數(shù)字軍工 | 美國洛馬公司四座新建數(shù)字工廠全揭幕

    導(dǎo)讀：

    在美國防部數(shù)字轉(zhuǎn)型的浪潮席卷下，洛馬作為美國乃至全球的頭部軍工公司，正在推進(jìn)“任務(wù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)型”戰(zhàn)略。2021年，該公司計劃新建四座數(shù)字工廠，目前已全部落成，并已經(jīng)或即將接入其“智能工廠框架”（IFF）中，各個工廠實現(xiàn)“萬機互聯(lián)”指日可待。近年來，洛馬持續(xù)致力于“編織”從產(chǎn)品設(shè)計一直到生產(chǎn)和維護(hù)的連續(xù)的數(shù)字線索，引領(lǐng)制造業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型，以響應(yīng)客戶所需的速度、敏捷性和洞察力，領(lǐng)先于不斷發(fā)展的威脅。投資建設(shè)“集最先進(jìn)的軟硬件技術(shù)于大成”的數(shù)字工廠正是洛馬戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要體現(xiàn)。

洛馬數(shù)字產(chǎn)品“元宇宙”的DNA動了��！

（洛馬臭鼬工廠圖片）

    一、何謂智能工廠框架（IFF）

    隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的不斷成熟，洛馬公司的生產(chǎn)線正在采用越來越多通過網(wǎng)絡(luò)連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。設(shè)備的大量涌入，提升了生產(chǎn)能力和對制造過程的管理效率，但同時也為車間運轉(zhuǎn)帶來網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險。為此，洛馬開發(fā)了名為“智能工廠框架”（Intelligent Factory Framework，IFF）的邊緣計算網(wǎng)絡(luò)平臺，該全新的、網(wǎng)絡(luò)安全的和基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)正在用于保護(hù)、擴(kuò)展和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備連接。作為未來全公司范圍的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的基礎(chǔ)，“智能工廠框架”解決方案將以數(shù)字方式連接生產(chǎn)設(shè)施，并實現(xiàn)對工況、狀態(tài)和優(yōu)化情況的前所未有的洞察�！爸悄芄�廠框架”的開發(fā)和初步應(yīng)用被洛馬認(rèn)定為2020年的工作亮點。

    運用應(yīng)用程序編程接口（API）、機器學(xué)習(xí)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代平臺技術(shù)，接入框架中的機器會自動實時報告其性能數(shù)據(jù)和狀態(tài)，“智能工廠框架”網(wǎng)絡(luò)可以自動預(yù)測維護(hù)需求、分析生產(chǎn)性能和監(jiān)控質(zhì)量，可用于避免生產(chǎn)問題、提高效率，并獲得從概念到產(chǎn)品的設(shè)備操作指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)以前需要數(shù)小時甚至數(shù)天才能收集和分析。正如洛馬公司智能工廠和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主管杰夫·丹尼爾斯博士所說：“在某種程度上，我們正在教這些機器與我們交談�，F(xiàn)在，他們可以告訴我們什么時候需要維護(hù)，什么時候預(yù)計可能會出現(xiàn)零件故障，以及我們?nèi)绾慰梢允顾鼈兏�加高效�！?/P>

    “智能工廠框架”網(wǎng)絡(luò)的核心是安全性和標(biāo)準(zhǔn)化。該框架建立在符合美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）800-171 和美國防部新制定的網(wǎng)絡(luò)安全成熟度模型認(rèn)證（CMMC）標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)上�？蚣艿脑O(shè)計還考慮了通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。每臺機器都以一致的數(shù)據(jù)格式發(fā)送健康和狀態(tài)更新，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可共享和分析。這些標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了更高的自動化，為未來應(yīng)用人工智能驅(qū)動的分析來獲得關(guān)于提高制造速度和敏捷性奠定了基礎(chǔ)。

    2020年，洛馬已“智能工廠框架”部署到了7個制造業(yè)務(wù)現(xiàn)場，并啟用了185個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。2021 年，洛馬計劃迅速擴(kuò)大其設(shè)施和網(wǎng)關(guān)支持的設(shè)備的覆蓋范圍，開設(shè)基于“智能工廠框架”的數(shù)字工廠便是這一“Flag”的重要體現(xiàn)了。

