基于標準化崗位的航天火工品數字化快速工藝及其應用*

胡韶華　柏占偉　伍小兵　汪女輝

(①重慶工程職業技術學院電氣工程學院，重慶 402260；②中國航天科技集團公司川南機械廠，四川 瀘州 646003)

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基于標準化崗位的航天火工品數字化快速工藝及其應用*

胡韶華①②柏占偉①伍小兵①汪女輝①

(①重慶工程職業技術學院電氣工程學院，重慶 402260；②中國航天科技集團公司川南機械廠，四川 瀘州 646003)

針對航天火工品現有工藝編制過程中存在一致性差，編制時間長，對工藝人員個人水平依賴度高等問題，提出了一種基于標準化崗位的數字化快速工藝技術。首先，通過產品流程梳理建立崗位標準體系，涵蓋所有產品涉及的崗位；其次，對崗位內容進行標準化，具體內容包括：崗位通用工藝文件、崗位操作守則、崗位標準操作手法、崗位數據記錄模板等；最后，利用數據庫將產品生產過程與標準崗位內容進行關聯，實現產品工藝的快速編制。試運行結果表明，基于標準化崗位的快速工藝能提高工藝的編制效率和準確度。

數字化制造；標準化崗位；知識庫；快速工藝

中國分類號：TH122文獻標識嗎：A

航天火工品是一種典型的多品種，多批次，少批量,高可靠性的特殊產品，對工藝和質量控制要求極高[1]，航天火工品生產存在很多手工裝配和實驗環節，很多需要識別操作及檢驗的風險點,這些都需要嚴格的工藝文件去保證。工藝是連接設計與制造的橋梁和紐帶，也是生產過程中唯一技術依據[2]。對于具有1 000多種產品，同時在線生產達上百種的定制型企業而言,工藝文件的編制和控制十分困難。

傳統工藝是人工基于經驗來完成的，這種編制工藝的方式一方面需要經驗豐富的工藝人員來保證工藝的準確性和編制效率，另一方面存在對工藝人員依懶性強，且難以保證工藝的一致性[3]。為解決這一問題，過去幾十年里，全世界學者和工程師們將計算機輔助方法引入到工藝規劃領域，推動了計算機輔助工藝規劃(CAPP)的發展[4]。CAPP在過去幾十年里主要集中在特征識別與提取[5-7]，工藝知識表示[8-10]，工藝推理與決策[11-13]等方面的研究。但由于工藝規劃涉及的資源多，產品自身的特性等因素使得現在商品化CAPP拋棄了工藝自動化決策的思想和自動化設計的思路，只是提供一個工藝編制的平臺，大量的工作由工藝人員來完成，系統只是完成簡單的數據填寫和表格生成工作，不能適應航天火工品生產信息化的要求[2]。

目前航天火工品工藝只能使用CAPP的編制平臺由工藝人員手工編制。這種方式存在如下較大問題：(1)對工藝人員依懶性強。航天火工品生產存在很多手工裝配和實驗環節，很多需要識別操作及檢驗的風險點，如何控制這些風險點很大程度上依賴于工藝員的個人水平；(2)工作量大，編制效率低。現有工藝大部分是在CAPP提供的模板上需要手動編制工藝文件平均每套在10天左右；同時為上百種產品編制、維護工藝的工作量巨大；(3)工藝共享程度差。現有工藝以紙質或單個獨立的電子文件存在，優秀的工藝無法共享。這種工藝編制顯然無法滿足航天產品的細化量化要求，不利于航天火工品制造水平的提升。

通過近2年研究產品流程及標準化崗位發現，整個火工品的生產流程其實是由一系列標準崗位組成，每個崗位由固定的工作內容和指標。不同的火工品生產就是不同崗位的組合，崗位標準化和產品多樣化這兩個看似矛盾的個體在這里卻得到了統一。如果能對每個崗位的工藝進行標準化，那么編制產品工藝就是這些標準化崗位工藝模塊的組合，這為實施數字化快速工藝提供了理論依據和可行性。基于標準化崗位的數字化快速工藝的主要思想是將產品生產的各個環節進行標準化，每個環節的工藝內容、操作手法、相關資源進行標準化，做成數據庫，工藝人員只需要調用一系列各環節的標準化工藝，然后快速生成產品工藝文件。

1　基于標準化崗位的數字化快速工藝體系

航天產品工藝包括兩個基本工藝概念：一是通用工藝，也稱崗位工藝；二是專用工藝，也稱產品工藝。一般工業界所稱的工藝都是專用工藝(產品工藝)。專用工藝是和產品一一對應的，即一種產品(甚至同一種產品不同生產批次)就有一套對應工藝，數量大(約1 500個)而且動態的，不易直接標準化；通用工藝是和生產過程中的基本環節(也稱標準崗位)一一對應的，與具體產品沒有直接對應關系，數量相對較少(約300個)而且相對固定，較易標準化。

