在2020年新冠疫情爆發(fā)后復工復產、提振經濟的背景下，新基建、產業(yè)園區(qū)等成為國家重點發(fā)展方向。與世界先進軍工企業(yè)相比，我國航天企業(yè)依托智慧園區(qū)開展智能制造的能力建設水平存在一定差距，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息共享管理尚未形成閉環(huán)，上下級之間和上下游之間的信息交互仍有諸多壁壘，阻礙了航天科技工業(yè)型號產品研制生產效率的提升，以及綜合實力的全面發(fā)展。受疫情影響，航天產品研制生產管理、園區(qū)保衛(wèi)保密管理、生產綜合保障運行管理的大數(shù)據(jù)信息深化共享需求愈加強烈，但相關建設都還處于摸索過程，各類建設過程以及結合航天行業(yè)自身特點的建設需求仍存在一定問題。因此，筆者基于對傳統(tǒng)航天園區(qū)存在不足及新型航天園區(qū)的智慧化需求，對航天智慧園區(qū)的建設規(guī)劃設計重點方向進行研究探討，為進一步提升現(xiàn)有航天園區(qū)現(xiàn)代化水平、建立航天智慧園區(qū)的頂層規(guī)劃、優(yōu)化改善園區(qū)運行情況提出可行性建議。
一、航天工業(yè)智慧園區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀
1.內涵
基于智慧園區(qū)的定義和航天企業(yè)特點，筆者認為航天工業(yè)智慧園區(qū)是借助新一代物聯(lián)網、云計算、信息通信、大數(shù)據(jù)等技術，實現(xiàn)各子系統(tǒng)間互聯(lián)與集成，目的是將航天園區(qū)的各子系統(tǒng)連接起來，使航天園區(qū)生產工藝運行更加規(guī)范智能、基礎設施更加完善、人員管理更加人性化。在航天軍工方面，使園區(qū)具備系統(tǒng)級協(xié)同仿真和敏捷試制能力，實現(xiàn)科研生產數(shù)字化研發(fā)、網絡化管控、柔性化制造、自動化檢測、智能化物流、智慧化決策的目標，最終促進航天園區(qū)經濟生態(tài)發(fā)展更加和諧。
2.現(xiàn)狀及趨勢
我國傳統(tǒng)的航天科研生產園區(qū)起步建設時間較早，在基礎設施建設方面，園區(qū)原有建筑物基本按照“立項一個，建設一個，使用一個”的思路實施，缺乏宏觀規(guī)劃性，導致保衛(wèi)保密設施、公共動力配套設施、生產流水線管理等園區(qū)統(tǒng)籌管理條件及其信息管理系統(tǒng)不夠經濟合理，不同的信息管理系統(tǒng)由不同部門負責管理實施，缺乏相應的企業(yè)級、院級以及行業(yè)標準。隨著國家對產業(yè)園區(qū)的投入增加，航天園區(qū)發(fā)展趨勢趨向于智能化、智慧化。
國家國防科技工業(yè)局在“十三五”規(guī)劃中提出“把智慧園區(qū)建設納入信息化能力建設投資方向，借助先進信息技術和系統(tǒng)工程技術，為產品研發(fā)全生命周期活動中的人、物、環(huán)境提供智慧化的感知、互聯(lián)、輔助和協(xié)同。”通過智能監(jiān)控、智能物流管理及網絡信息的有效結合，保證了航天園區(qū)生產效率穩(wěn)步提高。現(xiàn)階段，在我國航天園區(qū)智慧化建設的過程中，生產方面基本具備了三維數(shù)字化設計、結構數(shù)據(jù)工藝編織、專業(yè)數(shù)字仿真實驗能力，具備了跨院所、園區(qū)、地域的數(shù)據(jù)互通、數(shù)字化生產制造能力;在管理方面，各院所緊密合作，信息化專業(yè)人才資源相對豐富。
航天園區(qū)與傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)相比，軍工生產需求較為嚴格，針對軍工行業(yè)小批量、多品種、精密復雜、高質量要求等產品特點，對符合產品特色的自動化、智能化、柔性化、可視化、集成化、決策科學化的智能化生產線需求日趨強烈，但是我國航天園區(qū)針對性的智能生產線和智慧園區(qū)的規(guī)劃設計尚且不足，生產工藝效率及成果研發(fā)進展較慢，缺乏數(shù)字化設計制造協(xié)同系統(tǒng)、數(shù)字化試制試驗單元以及協(xié)同研制流程。