    二、四座數(shù)字工廠一覽

洛馬于2021年建成的四座數(shù)字工廠分布圖

洛馬公司圖片

    投資建設(shè)數(shù)字工廠是洛馬推進(jìn)以使命任務(wù)為驅(qū)動的轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵事項，旨在提供其生產(chǎn)勞動力當(dāng)前和未來所需的柔性、智能和技術(shù)支持的空間。于2021年完工的四座全新數(shù)字工廠均基于已經(jīng)公司范圍內(nèi)驗證的技術(shù)。四座數(shù)字工廠分別是太空部在佛羅里達(dá)州泰特斯維爾市開設(shè)的STAR中心、航空部在加利福尼亞州帕姆代爾市臭鼬工廠開設(shè)的數(shù)字工廠、太空部與導(dǎo)彈和火控（MFC）部在阿拉巴馬州考特蘭聯(lián)合開設(shè)的高超聲速打擊數(shù)字生產(chǎn)基地、導(dǎo)彈和火控部在阿拉巴馬州特洛伊新建的聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈（JASSM）數(shù)字工廠。

    1佛羅里達(dá)州STAR中心

佛羅里達(dá)州“STAR”中心工廠簡介

洛馬公司圖片

    2021年7月，洛馬公司正式開設(shè)其“航天器試驗、組裝和資源”（STAR）中心，該先進(jìn)制造設(shè)施主要用于擴(kuò)大NASA 獵戶座航天器的生產(chǎn)規(guī)模。這座5.5萬平方英尺的建筑曾是佛羅里達(dá)太空營和宇航員體驗景點，經(jīng)過為期18個月、耗資2000萬美元的改造和現(xiàn)代化，該設(shè)施將成為獵戶座飛船的尖端生產(chǎn)中心。對于獵戶座項目，STAR中心將負(fù)責(zé)：

    裝配和試驗獵戶座外殼隔熱板和后殼板，包括熱保護(hù)系統(tǒng)的安裝

    乘員艙和乘員艙適配器線束的生產(chǎn)和測試

    推進(jìn)、環(huán)境控制和生命維持系統(tǒng)的裝配和測試

    電氣地面保障設(shè)備的生產(chǎn)

    本著將數(shù)據(jù)視為戰(zhàn)略資產(chǎn)的理念，STAR中心的30余臺機器，以及NASA O&C的機器均將接入“智能工廠框架”，這種互聯(lián)性使STAR中心和運行與檢查（O&C）人員能夠?qū)崟r訪問有價值的數(shù)據(jù)，提高效率、管理能力和監(jiān)控工作流程、系統(tǒng)和設(shè)備。STAR中心還積極整合了在O&C中使用的智能工具，包括虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）工具。

    2加州棕櫚谷“臭鼬工廠”智能工廠

加州棕櫚谷“臭鼬工廠”智能工廠簡介

洛馬公司圖片

    2021年8月，洛馬公司宣布其位于加州棕櫚谷“臭鼬工廠”廠區(qū)的“智能-柔性工廠”已完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，該廠區(qū)也是“臭鼬工廠”航空開發(fā)中心的總部。這座占地 21.5萬平方英尺的工廠具備數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，能夠集成智能制造手段（如機器人、人工智能和增強現(xiàn)實技術(shù)）、搭載物聯(lián)網(wǎng)并快速、經(jīng)濟(jì)地提供尖端解決方案。工廠已接入“智能工廠框架”，并融合了先進(jìn)制造環(huán)境和柔性的工廠結(jié)構(gòu)。

    這座新工廠將用于為哪位客戶生產(chǎn)何種裝備仍是機密，但“臭鼬工廠”副總裁兼總經(jīng)理杰夫·巴比奧尼表示，新工廠的技術(shù)讓“臭鼬工廠”進(jìn)入了下一個數(shù)字革命，他希望工廠能建造戰(zhàn)斗機、偵察機以及高超聲速導(dǎo)彈。巴比奧尼拒絕透露美國空軍的“下一代空中主宰”（NGAD）項目是否會在這里建造，但該工廠可以同時批量生產(chǎn)多個項目。

