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航天智慧園區的建設規劃設計重點方向、頂層規劃及優化改善可行性建議

來源:中機院時間:2021-04-08 點擊:3574

筆者通過分析我國航天園區相關需求及條件，結合我國航天事業發展現狀，提出針對性的可行性措施，以期進一步促進園區工業化與信息化深度融合，助力我國“十四五”期間的航天事業發展。

　　在2020年新冠疫情爆發后復工復產、提振經濟的背景下，新基建、產業園區等成為國家重點發展方向。與世界先進軍工企業相比，我國航天企業依托智慧園區開展智能制造的能力建設水平存在一定差距，主要體現在數據信息共享管理尚未形成閉環，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型號產品研制生產效率的提升，以及綜合實力的全面發展。受疫情影響，航天產品研制生產管理、園區保衛保密管理、生產綜合保障運行管理的大數據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，筆者基于對傳統航天園區存在不足及新型航天園區的智慧化需求，對航天智慧園區的建設規劃設計重點方向進行研究探討，為進一步提升現有航天園區現代化水平、建立航天智慧園區的頂層規劃、優化改善園區運行情況提出可行性建議。

　　一、航天工業智慧園區發展現狀
　　1.內涵
　　基于智慧園區的定義和航天企業特點，筆者認為航天工業智慧園區是借助新一代物聯網、云計算、信息通信、大數據等技術，實現各子系統間互聯與集成，目的是將航天園區的各子系統連接起來，使航天園區生產工藝運行更加規范智能、基礎設施更加完善、人員管理更加人性化。在航天軍工方面，使園區具備系統級協同仿真和敏捷試制能力，實現科研生產數字化研發、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，最終促進航天園區經濟生態發展更加和諧。

　　2.現狀及趨勢
　　我國傳統的航天科研生產園區起步建設時間較早，在基礎設施建設方面，園區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，缺乏宏觀規劃性，導致保衛保密設施、公共動力配套設施、生產流水線管理等園區統籌管理條件及其信息管理系統不夠經濟合理，不同的信息管理系統由不同部門負責管理實施，缺乏相應的企業級、院級以及行業標準。隨著國家對產業園區的投入增加，航天園區發展趨勢趨向于智能化、智慧化。

　　國家國防科技工業局在“十三五”規劃中提出“把智慧園區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工程技術，為產品研發全生命周期活動中的人、物、環境提供智慧化的感知、互聯、輔助和協同。”通過智能監控、智能物流管理及網絡信息的有效結合，保證了航天園區生產效率穩步提高。現階段，在我國航天園區智慧化建設的過程中，生產方面基本具備了三維數字化設計、結構數據工藝編織、專業數字仿真實驗能力，具備了跨院所、園區、地域的數據互通、數字化生產制造能力;在管理方面，各院所緊密合作，信息化專業人才資源相對豐富。

　　航天園區與傳統工業園區相比，軍工生產需求較為嚴格，針對軍工行業小批量、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，但是我國航天園區針對性的智能生產線和智慧園區的規劃設計尚且不足，生產工藝效率及成果研發進展較慢，缺乏數字化設計制造協同系統、數字化試制試驗單元以及協同研制流程。

　　二、重點規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的需求越來越大。依靠傳統航天工業園區“設備+人員管理”的粗糙模式已遠遠不能滿足當前航天產業發展的各類需求(見圖1)。隨著工業化進程的不斷加快，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一信息管理平臺，缺少涵蓋信息物理系統、產品全生命周期管理、資源管理、設計數據管理、生產制造執行、工藝管理、方針和試驗數據管理、園區綜合運行管理的集成系統，無法實現各個系統數據的共享統計分析以及深度智能應用。

　　二是現有園區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設備聯動為主，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。而數字化工廠的建設，將有效提高生產效率，節省機械制造的時間，進而提高加工制造的效率。

　　圖1 航天園區智慧化建設需求

　　三是由于航天園區科研辦公和生產制造區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、數據冗余、安全防護、工控系統等安全保障能力提出了更高的要求。航天智慧園區的建設，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，園區內部網絡系統將涉密網和非密網有效隔離，有效地解決了保密問題。

　　四是在園區基礎及運行服務管理方面，傳統的園區管理注重基礎設施管理以及公共服務，難以保證航天園區多樣化的需求，且服務管理效率較低。

　　三、規劃設計建設方案研究
　　設計層面，針對航天園區建設現狀及存在的問題進行梳理總結，并結合現狀進行規劃設計。在整體定位規劃方面，結合建設園區整體發展定位，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，有效控制整個園區的建設節奏，分期分批建設，最終實現園區的可持續發展。設計過程中，充分利用園區現有信息系統(見圖2)對其進行升級改造，對已有設備基礎進行數字化、網絡化改造提升;設計集數據分析、事前預防、預防性維修、緊急預案、遠程處理、應急聯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5～10年及以上規劃，對園區各部分管理系統進行前瞻性規劃設計，對未來發展進行預判，滿足長遠體系發展及需求;參照已有國標、行標、企標等進行設計，使智慧化系統形成所級、院級或者行業標準。

　　1.頂層規劃設計
　　航天園區建設，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“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，綜合園區單體數字化、群體網絡化、整體智能化、長遠體系化4個方面進行總體規劃與設計。

