MES在航天復(fù)合材料艙段裝配中的研究及應(yīng)用

郭鴻俊 梅 立 王 新 張艷平 林 娜

MES在航天復(fù)合材料艙段裝配中的研究及應(yīng)用

郭鴻俊 梅 立 王 新 張艷平 林 娜

（航天材料及工藝研究所，北京 100076）

針對(duì)航天復(fù)合材料艙段裝配特點(diǎn)及裝配過程中存在的計(jì)劃管理粗放、問題反饋滯后、裝配過程不透明等問題，提出了適用于航天復(fù)合材料裝配生產(chǎn)線的MES建設(shè)方案并詳細(xì)論述了MES的功能組成及應(yīng)用效果。通過MES的應(yīng)用，不但有效解決了傳統(tǒng)裝配中存在的問題，而且綜合提升了航天復(fù)合材料裝配過程中精細(xì)化管控能力，滿足型號(hào)任務(wù)快速增長(zhǎng)及質(zhì)量精細(xì)化控制的要求。

復(fù)合材料艙段裝配；MES；精細(xì)化管控

1 引言

近年來(lái)，隨著航天型號(hào)任務(wù)和企業(yè)橫向開發(fā)任務(wù)的不斷增多，企業(yè)承擔(dān)的任務(wù)呈現(xiàn)密集增長(zhǎng)趨勢(shì)，且這些任務(wù)研制周期更短、技術(shù)狀態(tài)更加復(fù)雜、質(zhì)量及可靠性要求更高，這就要求企業(yè)具備更高的科研管控能力、資源協(xié)調(diào)能力、生產(chǎn)線快速響應(yīng)能力、過程精細(xì)化管控能力等綜合提升制造效率及質(zhì)量可靠性[1，2]。

先進(jìn)復(fù)合材料由于自身具有高比強(qiáng)度、高比剛度、性能可設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)功能一體化、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體化和大型化等優(yōu)點(diǎn)，是武器裝備高性能化的關(guān)鍵技術(shù)，復(fù)合材料制造已經(jīng)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外航空航天制造領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。而復(fù)合材料相對(duì)金屬材料，其工藝更加復(fù)雜、研制效率低、過程管控難度大，這也推動(dòng)復(fù)合材料企業(yè)必須應(yīng)用更高效的技術(shù)手段解決其研制效率低及過程管控困難等問題。

為此，航天材料及工藝研究所積極開展信息化管控技術(shù)研究，建立了以MES為核心的車間級(jí)信息化管控平臺(tái)，以復(fù)合材料艙段裝配為應(yīng)用對(duì)象，實(shí)現(xiàn)裝配過程全流程精細(xì)化管控，達(dá)到“資源快速到位、生產(chǎn)線快速響應(yīng)、質(zhì)量過程可控”的管理目標(biāo)。

2 復(fù)合材料艙段裝配過程管理特點(diǎn)及存在的主要問題

2.1 復(fù)合材料艙段裝配特點(diǎn)

復(fù)合材料部段裝配相對(duì)金屬材料，制造過程參數(shù)多且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大、工藝流程長(zhǎng)、裝配周期長(zhǎng)、過程管控難度大，主要表面在：

裝配周期長(zhǎng)、過程管理困難，典型艙段裝配周期一般為45d，復(fù)雜艙段的裝配周期為90d。同時(shí)配套材料都有嚴(yán)格的保管期和保存條件，不像金屬材料可以長(zhǎng)期放置在車間現(xiàn)場(chǎng)，極需精細(xì)化管理配套原材料。

人工作業(yè)工作量大，過程管控困難，由于復(fù)合材料部段結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、固化變形及加工過程中易出現(xiàn)分層等工藝技術(shù)難點(diǎn)，自動(dòng)化程度低，裝配作業(yè)還是以人工為主，人工涂膠、人工試配、人工制孔等工作量極大，單發(fā)產(chǎn)品需鉆制上千個(gè)連接孔，人為質(zhì)量差錯(cuò)率高，過程管控困難。

復(fù)合材料艙段裝配配套物料種類多樣、數(shù)量多，以某型號(hào)產(chǎn)品為例，其配套金屬零件、復(fù)合材料小零件、標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件單發(fā)規(guī)格和種類有160類，超過3233件，按艙段年產(chǎn)裝配量100件計(jì)算，需要管理的物料有三十萬(wàn)余件。

2.2 裝配生產(chǎn)線管理方面存在的主要問題

裝配計(jì)劃管理過于粗放，計(jì)劃員還主要依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)劃排產(chǎn)，未考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)周期、物料、設(shè)備負(fù)荷等因素，且緊急插單嚴(yán)重，人為主觀干擾因素太多，導(dǎo)致計(jì)劃作用不大、時(shí)效性差；