    3阿拉巴馬州高超聲速導(dǎo)彈工廠

阿拉巴馬州高超聲速導(dǎo)彈工廠簡介

洛馬公司圖片

    2021年10月，洛馬公司在阿拉巴馬州考特蘭建成了 6.5萬平方英尺的高超聲速導(dǎo)彈裝配大樓 （MAB 4），這里曾是二戰(zhàn)時期美國空軍基地的舊址。該“數(shù)字優(yōu)先”工廠匯集了洛馬公司所有最好、最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，意味著洛馬可以充分利用數(shù)字工程實踐，徹底改變在美國本土開發(fā)和生產(chǎn)高超聲速系統(tǒng)的方式。

    MAB 4的技術(shù)團(tuán)隊將利用機器人涂層、智能扭矩工具、人工智能、增強現(xiàn)實和基于模型的數(shù)據(jù)應(yīng)用等尖端技術(shù)，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)構(gòu)建數(shù)字線索�；�于數(shù)字化制造能力，團(tuán)隊已經(jīng)為國防部交付了多用途高超聲速打擊項目，包括常規(guī)快速打擊（CPS）、遠(yuǎn)程高超聲速武器（LRHW）和空射快速反應(yīng)武器（ARRW）。該設(shè)施中的機器將在2022年初連接到公司的“智能工廠框架”。

    4阿拉巴馬州聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈工廠

尚未完整公布的阿拉巴馬州聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈工廠簡介

洛馬公司圖片

    洛馬尚未正式公布第四個數(shù)字工廠的開啟，從其已披露的信息可以看出，該工廠位于阿拉巴馬州特洛伊市，占地22.5萬平方英尺，是四個數(shù)字工廠中面積最大的。工廠主要用于為美國空軍生產(chǎn)聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈（JASSM），具備先進(jìn)的工廠仿真、增強現(xiàn)實、機器人噴涂等技術(shù)。該設(shè)施中的機器也將在2022年連接到洛馬公司的“智能工廠框架”。

    在美空軍2022財年預(yù)算申請文件中，空軍重點增加防區(qū)外打擊武器采購量，AGM-158B增程型聯(lián)合空地防區(qū)外導(dǎo)彈數(shù)量增幅超25%，并申請1.41億美元采購首個生產(chǎn)批次的12枚AGM-183A空射快速響應(yīng)武器高超聲速導(dǎo)彈，阿拉巴馬州新建的這兩座專注于生產(chǎn)高超聲速導(dǎo)彈和聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈的數(shù)字工廠無疑為空軍采購更先進(jìn)的彈藥提供了堅實的供應(yīng)保障。

    除了這四個新工廠，洛馬的其他工廠也正在保留現(xiàn)有項目基礎(chǔ)設(shè)施的同時，進(jìn)行部分的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。德克薩斯州沃斯堡的F-35“閃電”II工廠就是典型案例。總的來說，這些新工廠和正在升級的工廠代表了洛馬公司對美國工業(yè)制造能力的投資，正在以不斷進(jìn)步的速度生產(chǎn)負(fù)擔(dān)得起的尖端產(chǎn)品。在現(xiàn)實世界中開工之前，數(shù)字工程就把制造專業(yè)知識帶入了產(chǎn)品生命周期。通過數(shù)字模型，可以模擬工廠流程，并在實物生產(chǎn)之前進(jìn)行虛擬的制造、組裝、檢查和測試。在未來三年里，洛馬計劃投資超過3.3億美元用于現(xiàn)有工廠的新設(shè)施和數(shù)字化能力建設(shè)。除了輸出高質(zhì)量的硬件產(chǎn)品和平坦的首件學(xué)習(xí)曲線外，數(shù)字工廠正在使用數(shù)字線索來交付產(chǎn)品的數(shù)字孿生，客戶可以使用這些數(shù)字孿生獲知維護(hù)規(guī)劃。

