物联网技术在国内航空制造业的应用前景解析

物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的研究和应用日趋广泛，包含有电子标签识读器硬件、物联网软件、电子商务相关研究等众多方面。

航空制造业是一个关系国家安全的高技术产业，是知识密集性、技术密集性、综合性强、多学科集成的产业，同时是高投入性、高附加值和高风险性的产业。其最典型的特点是离散式生产，产品结构、工艺流程十分复杂，产品配套的零件种类和数量众多，尤其是大量的结构件需要机械加工与装配，使得生产过程、协调关系非常繁杂且生产周期长[1]。这些特点使得航空制造业成为物联网技术最有潜力的应用领域之一，从飞机数万个零部件的制造、运输，到飞机的飞行、维修，物联网技术的应用空间无处不在。它可以大大提高供应链的自动化能力，保障飞机零部件的供应，使得航空部件的状态可实时监控，提高航空飞行和航空服务的安全性与保障性，使飞机部件的维修保养和更换变得非常方便，其最终目标是保证持续的空中安全[2]。
 

目前，物联网技术在国内航空制造业中仅有个别企业开展试点应用，大规模的行业应用尚未展开，但是在汽车制造业有了广泛的应用。汽车制造业由于产品批量大、自动化程度高，普遍采用物联网的射频识别（RFID）技术，用于生产过程中的流程控制与生产信息的控制，实现物流与信息流的同步[3]。国内外汽车厂商在汽车制造的四大工艺段冲压、焊装、涂装、总装及发动机的装配制造过程中，广泛采用RFID产品。很多汽车零部件供应商及OEM设备商也都普遍采用RFID，用于生产制造，显著提高了生产效率。

在汽车零件制造环节，上海通用公司为实现在同一条生产线上生产4种不同平台的车型，通过AVI系统完成了不同工艺段车体的自动识别跟踪和生产过程的控制[4]。AVI自动车身识别系统控制焊装、车体分配中心、涂装的车体直到车体运送到总装。每个AVI系统通过以太网连接到工厂信息系统FLEX/SFE。AVI系统从FLEX/SFE系统请求生产数据，或把车身的信息送FLEX/SFE系统。FLEX/SFE通过系统可知某辆特殊的车体的位置，并且处于什么生产阶段。通过安排从车体分配中心过来的相同颜色的车体一起喷涂来提高生产效率。

在汽车涂装工艺方面，奇瑞二厂为实现车身自动转接、存储功能，并通过PLC控制自动化设备根据存储在滑橇载码体中的生产指令进行相应的操作，最终实现柔性自动化生产，运用物联网技术控制系统控制车身的自动运行、自动存储和自动转接，大大提高了生产效率，为生产的良性循环提供了保障。

在汽车装配环节，上海瀚鹏公司将RFID技术应用于发动机泵装配线（图1）。在汽车发动机泵的生产过程中，按照生产工艺流程可分为10多个装配站点。在每一个站点，需要对所装配泵的编号进行识别与确认，并在每个站点的工序完成之后，需要将完成的工序对应的站点编号写入到泵所在托盘上。在泵进入到下一个站点时，先要对泵已经完成的装配工序进行确认，即保证前面的工序已经完成后，再转入下一工序的装配。通过将RFID产品引入到泵的装配过程中，使得泵的装配状态实时地记录到系统中，并由系统程序来保证泵装配的正确性。通过泵装配过程中泵的识别与确认的自动化，提高了泵的生产效率。

在整车物流方面，安吉物流[4]将一系列物联网技术通过系统一体化的集成，开发了整车交接电子签收系统，以电子交接的方式取代传统的纸质交接方式将交接信息同现有的调度系统、仓储系统、经销商的管理系统相连接，形成数据链路，大大缩短供应链的响应时间，从而满足公司管理需要并为客户提供更为个性化的服务。

物联网在电动车上也得到了广泛的应用，通过物联网的应用，可以实现不同控制系统之间的信息传递和共享，减少传统电动汽车电器系统设计中的线束和接触件，并且线束和接触件的布置更加容易，提高各系统的可靠性、稳定性及安全性等。河南某公司[5]自行研制了电动汽车物联网系统，该系统主要利用CAN接口实时采集车辆状态信息，并将数据通过公用无线通信设施发动到监控中心，监控中心将车辆的状态数据存储到数据库。针对纯电动车零部件生产中我国电池生产企业目前所提供的大容量、高功率、高电压锂离子蓄电池生产一致性差问题，可通过利用无线射频识别（RFID）技术管理产品相关信息，从而实现自动化生产线运作，智能监控，智能诊断，加强产品质量的控制[6]。

