。 而欧普瑞基于产品的三维模型 把工艺 过程 的每 个环节的成本 整理 得非常清晰 ，形成 后台 的完备的 工艺 及成本 知识库。 这个 完备的智慧知识库针对 产品工艺 、 生产线条件、 加工平台、 加工 工具 、加工工时等 ，每一项 成本都 精细化到 细节 ， 从而 构成一个 精确的成本 模型。 在国

23、内著名的农用机械设备 厂 的应用中，使得制造成本降低了 20%以上！ 再次证明全面感知和智能决策能力的重要性。 图 3-4 欧普瑞能够全面感知 产品的 成本模型 在 智慧试验工具集 中 ，基于模型的结构试验设计及数据监视系统 SEDIS、 试验可视化监测工具 3DMA、 基于模型的加热虚拟试验系统 VITAS、 装备试验故障业务系统 ETDS等 ， 都是新 近 推出的 智慧研发工具，比较具有代表性。 SEDIS 是 国内首款 MBD 结构试验设计及数据监视系统 。 它解决了在 飞机 等类型的 复杂型面上进行 试验传感器 的精确布置和安装问题 ， 同时为 管理 和使用 这些 传感器 数据也提供方

24、便的 手段。 SEDIS 使得 试验设计人员 能够快速完成 应变 测点的 设计 ， 并 方便试验实施人员在 现场安装应变片 时 能够准确定位 ，以及在分析试验数据时能够准确感知到任何试验工况下、 不同传感器 位置的试验数据 。 图 3-5 SEDIS 能够全面、方便的感知到任何试验点的信息 3DMA 是 试验现场数据监视和事后数据回放的三维可视化工具。用户可以在任意一台计算机 上 直观考察试验件状态变化，并可以回放测点的真实试验测试数据变化历程，还可以对异常数据提供预警。 3DMA 实现了 传统试验监控和分析方式的革新。在传统试验里面都是通过各种采集软件来获取数据、 并 将数据汇集到软件系统进

25、行分析处理。 采用新一代的三维可视化工具 3DMA，将试验场景 (包括试验台、设备以及试验件 等 )建立起三维的数字化环境，把试验过程中采集的各种信息直接加载到三维模型上，查看关键参数的实时状态 并 及时进行超差报警。同时，提供试验回放 功能复现 试验件的 变化过程 。 3DMA 提供 全面感知试验过程 的 直观手段 ，大幅度提高了对于试验过程的监控能力 。 图 3-6 3DMA 提供了全面感知试验过程的高效手段 在智慧保障工具中， 综保方案的设计分析系统 WILS、 综保数据管理系统 LDM3000等比较具有代表性。 WILS 是 装备保障方案的生成和权衡分析工具。装备保障方案是对装备使用和

26、维修保障的总体规划和 实施方案 。 WILS 可以应对装备 保障工作日趋复杂 而带来的 装备保障方案设计的诸多问题，包括：方案 内容繁杂、数据处理 量大、权衡分析不精确、报告格式不规范等。 一句话， 采用 智能化方案工具 WILS 是 解决 传统方式 带来各种的不规范、不精确的 有效 途径。 在 WILS 软件中的 保障业务 建模包括保障对象建模、保障组织建模、保障活动建模、保障资源建模 ，为全面感知装备保障的要素并做出合理的保障方案奠定 基础 。 使 用 及 维 修分 析 报 告 修 复 性 维 修 任 务 清 单 预 防 性 维 修 任 务 清 单初 始 保 障 方 案备 选 保 障 方

27、案优 化 保 障 方 案权 衡 分 析 报 告综 保 业 务 建 模使 用 保 障 分 析维 修 保 障 分 析综 保 方 案 权 衡 分 析 权 衡 分 析 要 素 优 化 迭 代 数 据综 保 方 案 生 成图 3-7 WILS 智能化装备保障 方案 设计 流程 装备综保数据管理系统 LDM3000， 管理研制阶段的综保设计、分析、仿真、试验数据，以及使用阶段的交付、使用、故障、维修及资源数据等近 20 类数据 ，同时提供技术状态管理、统计分析、监控预警、历史追溯等一系列 功能 ，并可 集成多种工具和外部数据，形成支撑综保业务的基础平台。 LDM3000 建立了综保知识库，通过把各种综保 工具 与综保知识 的关联实现知识 积累和利用，从而借助知识提升各种分析和决策的智慧水