基于標準化崗位的數字化快速工藝的基本思路就是利用通用工藝來生產專用工藝(圖1所示)。工藝分級管理的核心在于崗位標準化。崗位標準化的過程是將工藝進行逐級分解，將設計、工藝和操作要求層層落實到具體的崗位和操作中，使操作者的每一步操作都做到有法可依，并做到過程記錄標準統一，輸出數據規范完整。根據航天火工品工藝技術和管理流程的特點確定工藝分級管理模式為：

專用工藝(產品工藝)=崗位通用工藝+崗位操作守則+崗位操作手法(重點環節操作演示視頻)+通用設備操作守則。

其中通用工藝、操作守則和操作手法都是基于標準化崗位建立的。工藝分級管理體系建設完成后，產品工藝的編制就顯得簡單而易行，工藝人員只需要根據產品特點，按照工藝流程將標準崗位組合起來，編制崗位流程表，明確接口參數和個性化要求，即可快速生成產品工藝文件。

2　基于崗位標準化的數字化快速工藝的關鍵技術

如前所述，基于標準化崗位的數字化快速工藝就是在通用工藝標準化的基礎上實施標準化，將對應的工藝及相關資源做成標準的數據庫，工藝人員在編制某種產品的專用工藝時只需按照產品生產過程涉及的對應崗位的專用工藝調用，快速生產產品工藝。

2.1崗位劃分(流程梳理)

實施數字化快速工藝的第一步就是流程梳理，即崗位劃分。將所有不同類型的流程(即產品過程)進行合理拆分，使之成為一系列相對獨立的單元。對全部類型的產品進行拆分后，將內容相同的單位進行合并，形成一系列的獨立單元，就完成了崗位劃分。

崗位劃分的基本原則：(1)獨立性，每個崗位的工作內容具有相對獨立性，并具有專業性；(2)固定性，每個崗位的工作內容、操作手法、記錄的數據必須是固定的，不應隨產品的變化而發生變化。如振動試驗，有的產品是做定頻振動、有的產品是做隨機振動。則振動崗位必須進一步細分，直到其工作內容與產品無關為止；(3)連續性，一個崗位的操作內容必須是連續的，若存在中斷或穿插，應進行崗位細分；(4)最大公約數原則，在實施崗位劃分中存在崗位過細、冗余的問題，需要按照最大公約數原則進行合并。比如，A產品由標準化崗位1、2、3、4組成；B產品由固定崗位1、2、3、5組成；并且其余產品由固定崗位1、2、3、N組成。可見崗位1、2、3盡管在工作內容上相互獨立的，但是在不同的產品中始終是同時連續出現的，因此需要將崗位1、2、3合并為一個崗位，以減少崗位數量。

崗位劃分是一個基礎性工作，工作量大，而且沒有固定不變原則，需要在實踐中因地制宜，選擇適合具體產品的劃分方法。

2.2崗位標準化

崗位標準化主要包括對每個標準化崗位的通用工藝、操作守則、操作手法、數據記錄模板等內容進行標準化。

(1)崗位工藝標準化

崗位工藝(通用工藝)是對崗位通用操作要點的通用要求，明確通用的設備、工裝以及控制參數等，為避免在產品工藝中重復進行編制。通用工藝的難點是接口參數的識別，也就是通用操作過程變量的識別。以試驗工藝某崗位為例(圖2)，通過對每類產品試驗流程，工藝控制要素等內容的重復度進行分析，將高重復度的部分固化下來，成為標準化工藝的主體部分(不變量)，成為后續與標準關聯、制作工藝模板的基礎。變量部分由工藝人員選擇填寫，對于不常用的變量，可以通過手動輸入，對于常用的變量，通過總結分析，建立“工藝參數”庫，可以通過軟件功能予以選擇。

(2)操作守則、操作手法、記錄表格的標準化

由于目前航天產品生產過程中自動化程度較低，存在大量的人工操作環節，需要對操作進行規范化；同時，航天產品要求生產過程關鍵質量控制點需要數據記錄。因此，需要對每個崗位的操作守則、操作手法、數據記錄等實施標準化。崗位操作守則即是明確操作者從事該崗位必須掌握的基本技能要求，是操作者上崗前必須掌握和考核的應知、應會內容，其主要內容為崗位的基本要求、操作要點、相關設備的使用要求、安全、質量規定等；而操作守法則是對通用工藝和操作守則中難理解、易出錯的操作過程進行多媒體示范(圖3)。每個對應崗位的數據記錄也應該標準化(圖4)。

(3)其他資源庫的建立

經過與軟件公司討論后一致認為：操作守則、操作手法、通用工藝、崗位風險分析、設備操作守則和產品操作規范等應放入軟件資源庫。一份專用工藝文件生成后，所涉及的所有崗位的操作守則、操作手法、通用工藝和崗位風險分析等內容，軟件應能夠自動篩選出來，供工藝人員、現場操作人員查看，并作為操作者在產品加工前或崗前培訓所用。

(4)崗位及相關資源的編碼

編碼是實施數字化快速工藝的基礎性工作，它是將每個標準化崗位的通用工藝，操作守則、操作手法等自動關系的唯一依據。每個崗位上資源在編碼上存在對應的唯一性，內部相互校驗，是防止出差錯的重要手段。下面以崗位編碼為例，說明編碼規則，其他資源都是在此原則和基礎上擴展而成。