問題反饋機(jī)制不健全、信息傳遞滯后，相關(guān)信息需要經(jīng)過多個(gè)角色間的口頭傳遞，無(wú)法及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況并解決問題，延誤進(jìn)度，甚至長(zhǎng)時(shí)間的中斷最終影響產(chǎn)品交付。另外，質(zhì)量問題反饋不及時(shí)、造成產(chǎn)品質(zhì)量追溯困難，無(wú)法對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的原材料、工藝、設(shè)備、工量具等因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)質(zhì)量改進(jìn)提供證據(jù)支撐。

裝配過程不透明，生產(chǎn)車間實(shí)時(shí)狀態(tài)不易查知，由于沒有輔以先進(jìn)的數(shù)字手段，生產(chǎn)車間各操作者正在執(zhí)行的任務(wù)、各機(jī)床的加工狀態(tài)、各零部件所在工位和進(jìn)展到的工序等信息，都只能通過到各工位逐一查看或?qū)Ω鞑僮髡咧鹨缓藢?shí)方可得知。

3 建設(shè)方案

針對(duì)當(dāng)前航天復(fù)合材料艙段多型號(hào)并舉、研制與批產(chǎn)混合、多技術(shù)狀態(tài)交叉的特點(diǎn)，結(jié)合復(fù)合材料自身特點(diǎn)和科研管理需求，制定了MES建設(shè)的總體方案和框架，如圖1所示。以裝配計(jì)劃為主線，包括從計(jì)劃接收與分解、計(jì)劃排產(chǎn)與資源分配、作業(yè)執(zhí)行、問題反饋等過程的精細(xì)化管控，解決現(xiàn)場(chǎng)“黑箱”現(xiàn)象嚴(yán)重問題，為生產(chǎn)管理者提供生產(chǎn)決策、質(zhì)量分析、生產(chǎn)進(jìn)度、統(tǒng)計(jì)分析等。

圖1 復(fù)合材料艙段裝配生產(chǎn)線MES系統(tǒng)框架

明確建設(shè)框架后，詳細(xì)梳理優(yōu)化了現(xiàn)階段裝配管理業(yè)務(wù)流程，形成基于MES和裝配業(yè)務(wù)管理流程，如圖2所示。

圖2 復(fù)合材料艙段裝配業(yè)務(wù)流程

3.1 裝配計(jì)劃排產(chǎn)與資源分配

裝配計(jì)劃自于所級(jí)系統(tǒng)ERP-U8，車間計(jì)劃管理員依據(jù)PBOM分解成車間計(jì)劃，導(dǎo)入到MES中，MES按照交接路線下發(fā)到班組，班組根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)周期細(xì)化成班組的季度計(jì)劃、月度計(jì)劃和周計(jì)劃。由此，實(shí)現(xiàn)裝配計(jì)劃逐級(jí)細(xì)化的信息化管理模式。

車間工藝技術(shù)人員收到型號(hào)計(jì)劃后，進(jìn)入工藝管理模塊，進(jìn)行工藝編輯，主要編輯裝配工序目錄及工序中需要的資源信息，形成工藝流程卡，車間調(diào)度員應(yīng)用設(shè)備管理模塊，綜合分析設(shè)備、人員、工時(shí)、場(chǎng)地等資源情況，進(jìn)行有限能力的排產(chǎn)，再按照產(chǎn)品交付日期及生產(chǎn)周期等進(jìn)行生產(chǎn)派工，派工完成后產(chǎn)生生產(chǎn)訂單，指派給某一個(gè)工位的操作主崗，操作主崗接收任務(wù)并打印工藝流程卡，如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)派工

3.2 裝配作業(yè)進(jìn)度管理

操作主崗在工位計(jì)算機(jī)上登陸MES系統(tǒng)接收到任務(wù)，根據(jù)任務(wù)要求節(jié)點(diǎn)，確定產(chǎn)品的每個(gè)工序的開工時(shí)間，通過掃描條形碼方式系統(tǒng)自動(dòng)記錄時(shí)間及人員信息，而在工序完工時(shí)，檢驗(yàn)人員首先填報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果，主要分為合格、讓步接收和報(bào)廢，操作主崗再記錄工序完工時(shí)間、工時(shí)分配等內(nèi)容，系統(tǒng)還自動(dòng)記錄生產(chǎn)過程中應(yīng)用的原材料、工量器具、工裝等設(shè)備信息，滿足產(chǎn)品進(jìn)度的精細(xì)化跟蹤及質(zhì)量可追溯性，見圖4。

另外，作業(yè)管理也提供了裝配進(jìn)度預(yù)警的監(jiān)管工具，如圖5所示，對(duì)于即將超期的任務(wù)，系統(tǒng)持續(xù)提醒，并不斷上升級(jí)別的提醒，以保證及時(shí)解決，從而使生產(chǎn)延誤控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

圖4 裝配現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃執(zhí)行及跟蹤管理

圖5 裝配進(jìn)度預(yù)警提醒

3.3 現(xiàn)場(chǎng)問題快速反饋及閉環(huán)處理

在裝配過程中一旦發(fā)生質(zhì)量異常情況，如工裝異常、原材料質(zhì)量問題、設(shè)備故障與檢修、產(chǎn)品超差等問題，操作主崗?fù)ㄟ^MES的問題反饋模塊記錄問題發(fā)生時(shí)間、原因、現(xiàn)象描述等，然后根據(jù)問題類別發(fā)送給相應(yīng)人員，相關(guān)人員接收到問題后立即解決問題，反饋解決方案和建議等，達(dá)到快速解決問題的閉環(huán)管理機(jī)制，提高管理效率，問題反饋具體流程見圖6。