二、重點規(guī)劃建設方向需求分析
隨著科研信息化水平的不斷提高，科研智能化對于智慧園區(qū)的需求越來越大。依靠傳統(tǒng)航天工業(yè)園區(qū)“設備+人員管理”的粗糙模式已遠遠不能滿足當前航天產業(yè)發(fā)展的各類需求(見圖1)。隨著工業(yè)化進程的不斷加快，生產能力及生產需求的大幅提升，以信息化輔助生產的管理模式也逐步暴露出一些不足。
一是不同的設備缺乏統(tǒng)一信息管理平臺，缺少涵蓋信息物理系統(tǒng)、產品全生命周期管理、資源管理、設計數(shù)據(jù)管理、生產制造執(zhí)行、工藝管理、方針和試驗數(shù)據(jù)管理、園區(qū)綜合運行管理的集成系統(tǒng)，無法實現(xiàn)各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享統(tǒng)計分析以及深度智能應用。
二是現(xiàn)有園區(qū)的生產和自動化效率不高。雖然擁有自動化程度較高的設備，但是在使用中還是以單機或局部少數(shù)設備聯(lián)動為主，不僅如此，加工制造生產流程的科學性較低，工作人員操作效率不高，從而導致時間浪費較多。而數(shù)字化工廠的建設，將有效提高生產效率，節(jié)省機械制造的時間，進而提高加工制造的效率。
圖1 航天園區(qū)智慧化建設需求
三是由于航天園區(qū)科研辦公和生產制造區(qū)域產生和保存著較多重要文件、圖紙、信息等，需要嚴格確保安全保密條件，對于多級加密、容災備份、數(shù)據(jù)冗余、安全防護、工控系統(tǒng)等安全保障能力提出了更高的要求。航天智慧園區(qū)的建設，使工作人員可以遠程控制電腦，減少了加工制造過程中的人工參與，園區(qū)內部網絡系統(tǒng)將涉密網和非密網有效隔離，有效地解決了保密問題。
四是在園區(qū)基礎及運行服務管理方面，傳統(tǒng)的園區(qū)管理注重基礎設施管理以及公共服務，難以保證航天園區(qū)多樣化的需求，且服務管理效率較低。
三、規(guī)劃設計建設方案研究
設計層面，針對航天園區(qū)建設現(xiàn)狀及存在的問題進行梳理總結，并結合現(xiàn)狀進行規(guī)劃設計。在整體定位規(guī)劃方面，結合建設園區(qū)整體發(fā)展定位，匯總近期建設需求并制定遠期建設任務;明確總體建設目標及各分期建設的階段目標，有效控制整個園區(qū)的建設節(jié)奏，分期分批建設，最終實現(xiàn)園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。設計過程中，充分利用園區(qū)現(xiàn)有信息系統(tǒng)(見圖2)對其進行升級改造，對已有設備基礎進行數(shù)字化、網絡化改造提升;設計集數(shù)據(jù)分析、事前預防、預防性維修、緊急預案、遠程處理、應急聯(lián)動以及未來改進等智慧功能綜合管理平臺;通過了解和分析園區(qū)5～10年及以上規(guī)劃，對園區(qū)各部分管理系統(tǒng)進行前瞻性規(guī)劃設計，對未來發(fā)展進行預判，滿足長遠體系發(fā)展及需求;參照已有國標、行標、企標等進行設計，使智慧化系統(tǒng)形成所級、院級或者行業(yè)標準。
1.頂層規(guī)劃設計
航天園區(qū)建設，以提升信息化水平為根本，以提高科研生產能力為驅動，以建設需求為導向，以融合高新技術為推力，以實現(xiàn)“四化”為抓手，按照科學謀劃、合理布局、近遠期建設結合、前瞻性和可操作性結合的方針，綜合園區(qū)單體數(shù)字化、群體網絡化、整體智能化、長遠體系化4個方面進行總體規(guī)劃與設計。
充分利用現(xiàn)有基礎條件，考慮未來長遠規(guī)劃，采用打破信息孤島、融合高新技術、升級軟件系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)集成等設計理念，補充現(xiàn)有不足，完成智慧園區(qū)專項規(guī)劃設計，實現(xiàn)園區(qū)的能源(水、電、氣、熱)、通排風、通信、消防、安防、輻射監(jiān)測、科研生產管理等的“單體數(shù)字化、群體網絡化、整體智能化、長遠體系化”的發(fā)展目標。建立新型協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)廣域范圍的協(xié)同研制以及跨網絡區(qū)域能力單元的動態(tài)配置和優(yōu)化。