崗位編碼由1位字母(G)與12位數字碼組成。

其中字母G是碼段標識符號。12位數字碼含義如下：數字碼1-2位代表生產流程序號，如通用、機加、特種、裝配、檢測、試驗等；3-4代表產品類型，如點火器、火箭等；5-6位代表專業類型，如01代表車，23代表火箭裝配；7-9位代表專業類型下的具體操作，如涂膠，測試電阻等。10-12為保留字段。

以崗位編碼為G09-01-01-006-000為例，其中，G—崗位；09—表示火工品裝配；01—產品類型是點火器；01—點火器裝配；006—電性能測試；000—保留。所以G090101006000表示的崗位是：點火器裝配過程中電性能測試。

其他資源也運行類似的方式編碼，在某崗位上使用的資源，如操作守則，操作手法，數據采集模板編碼等必須含有對應崗位碼數字。具體編碼此處不再贅述。

3　基于工藝分級管理的快速工藝實施案例

經過前期的準備和策劃，完成了整個工廠的工藝分級管理標準化以下實施工作(其中，完成了232個標準崗位的識別工作，完成通用工藝185份、操作守則191份、操作手法50份)：

(1)對現有產品工藝進行分解、建立一系列可以獨立的工作崗位，并對崗位實施數字化編碼。

(2)建立每個崗位的工作內容、結構參數；確定每個崗位需要采集的工藝數據。

(3)將每個崗位的工藝進行標準化，包括描述語句的標準化、工藝參數的標準化。

(4)每個崗位采集的工藝數據進行表格化，通用化，并制定編碼體系。

(5)對產品編碼、崗位編碼、崗位數據編碼在同一個編碼體系下編碼，相互校驗。

(6)建立產品、崗位、工藝、數據的邏輯網絡，為工藝智能化運行建立邏輯網絡。

(7)基于數據庫在CAPP軟件上做二次開發，用于快速工藝的實施。

下面以某機械部件裝配車間某產品裝配工藝為例，說明基于工藝分級管理的快速工藝系統是如何運行的。某產品的部件裝配需要經過準備工作—下制膠皮—檢驗—清洗零件—配制膠液—涂刷膠液—……—涂刷三防保護劑—檢驗—包裝等20多道工序完成，其中每道工序都有對應的標準崗位及相關資源，編制工藝時選擇對應的崗位(或對應的崗位碼)，與之相關的工藝及其資源就自動導入。

在編制產品工藝時，只需要按照編制流程操作(圖5)，快速生成了該產品的機械裝配工藝(圖6)。

4　結語

航天火工品數字化快速工藝編制系統是在對所有產品生產過程需要的崗位工藝、崗位操作守則及手法、工裝資源、記錄數據等進行梳理和標準化的基礎上，利用信息化技術對這些標準化成果進行固化和提升的成果。對現有CAPP系統進行二次開發，提供可以調用這些資源的接口，形成可以運行的快速工藝編制系統。通過半年的試運行，數字化快速工藝編制系統具有如下優點：

(1)工藝質量明顯提高。將以前工藝專家、操作專家(如特級技師)等專家經驗進行了整理和提煉，形成了可以共享的標準資源。現在編制的工藝水平基本不依賴于某個工藝人員的水平，而是整個工廠工藝水平的綜合體現，質量明顯提高。

(2)編制效率提高。實現崗位標準化的工藝編制工作就像搭積木一樣，只需要選擇相關的崗位，確認相關工藝參數即可，一般1份工藝編制只需要數分鐘就可以完成。

(3)共享程度高。由于采用結構化形式，利用數據庫技術支持，所有工藝的數據源是單一的。如果需要更改，只需要對數據庫作更新維護即可，無需工藝人員逐個查找工藝文件。

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Digital fast process planning technology and application for AIED based on standardized jobs

HU Shaohua①②, BAI Zhanwei①, WU Xiaobing①, WANG Nvhui①

(①School of Electrical Engineering, Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 402260, CHN；②Chuannan Machinery Plant, China Aerospace Science and Technology Corporation, Luzhou 646003, CHN)

For the low consistency of process planning, long preparation time and high dependence on personal ability in the current process planning of AIED(aerospace initiating explosive devices), a digital fast process planning technology for AIED is proposed based on standardized jobs. The first of all, a series of standard jobs are established by process decomposition, which cover all jobs involved all products; then, the process planing file, operating rules and actions and data recording table for every job are standardized; at last, the standardized resources are related to production process by database, which can help to compile a product process planning as fast as possible. The test results show that the process preparation efficiency and precision is improved to large extent by the digital fast process planning technology.

digital manufacturing; standardized jobs; knowledge database; fast process planning

胡韶華，1979年生，高級工程師，博士后，研究方向為航天產品數字化制造、車間節能技術、非標設備研制等，己發表文章30余篇。

(編輯孫德茂)(2015-10-20)

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*中國航天科技集團公司四川研究院工藝研究項目(GYRKT2015-06)