    洛馬將F-35的數(shù)字線索定義為在工程和下游功能（包括制造和保障）中對三維模型的創(chuàng)建、使用和重用

    三、創(chuàng)新技術(shù)賦能數(shù)字工廠

    無論是由全自動機器還是人機協(xié)作，自動化技術(shù)正在被用于標(biāo)記、噴漆、焊接和膠接，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展。智能工具包括所有可移動的、數(shù)字化的、可聯(lián)網(wǎng)的、能夠上傳到數(shù)據(jù)存儲庫的設(shè)備或系統(tǒng)；可追溯的校準(zhǔn)召回系統(tǒng)；能夠度量特定的屬性、特征或工藝過程的手段。具有這些功能的智能工具正越來越多地集成到培訓(xùn)、生產(chǎn)和質(zhì)量保證中，例如使用數(shù)字計量手段進(jìn)行虛擬檢測。此外，智能工具還被用于電子線束板、全廠范圍的項目仿真等�？偟膩碚f，洛馬對這些工具的投資具有深遠(yuǎn)的意義，并有可能獲得指數(shù)級的回報。

    洛馬正在為技術(shù)人員提供智能工具、聯(lián)網(wǎng)機器、網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)鏈和AR/VR技術(shù)，以加快生產(chǎn)和提高質(zhì)量（洛馬公司圖片）

    洛馬公司的制造專家經(jīng)過不斷交流經(jīng)驗教訓(xùn)，確定和采用了在航空航天和國防領(lǐng)域可以應(yīng)用的最佳的技術(shù)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。四個新工廠的能力已經(jīng)在整個公司的現(xiàn)有設(shè)施中得到了證明。例如，增強現(xiàn)實技術(shù)是位于科羅拉多州丹佛市的航天器潔凈室的優(yōu)勢技術(shù)；沃斯堡的第五代戰(zhàn)斗機工廠應(yīng)用了數(shù)百臺先進(jìn)的機器人；在數(shù)字工程的幫助下，數(shù)字工作指令每天都會被發(fā)送到康涅狄格州CH-53K “種馬王”直升機的制造技術(shù)人員手中；在康涅狄格州的先進(jìn)復(fù)合材料中心，被收購的西科斯基公司已經(jīng)完全融入了“智能工廠框架”，該公司的工作人員將設(shè)計環(huán)境與集成的工具、制造過程和計量進(jìn)行數(shù)字化連接，為數(shù)字環(huán)境提供數(shù)字孿生。

    四、結(jié)束語

    洛馬公司“任務(wù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)型”戰(zhàn)略重點以數(shù)字工程、敏捷軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)收集分析等為抓手。軟實力方面，洛馬已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)儲備，從“智能工廠框架”物聯(lián)網(wǎng)平臺到“星驅(qū)動”數(shù)字工程工具集，再到開發(fā)-安全-運維一體化的“軟件工廠”，為數(shù)字轉(zhuǎn)型提供了高效、安全、敏捷的數(shù)字能力基礎(chǔ)；硬實力方面，功能多樣靈活的機器人、具備互聯(lián)條件的先進(jìn)機器設(shè)備，以及今年開設(shè)的多處大型工廠設(shè)施，更是為其戰(zhàn)略愿景提供了堅實的條件保障。

    數(shù)字工廠既存在于實體工廠，也存在于基于云的數(shù)據(jù)池中，是智能、柔性工廠和數(shù)字集成生產(chǎn)設(shè)施的深度融合。洛馬新建的四座數(shù)字工廠全面集成了經(jīng)驗證的最佳實踐和先進(jìn)技術(shù)，并且全方位覆蓋了航天器、高機密等級的尖端武器、高超聲速導(dǎo)彈和聯(lián)合空對地防區(qū)外導(dǎo)彈等被美軍視為應(yīng)對復(fù)雜安全環(huán)境、長久保持軍事優(yōu)勢的重器，是對美軍頂尖裝備工業(yè)基礎(chǔ)和供給能力的進(jìn)一步改造強化。數(shù)字工程已深入人心，且看接下來洛馬如何在美軍擬建的數(shù)字轉(zhuǎn)型“工業(yè)界聯(lián)盟”中發(fā)揮引領(lǐng)作用，以及如何利用這幾座先進(jìn)搖籃為客戶孵化利器。