圖6 裝配過程問題反饋流程

3.5 裝配看板管理

通過MES建立了裝配進(jìn)度大屏幕看板、工位可視化指導(dǎo)看板等，展示裝配裝配進(jìn)度和工藝信息，展示裝配進(jìn)度、異常情況及工位裝配信息。車間計(jì)劃調(diào)度人員應(yīng)用裝配看板即可清晰了解裝配進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)問題、關(guān)鍵設(shè)備的使用情況，操作工人應(yīng)用工位可視化看板查看裝配工藝規(guī)程、仿真動(dòng)畫或三維數(shù)模等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的部分無(wú)紙化操作。

4 MES應(yīng)用效果

通過MES系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品裝配計(jì)劃下達(dá)到產(chǎn)品交付全過程的信息化、透明化管控，車間管理者可時(shí)時(shí)監(jiān)控裝配進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、質(zhì)量問題等，有效提升對(duì)裝配生產(chǎn)線的管控能力及效率，具體如下：

a. 應(yīng)用MES提高了計(jì)劃執(zhí)行效率和生產(chǎn)線快速響應(yīng)能力。應(yīng)用MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裝配資源與計(jì)劃的協(xié)調(diào)，作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行效率提高了約30%，遇到緊急插單或異常情況，調(diào)度人員應(yīng)用MES系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作情況的時(shí)實(shí)跟蹤，及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，提高了生產(chǎn)線快速響應(yīng)能力。

b. 應(yīng)用MES實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料艙段裝配過程精細(xì)化管理。通過MES的應(yīng)用，型號(hào)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了從所級(jí)-車間級(jí)-生產(chǎn)線-工序逐級(jí)細(xì)化的管理模式，且資源配置、進(jìn)度匯報(bào)、問題反饋等環(huán)節(jié)都細(xì)化到工序級(jí)管理。

c. 應(yīng)用問題快速反饋機(jī)制，提高問題處理效率

通過MES系統(tǒng)，建立了問題快速反饋機(jī)制，在裝配過程中，一旦發(fā)現(xiàn)異常問題，現(xiàn)場(chǎng)人員立即在MES中匯報(bào)并提交給相關(guān)負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)人立即進(jìn)行處理并在系統(tǒng)內(nèi)回饋解決方案，形成問題閉環(huán)管理模式，提高問題處理效率約40%。另外，通過異常問題數(shù)據(jù)積累，系統(tǒng)可以形成問題分析報(bào)告，根據(jù)問題類型，有針對(duì)性地預(yù)防和改進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用MES系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料艙段裝配生產(chǎn)線的精細(xì)化管控，解決了傳統(tǒng)裝配管理中存在的主要問題，取得了顯著的應(yīng)用效果。但是，目前MES系統(tǒng)僅限用于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料艙段裝配過程中，還需深入推廣應(yīng)用到其它車間事業(yè)部，全面實(shí)現(xiàn)制造過程的信息化管控，且MES系統(tǒng)與三維工藝、ERP、物資系統(tǒng)等還未進(jìn)行集成，下一步將以國(guó)家發(fā)展信息化為契機(jī)，積極優(yōu)化完善MES系統(tǒng)，逐步打通設(shè)計(jì)制造管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，為構(gòu)建航天復(fù)合材料智能制造車間奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

1 車穎. MES在空間光學(xué)遙感器生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J]. 航天制造技術(shù)，2016(2)：41～43

2 趙佳琪. 基于TC和MES的航天產(chǎn)品數(shù)字化制造技術(shù)[J]. 航天制造技術(shù)，2017(1)：65～66

3 梅立. MES在航天復(fù)合材料產(chǎn)品科研生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J]. 航天工業(yè)管理，2015(9)：29～32

Study and Application of MES in Aerospace Composite Cabins Assembly

Guo Hongjun Mei Li Wang Xin Zhang Yanping Lin Na

(Aerospace Research Institute of Materials &Processing Technology, Beijing 100076)

Aiming at the features and the problems of extensive planning management, problems feedback lag and not transparent assembly process in aerospace composite cabin assembly, the paper puts forward a MES construction scheme which is suitable for aerospace composite cabin assembly line. In the paper, it also discusses the MES functional modules and application effect, which not only effectively solves the problems existing in the traditional assembly, but also improves the lean management ability in the assembly process of aerospace composites, and meets the requirements of rapid growth of model tasks and lean quality controlling.

composite cabins assembly；MES；lean management

郭鴻?。?980），高級(jí)工程師，復(fù)合材料專業(yè)；研究方向：復(fù)合材料工藝及數(shù)字化制造技術(shù)。

2018-03-07