生產現場數字化轉型探索實踐

■ 馬紅濤 余治國 楊軍 / 中國航發西航

近年來，為提升核心制造能力，中國航發（AECC）開始大力發展運營管理體系（AEOS）的建設，形成了初具規模的信息化應用基礎環境。但對標世界一流航空發動機企業，信息化建設依然存在應用范圍覆蓋不全、普及力度不夠等問題，而聚焦一線操作者的數字化實踐，則是解決上述問題的有效途徑之一。

隨著現代信息技術在企業管理中應用的逐步深入，數字化成為創新企業管理模式的主流方向之一。中國航發西航大修中心結合中國航發運營管理體系（AEOS）的推進，將信息化融入到了管理生態環境中。但由于信息系統多是為部門及管理者提供支撐，產品數字化、工藝數字化、生產準備數字化僅處在探索和局部應用階段，數字化應用的關鍵對象——生產現場操作者——普遍缺乏先進的工具和手段來傳遞和采集生產數據，對核心制造能力與管理水平的提高帶來較大制約。自2016年起，隨著中國航發AEOS建設的推進，通過“三步僵化”“五步優化”“一步固化”的管理三步曲，中國航發西航大修中心從基礎建設、現場改進、工藝提升等方面進行細化完善，取得了一定實踐效果，特別是2019年以數字化應用“最后一公里”試點建設為契機，開展數字化轉型探索實踐，初步打通了一條貫穿信息系統到生產操作者的數字化橋梁。

數字化轉型總體框架

中國航發西航大修中心的發動機修理數字化應用“最后一公里”實踐，是圍繞從訂單到交付（OTD）的生產制造全流程梳理形成的標準化管理體系，對生產組織方式進行精益化改造，并以此為基礎，連接技術、生產、服務和管理一線的數字化轉型，打通一條貫穿信息系統到生產過程最前端操作者的數字化橋梁，解決了一線操作者信息化手段缺乏、標準化工程數據不足等問題。這種將標準化體系、精益生產管理與數字化管控充分融合，服務于生產一線的運行管理模式，是提高企業柔性生產效率、提升企業競爭力最直接的手段。在數字化應用“最后一公里”實踐過程中，以建設目標為引領，統籌考慮數據收集、數據應用、過程管理等業務域內容，兼顧操作者、管理者、顧客關系管理，提出了“1234”總體建設框架體系，指導后續建設工作的開展與實施。

圖1 數字化“最后一公里”總體框架

數字化生產線的特點分析

通過西航大修中心的數字化轉型的前期實踐探索，數字化轉型生產線應具有以下幾個主要特點。

作業數據直達工位

航空發動機由于其結構的復雜性和零件的多樣性，目前普遍采取集體作業的人工裝配方式。工位作為航空發動機作業的最小單元， 需要精準的獲取包含作業計劃、裝配指令、物料齊套等數據。通過在工位配置一體機，并開發門戶界面，保證操作者能夠在單界面上獲取所有的生產作業信息，消除操作者在作業等待和信息查詢等過程中的時間浪費。

工檢文件多卡合一

發動機裝配時，需要大量的工藝文件和質量記錄指導現場作業。傳統的工藝文件和質量記錄表單均為紙質文件，無法實現現場的快速查詢和作業數據的及時、準確記錄，不利于后期質量數據的追溯和統計分析工作。通過體系建設和工藝載體優化，將班產計劃、工藝規程、質量控制卡等多卡合一，并依托信息化平臺，實現作業現場的無紙化辦公。作業數據的電子化管理，既能提高現場的技術狀態管控，又為后期的質量追溯和統計分析提供了保障，同時還能有效降低一線操作者的作業采集負擔。

制檢一體與數字化采集

航空發動機的裝配過程涉及大量參數需要采集記錄，如高度、質量、配合間隙、跳動量、擰緊力矩、平整度等。傳統的手工測量難免會存在人為因素引起的誤差，即便是二檢、三檢也難以保證航空發動機的高精度要求。通過推廣使用數字化檢測工具和設備，不僅能夠有效提高測量的準確性，同時采集數據直接被系統記錄，降低了人為因素的影響，提高了數據采集的質量。同時，發動機裝配往往需要設置檢驗人員對裝配過程進行監控。檢驗工作或多或少會占用操作者的有效工作時間，同時也缺乏有效的手段保證檢驗人員的全程參與。探索制檢一體的作業模式，利用高清攝像頭和圖像對比技術，對裝配過程中的漏裝、錯裝、裝配不到位等進行監控，實現裝配和檢驗工作的同步進行，及時預警，提高作業質量和效率。