圖2 航天園區(qū)智慧化系統(tǒng)建設總體框架
2.生產工藝
數(shù)字化工業(yè)體系是實現(xiàn)未來企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展目標的基礎，是適應未來專業(yè)技術創(chuàng)新、產業(yè)規(guī)模發(fā)展要求的工業(yè)支撐體系。因此，未來的工業(yè)體系模型應充分借鑒國內外的成功經驗，運用系統(tǒng)工程、并行工程、知識工程等先進理論和信息化技術，以信息化帶動傳統(tǒng)工業(yè)體系升級，實現(xiàn)“兩化”融合，逐步形成產品數(shù)字化工業(yè)新體系。
采用“平臺發(fā)展”“分級實施”模式。基于成熟的系統(tǒng)平臺實現(xiàn)共性基礎數(shù)據(jù)集成與協(xié)同，平臺統(tǒng)一選型、統(tǒng)一建設。打造柔性化生產支撐能力，建立所級精益生產管控信息中心，集中管控各生產單位之間的物流、計劃、質量信息，通過各類資源的統(tǒng)一合理調配，實現(xiàn)生產大排產。建立各生產產品和型號基礎數(shù)據(jù)庫、網絡支持平臺，打通總體之間、各單機之間、系統(tǒng)與單機之間的數(shù)據(jù)傳遞接口，豐富產品關鍵特性管理手段，提升數(shù)據(jù)分析能力。建立可研生產協(xié)同滾利模式，形成型號可研生產的過程管控及精細化管理能力。同時，在各生產單位工業(yè)控制局域網全網聯(lián)通的基礎上，實現(xiàn)涉密網與工業(yè)控制網的全面聯(lián)通，加快兩網之間的數(shù)據(jù)傳輸效率。
3.園區(qū)運行
航天智慧園區(qū)涉及智慧市政、智慧交通、智慧社區(qū)，涵蓋園區(qū)內部的諸多方面。完成市政設施管理的智慧化建設，包括照明、道路感知系統(tǒng)、管網智能管理系統(tǒng);路面層次設計，做好園區(qū)內部的公共交通引導，包括交通疏導系統(tǒng)、停車輔助系統(tǒng)、出行查詢系統(tǒng);對于來訪人員，進行證件智能識別;對于園區(qū)內部員工子女教育，建立教育專網、教育信息化服務平臺、信息發(fā)布系統(tǒng)等。
4.保衛(wèi)保密系統(tǒng)
園區(qū)保衛(wèi)保密系統(tǒng)是航天園區(qū)有序穩(wěn)定運營的基礎，在智慧園區(qū)的建設過程中必須關注保衛(wèi)保密系統(tǒng)中所涉及的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過園區(qū)內的各類監(jiān)測攝像頭和大數(shù)據(jù)計算，對園區(qū)內部的人員以及相關車輛進行識別，以保證園區(qū)內部安全，對于陌生人員應及時反饋到報警中心。
智能報警系統(tǒng)。通過在園區(qū)設置各類監(jiān)測點，利用物聯(lián)網等方式實現(xiàn)智能報警并及時傳送到報警中心。
門禁系統(tǒng)。通過在園區(qū)內部使用門禁，保證園區(qū)內部各個出入口、辦公樓的進出安全。針對不同級別的人員設置相應級別的門禁卡，方便園區(qū)管理。
5.信息化平臺軟硬件設計層面
航天智慧化園區(qū)建設不僅需要各個子系統(tǒng)硬件及設施的有效建設，還需要通過網絡信息平臺對各個數(shù)據(jù)進行匯總傳輸，實現(xiàn)對各個系統(tǒng)的集中控制與訪問，最終將數(shù)據(jù)、指令、決策、狀態(tài)等信息反饋到呈現(xiàn)層的各顯示界面，為管理者提供園區(qū)狀態(tài)的實時信息。統(tǒng)籌管理信息化平臺建設的各個層面，包括通信網、涉密網、工業(yè)網、工控網、消防網，安防網6個部分。