南京航空航天大学唐敦兵等[7]将物联网技术运用到循环经济中，结合汽车产品的全生命周期中各个环节的特点，建立了一套完整的智能生产、消费、回收系统。通过在汽车零部件上安装智能节点将汽车组建成为一个大的智能体，并以移动网络为平台，汽车整体为一个网络节点，通过物联网技术，将其与生产商、服务商、车主及网络运营商等相关单位整合成一个完整的可循环经济的物联网络模式，有效地解决了可循环经济中产品回收循环困难的问题，并对物联网技术在生产、消费、回收环节中的具体技术应用进行了深入研究。

另外，物联网在智能化的物流配送[8]、智能仓储[9]及企业生产管理等多个方面也得到了广泛的应用。马钢[10]应用物联网技术实现了生产全程管理和企业综合自动化，其RFID系统主要包括：智能门禁系统、考勤系统、食堂售饭就餐、消费等。另外，还可按用户要求，在现有基础上扩充其他应用子系统功能，如物品领用、小门禁子系统，充分发挥非接触ID卡的一卡多用功能。马钢RFID卡管理系统的特点是各应用子系统可自成管理体系，也可以通过网络互相沟通，既满足各个职能管理的独立性，又保证企业整体管理的一致性。各应用子系统的安装和使用并不要求时间上的一致性，一卡多用功能也可以是一个延续实现过程，非常灵活，便于操作，方便今后系统扩充。

全球最大的两家飞机制造商波音和空客在业内是竞争对手，但在RFID技术的发展和应用方面形成了高度的共识，正致力于将RFID技术应用于其供应链（见图2）和飞机制造过程，为全面提升航空制造业的质量和水平作出重要的探索。RFID技术的日渐成熟，为航空制造业的发展提供了十分难得的遇。

随着国内经济的快速发展及国家政策的支持，航空市场的需求迅猛增长，给国内航空制造业带来了强劲的需求拉动，航空制造企业生产任务的大量增加，再加上航空制造业自身特点，使生产管理变得更加复杂，也由此暴露出诸多问题：生产现场各种资源状态难以及时地准确掌握，无法保证信息的继承性与可追溯性；生产加工过程中产生的数据信息与问题反馈较慢；依然需要大量纸质文件，自动化程度低；仓储管理自动化程度低，难以实现信息的同步更新，错误率较高；尚未打通数字化制造生产线，模拟量传递依然大量存在等[11-12]。因此，建立一套先进有效的信息集成、实时监控的航空制造体系，增强决策部门在生产过程中的迅速反应能力，为决策者提供实时、准确、详细的现场资料，及时解决现场问题，显得尤为重要，这些需求使得物联网技术必将在航空制造业大放异彩。

随着物联网与制造业技术的融合，其在生产线智能管理、货物识别与跟踪、仓储智能控制、售后服务等方面的优势正逐渐展现出来。航空制造业作为高端制造业之一，物联网技术的应用势在必行。将物联网技术用于航空制造业，将会给国内航空制造业带来巨大收益。

（1）生产线智能管理。

飞机零部件的生产过程十分复杂，一般分散在许多不同的工序环节，每一道工序完成不同的加工过程。因此可在生产线的各个环节布置读写器，建立信息采集点，在物料进入生产线之前，通过传感器、电子标签等对各种资源（如设备、工夹量具等）进行在线监测和实时监控，确保具备开工条件；当零部件进入加工点时，读写器即可以读取到零部件标签内的信息，包括材料规范、规格、尺寸、制造路线等，并将这些信息实时反馈到后台管理系统中，以确保工装设备等与加工零部件的正确配合使用；同时管理者还能够动态监控零件质量趋势，避免产品的批次质量事故发生，并由此追溯产品质量问题源头，从而能够循序渐进地改进生产工艺，以提高产品质量[13-14]。有了这种及时准确的生产线管理，使得无纸化生产成为可能，省去了过去随零件流动、手工填写的纸质零件状态记录单（MPR），这样可以减少人为错误，大大减少生产线停机现象，提高生产效率。如有数批略有不同的产品，需要使用同一生产线进行加工，便可将不同产品的相关信息写入电子标签。当产品进入加工工位时，读写设备通过读取电子标签内的信息，从而使加工设备确认加工哪种产品。如此将物联网和现有的制造信息系统MIS等相结合，实现生产中物联网与其他系统的协同工作，及时传送准确的数据，从而提高生产效率并有效控制产品质量。

物联网技术的应用为生产管理者提供了企业业务流程所有环节的实时数据，可允许结合各工序设备的工艺特点和相关的工艺、质量指标参数，进行各生产重要环节的工艺参数和设备运行参数等生产信息的在线监测和分析，帮助企业实现生产过程中半成品工序、成品工序的计量，供应链的自动实时跟踪，让管理者可实时掌握流程信息，并对生产进行监督管理。