　　充分利用現有基礎條件，考慮未來長遠規劃，采用打破信息孤島、融合高新技術、升級軟件系統、網絡系統集成等設計理念，補充現有不足，完成智慧園區專項規劃設計，實現園區的能源(水、電、氣、熱)、通排風、通信、消防、安防、輻射監測、科研生產管理等的“單體數字化、群體網絡化、整體智能化、長遠體系化”的發展目標。建立新型協同系統，實現廣域范圍的協同研制以及跨網絡區域能力單元的動態配置和優化。

　　圖2 航天園區智慧化系統建設總體框架

　　2.生產工藝
　　數字化工業體系是實現未來企業戰略發展目標的基礎，是適應未來專業技術創新、產業規模發展要求的工業支撐體系。因此，未來的工業體系模型應充分借鑒國內外的成功經驗，運用系統工程、并行工程、知識工程等先進理論和信息化技術，以信息化帶動傳統工業體系升級，實現“兩化”融合，逐步形成產品數字化工業新體系。

　　采用“平臺發展”“分級實施”模式。基于成熟的系統平臺實現共性基礎數據集成與協同，平臺統一選型、統一建設。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，通過各類資源的統一合理調配，實現生產大排產。建立各生產產品和型號基礎數據庫、網絡支持平臺，打通總體之間、各單機之間、系統與單機之間的數據傳遞接口，豐富產品關鍵特性管理手段，提升數據分析能力。建立可研生產協同滾利模式，形成型號可研生產的過程管控及精細化管理能力。同時，在各生產單位工業控制局域網全網聯通的基礎上，實現涉密網與工業控制網的全面聯通，加快兩網之間的數據傳輸效率。

　　3.園區運行
　　航天智慧園區涉及智慧市政、智慧交通、智慧社區，涵蓋園區內部的諸多方面。完成市政設施管理的智慧化建設，包括照明、道路感知系統、管網智能管理系統;路面層次設計，做好園區內部的公共交通引導，包括交通疏導系統、停車輔助系統、出行查詢系統;對于來訪人員，進行證件智能識別;對于園區內部員工子女教育，建立教育專網、教育信息化服務平臺、信息發布系統等。

　　4.保衛保密系統
　　園區保衛保密系統是航天園區有序穩定運營的基礎，在智慧園區的建設過程中必須關注保衛保密系統中所涉及的視頻監控系統、智能報警系統、門禁系統等。

　　視頻監控系統。通過園區內的各類監測攝像頭和大數據計算，對園區內部的人員以及相關車輛進行識別，以保證園區內部安全，對于陌生人員應及時反饋到報警中心。

　　智能報警系統。通過在園區設置各類監測點，利用物聯網等方式實現智能報警并及時傳送到報警中心。

　　門禁系統。通過在園區內部使用門禁，保證園區內部各個出入口、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，方便園區管理。

　　5.信息化平臺軟硬件設計層面
　　航天智慧化園區建設不僅需要各個子系統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據進行匯總傳輸，實現對各個系統的集中控制與訪問，最終將數據、指令、決策、狀態等信息反饋到呈現層的各顯示界面，為管理者提供園區狀態的實時信息。統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的建設，一是應采用專業的智能傳感設備，能夠完整、實時、準確地得到各個應用層的數據，提供有效的基礎支撐;二是運用專業的系統集成技術，包括物聯網光纖技術、自動化智能控制技術、區域地災檢測技術，以及動力環境設備數據等等專專業業領領域域內內的的頂頂尖尖技技術術;;三三是根據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據呈現形式。

　　6.建筑物載體和水暖電基礎設施
　　為了保障園區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，應建立水力能源監控系統，包括航天園區內用水和其余用水系統。其中，園區內用水包括工業用水、生活用水、污廢水處理系統等數據互聯網監控系統;其余用水包括綠化、空調等用水數據監控系統。實現水資源遠程互聯網監控，一方面，通過系統應用層面實時采集數據，發現管網故障，提高維護效率;另一方面，對于污水處理系統，通過互聯網數據對其進行數據采集，通過自動控制柜實現自動化運行遠程控制，并在原有污廢水處理系統基礎上對工藝中間水池進行改造，監控各個水池水位，以保證處理系統的有序運行。

　　電力設計層面，依托運營管理理軟軟件件，，分分區區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，如三相變壓、三相電流、有功功率、無功功率，頻率等。電力監控系統設計規劃主要包括低壓生產能源監控、中低壓配電站的設備及聯網通信、高壓變電站設備及聯網通信設計等。

　　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進行采集監控，實現分布式調節及監控。改變傳統通排風運行方式，通過系統集成實現通排風的統一管理，進行數據處理分析，實施告警等功能，增加遠程、本地監控功能，便于值班人員操作。當風機出現故障時，自動切換其他風機啟動運行，有效保障園區通排風系統的可操作性及可靠性。設計過程中，根據不同科研生產區域的全新風、溫濕度及環境要求，設定不同的參數，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，從而達到穩定的壓差。

　　筆者通過分析我國航天園區相關需求及條件，結合我國航天事業發展現狀，提出針對性的可行性措施，以期進一步促進園區工業化與信息化深度融合，助力我國“十四五”期間的航天事業發展。

　　為了保障園區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，應建立水力能源監控系統，包括航天園區內用水和其余用水系統。其中，園區內用水包括工業用水、生活用水、污廢水處理系統等數據互聯網監控系統;其余用水包括綠化、空調等用水數據監控系統。(作者：常健趙利鋒顧東鋒史建中鄭向陽)

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