為完成整個網絡信息系統(tǒng)的建設，一是應采用專業(yè)的智能傳感設備，能夠完整、實時、準確地得到各個應用層的數(shù)據(jù)，提供有效的基礎支撐;二是運用專業(yè)的系統(tǒng)集成技術，包括物聯(lián)網光纖技術、自動化智能控制技術、區(qū)域地災檢測技術，以及動力環(huán)境設備數(shù)據(jù)等等專專業(yè)業(yè)領領域域內內的的頂頂尖尖技技術術;;三三是根據(jù)管理者級別及權限的不同以及生產過程中的實際需求，為管理者提供多樣化的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式。
6.建筑物載體和水暖電基礎設施
為了保障園區(qū)智慧化管理的有效運行，應充分考慮各項基礎設施在設計階段的智慧化需求。針對排水設計層面，應建立水力能源監(jiān)控系統(tǒng)，包括航天園區(qū)內用水和其余用水系統(tǒng)。其中，園區(qū)內用水包括工業(yè)用水、生活用水、污廢水處理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)互聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng);其余用水包括綠化、空調等用水數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)水資源遠程互聯(lián)網監(jiān)控，一方面，通過系統(tǒng)應用層面實時采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)管網故障，提高維護效率;另一方面，對于污水處理系統(tǒng)，通過互聯(lián)網數(shù)據(jù)對其進行數(shù)據(jù)采集，通過自動控制柜實現(xiàn)自動化運行遠程控制，并在原有污廢水處理系統(tǒng)基礎上對工藝中間水池進行改造，監(jiān)控各個水池水位，以保證處理系統(tǒng)的有序運行。
電力設計層面，依托運營管理理軟軟件件，，分分區(qū)區(qū)域域完完成成集集控控、、分分控控等功能，通過點擊負荷開關，可查詢到電力參數(shù)，如三相變壓、三相電流、有功功率、無功功率，頻率等。電力監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)劃主要包括低壓生產能源監(jiān)控、中低壓配電站的設備及聯(lián)網通信、高壓變電站設備及聯(lián)網通信設計等。
同時，通過智能管理軟件對分布在不同物理空間、地域的通排風機組變量以及設備狀態(tài)進行采集監(jiān)控，實現(xiàn)分布式調節(jié)及監(jiān)控。改變傳統(tǒng)通排風運行方式，通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)通排風的統(tǒng)一管理，進行數(shù)據(jù)處理分析，實施告警等功能，增加遠程、本地監(jiān)控功能，便于值班人員操作。當風機出現(xiàn)故障時，自動切換其他風機啟動運行，有效保障園區(qū)通排風系統(tǒng)的可操作性及可靠性。設計過程中，根據(jù)不同科研生產區(qū)域的全新風、溫濕度及環(huán)境要求，設定不同的參數(shù)，尤其是對室內外壓差要求較為嚴格的場合下，通過對送、排風風量的調節(jié)，從而達到穩(wěn)定的壓差。
筆者通過分析我國航天園區(qū)相關需求及條件，結合我國航天事業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出針對性的可行性措施，以期進一步促進園區(qū)工業(yè)化與信息化深度融合，助力我國“十四五”期間的航天事業(yè)發(fā)展。
為了保障園區(qū)智慧化管理的有效運行，應充分考慮各項基礎設施在設計階段的智慧化需求。針對排水設計層面，應建立水力能源監(jiān)控系統(tǒng)，包括航天園區(qū)內用水和其余用水系統(tǒng)。其中，園區(qū)內用水包括工業(yè)用水、生活用水、污廢水處理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)互聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng);其余用水包括綠化、空調等用水數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。(作者：常健 趙利鋒 顧東鋒 史建中 鄭向陽)