精準配送與信息化管理

傳統的配送方式為按臺配送，一次性為現場配置了單臺發動機裝配所需的所有零件、工具和輔材等資源，物料的堆放侵占了作業現場的有效生產面積。通過生產計劃的精準下發與配送計劃的自動生成，實現物料到現場的精準配送，作業現場只存放當班的物料資源，有效地改善現場的作業環境。同時要實現物料的精準配送，必須先實現物料資源的信息化管理，利用數字化立體庫，結合物料清單，實現零件的自動配套，并采用條形碼識別技術，實現零件的快速周轉。

問題快反和保障機制

要實現作業現場的高效運轉，必須保證現場生產過程中出現的技術、質量、缺件等問題能夠在第一時間內被解決。傳統的人工傳遞方式無法保證問題反饋的準確性和及時性，通過安燈系統和物理地址識別技術，讓操作者能夠在工位上直接發起問題，業務部門也能夠即時獲取出現問題的臺份、部件、工位、計劃等信息，以便能夠針對問題快速解決。

人機工程和助力裝配

良好的人機工程設計能夠降低作業人員的勞動強度，提升裝配效率和質量。多自由度裝配平臺，助力翻轉、搬運設備，可升降裝配架，通過自動化設備的應用，保證操作者在工作時能夠保持健康、舒適的姿態。

數字化轉型場景分析和需求分析

實現數字化轉型，首先需對生產現場進行場景分析，并確定數字化轉型的建設內容和改善點。

基于精益裝配線描繪業務全景

圍繞生產準備、生產計劃、技術質量和過程控制等4條主線，力求真實再現操作者在日常生產過程中的動作和節拍，然后通過信息化手段的應用，改善操作者的信息傳遞效率和數據采集效率，通過優化作業流程和作業環境，提高現場作業效率，形成最終的場景框架。

分析子流程輸入、輸出，明確建設內容及改善點

以OTD流程組梳理為基礎，利用供應者、輸入、流程、輸出和客戶（SIPOC）組織系統分析法，關注各子流程輸入、輸出，從“開工前、作業過程、質量控制、完工”4個階段梳理操作者每日工作內容，按照作業順序將操作者關注的內容直接推送至工位，提升操作者過程能力。

操作者開工前需求包括生產計劃、物料、生產保障。其建設重點為：一是通過排產實現作業計劃的編制、下發以及班產任務的可視化推送，使操作者在工位直接獲取當日生產任務；二是通過流程與庫存的銜接，實現物料齊套性檢查的自動化、數字化管理；三是利用二維碼和條碼技術實現零組件的快速周轉交接；四是基于班產任務實現工裝輔材的主動配送；五是建立點檢表管理，可使用平板電腦進行移動點檢，并以圖像、視頻形式對檢查結果進行記錄。

操作者作業過程需求包括進度反饋、數據采集、問題快反。其建設重點為：一是基于操作者標準作業指導卡建立發動機分解、故障檢查、修理、裝配過程的數字化管理，實現計劃執行的實時監控、反饋；二是作業表單電子化和數字化檢測工具、手段的集成應用，提高操作者作業數據采集的效率和準確性；三是開發安燈系統，成立快反團隊，實現現場問題的快速暴露與解決。

圖2 數字化“最后一公里”應用場景

操作者質量控制需求包括可視化引導、質量警示、不合格品審理。其建設重點為：一是通過制造執行管理系統（MES）、產品數據管理（PDM）系統的集成應用，實現工藝規程推送，操作者在工位可直接查看規程文件；二是具備以圖像、視頻為媒介的裝配引導功能，以及更直觀的展示裝配關系；三是工檢一體，通過圖像識別技術和數字化檢測系統，自動檢測作業數據是否合格，作業流程是否規范，警示操作者；四是通過故障提交功能，實現不合格品的在線提交、審理和閉環。

操作者完工需求包括工時結算、統計報表。其建設重點為：一是基于定額數據的應用，自動進行工時核算，實時反饋工時完成情況；二是對操作工班產任務狀態監控、計劃完成率和生產周期進行統計分析。

圖3 3P模擬效果

數字化轉型流程設計

根據數字化總體框架和數字化生產線的特點并針對上述需求，對數字化轉型進行流程設計。

聚焦一個中心

數字化應用“最后一公里”的建設始終圍繞一線操作者，通過對操作者需求進行分析，明確改進內容，并借助流程優化、人員配備和信息化技術，使操作者在工位上，直接獲取生產計劃、物料、工藝文件、數控程序、問題快反等的生產資源和生產保障。