（2）物料的识别、跟踪及实时监控。

航空制造业用到的原材料品种繁多，价格昂贵且质量要求严格，因此这些物料的识别、跟踪和实时监控非常重要。在原材料进厂入库时在恰当的位置安装电子标签，标签记录其属性信息，如原料名称、牌号、规格、热处理状态等，在随后库存、备料等过程中，仓储智能管理系统，结合生产线的智能管理系统，使物料的配送与生产节拍相匹配，以保证生产线物料的正常供应。在生产线上，当配置有电子标签的物料进入生产线时，生产线入口处的识读设备即可以读取到标签内的信息，并将这些信息实时反馈到后台管理系统中；当物料进入每个工位时，每个工位处的识读设备自动读取本工位的零部件信息，工作人员按照相关信息提示进行加工，同时标签自动记录该工位处零件的相关信息，以指导下一工位的加工操作。如生产中有漏掉的工序，读写器就会发出警告并通过互连的计算机管理系统将信息发送给工艺人员，这样可以保证在每一个工位上的加工和装配的正确性[15-16]。

另外，在可视化管理的基础上，通过RFID实时监控装配件在任意时刻的位置与工艺状态来获取每一个产品的历史记录，包括加工时间、产品批次、加工工位号、加工设备号等详细信息，使得产品的生产全过程具有信息可追溯性，为及时分析产品质量问题、改进工艺、分析事故原因等提供强大的决策支持，形成基于RFID的在线物料跟踪与产品质量信息追溯系统[12,15]。

（3）仓储智能管理。

仓储管理系统（WMS）的工作流程包括入库、出库、盘点、提货和分类等环节。

入库/出库：在仓库入口/出口配有类似门禁系统的系统或者仓库工作人员利用手持式无线终端，当配有电子标签的物品进入仓库时，即可记录入库信息。与手工录入时的入库记录和盘点不同，库存控制可大大简化并更为精确；

仓库盘点：在仓库中，为了保证库存记录的精确性，保持适当的库存水平和货物的自由转移，通常需要大量的工作。这些工作可以连同入库发货工作一起全部交由WMS系统管理，从而确保物流的优化配置。通过自动跟踪，可以极大地提高清点的透明度和工作效率；

提货和分类：WMS系统可以指导和跟踪物品运输到分类地点，并且可以实时地收集物品信息，调度和分配叉车的有效工作时间[17-18]。

另外，仓储车间还安装多个摄像头或视频传感器以及温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，加上相应的读卡器等构成无线传感器网络，并使其基本覆盖所有盲区，这样工作人员可以在监控中心随时了解仓储车间的情况，并及时处理。这样就在高效、准确、快捷的基础上，进一步提高了仓储管理的安全性[9]。

（4）售后服务。

物联网技术的使用并不会随着飞机最终交付而终止，在运营期的维修保养（MRO）中也还需要用到。一架飞机可能由几十万个零部件组成，例如波音787里面需要用RFID管理的零部件多达2000多种，RFID在确认这些零部件的使用期限、召回缺陷零部件等方面将起到关键的作用。零部件的标签跟踪也能够减少伪劣品的生产，并为供应商提供利益[19]。通过在产品中置入物联网连接功能，使得维修人员能够远程连接已经销售出去的产品，并实施定期远程检测和必要的维修服务，从而降低了维修成本和对客户的影响。

作为航空产业链的核心组成部分，航空制造业是航空新技术发展和应用的重点领域。正在全球范围内其他行业广泛应用的RFID技术，以其具有重量轻、小型、数字信息、无线通信传输以及加密技术应用等诸多优点，应该在国内航空制造业中发挥至关重要的作用。

尽管航空制造业有区别于汽车工业的行业特点，但汽车工业的物联网技术应用对国内航空制造业有较大的参考借鉴作用。本文对物联网技术在国内制造业，特别是汽车工业方面的应用进行了综述，从汽车零件制造环节、涂装工艺、装配环节、整车物流及企业综合管理等多个方面，对国内多个企业和研究机构的物联网技术应用情况，进行了详细的阐述和分析。分析结果阐述了物联网技术应用有着广阔的前景，而且随着制造业与物联网技术的进一步融合，未来的物联网技术将无处不在。

目前，物联网技术在国内航空制造业的应用远落后于汽车工业及其他领域。采用物联网技术可以对航空制造业生产线智能管理、货物识别与跟踪、仓储智能控制、售后服务等方面进行优化与改进。物联网技术不仅可以解决航空制造业在生产、仓储管理等诸多方面的问题，还可以为航空制造业的发展提供更广阔的思路。