完善兩大基礎

為確保生產運行流程清晰、通暢、無斷點，圍繞“管理基礎”“信息化環境”，查找打通“最后一公里”的堵點、難點、問題點。在管理基礎方面，編制實施細則114份、管理制度73份、可視化指導手冊、工藝規程547份，有效保證了產品的質量和生產的順利運行。在信息化方面依托生產管控系統進行系統集成，實現MES、企業資源計劃（ERP）系統、PDM系統和數字化檢測系統數據的連通，實現現場作業的全流程數字化管理。同時通過在工位配置一體機、掃碼槍、電子看板等基礎設備，完善信息化硬件環境。

圖4 生產線仿真

優化三條流程

一是開展價值流分析，促進加工流改善。使用甘特圖、面條圖和價值流程圖等工具，開展生產布局流程分析優化，對各個單元體部件的資源情況進行改進，通過在紙面討論分析，提出改進意見，包括工作臺間隔距離、人員工位站位等，識別過程中存在的“爆炸點”，為后續精益生產線改進提供依據。

二是工藝布局模擬，確定物流優化路徑。著眼系統整體高效運行，以廠房搬遷為契機，開展“沙盤模擬、3P模擬和生產線仿真”，優化“物流、信息流、加工流”。

三是構建網絡架構，明確信息流流轉。大修中心在技術管理、質量管理、生產管理和成本管理等方面運用信息化手段對業務流程和作業數據進行管理。系統建設依托公司現有信息化管理平臺，通過系統集成和功能開發，形成完整的發動機維修信息化管理平臺，實現作業數據共享，提高公司整體信息化水平。

數字化轉型系統構建

數字化轉型系統的構建的關鍵在于打通4個方面的“最后一公里”。

一是打通生產計劃“最后一公里”。應用MES系統和高級計劃與排程系統（APS），以及從ERP中獲取的生產訂單信息，依據發動機工廠日歷、設備日歷、設備負荷、排產規則、人員出勤等資源信息，生成工區可執行的作業及工序計劃；工段長再將計劃細化至班產任務，方便操作者通過工人門戶進行接收、操作與完工上報。為了便于操作者對生產計劃、工藝流程和質量要求的全面掌握，設計時采用以工藝流程為載體的計劃管理、質量管理和定額管理，實現生產計劃、工藝要求、質量控制卡、定額工時四卡合一。操作者在作業采集時，系統能夠自動抓取生產進度，即時反饋至管理部門，并能通過不同的色標展示出現場作業的狀態，如正常執行為綠色，超期執行為黃色，出現問題停工為紅色等。此外，為保證班產計劃的準確性和可執行性，以訂單計劃為依據，結合發動機齊套性檢查功能，自動生成零件需求計劃、成附件需求計劃等，拉動現場資源配套，保證生產任務能夠按計劃開展。

二是打通工藝管理“最后一公里”。集成PDM系統，實現工藝規程的直接調用。開展工藝標準化、精益化改進并結合操作者加工需求，實施工藝規程結構化改善，實現工藝文件編制、審批等流程的線上管理。與此同時，利用產品或工藝的基本相似性和衍生相似性，對加工工藝進行設計、優化，并將工藝規程轉換成以圖片、動畫為媒介的可視化工藝，指導現場作業。操作者通過工位一體機可直接接收、查閱工藝文件。為保證操作者能夠按工藝要求進行作業，同時也為消除檢驗提交的過程等待，開發工檢一體的數字化單元建設。通過圖像識別技術和數字化檢測系統，操作者在裝配過程中，系統能夠根據工藝預設的檢驗計劃和標準示圖，自動判斷流程是否正確、裝配是否到位、數據是否合格等，并通過不同的指示燈警示操作者。

三是打通生產保障“最后一公里”。班產計劃生成后，生產管控系統根據作業內容調用PDM中相關工序的零件、工具、輔材信息，生成工位配送計劃，并于開工前一日推送至配送部門；配送部門則結合自身的齊套性檢查功能，快速核對缺料信息，并通過新品領用、零件串換、優選優配等功能，實現快速集配，保證配送計劃順利執行。操作者通過工人門戶確認配送信息，并于完工后報工回收工裝器具；同時通過二維碼技術高效獲取零件狀態與位置信息，通過車間的詳細制造數據和過程系統（MDC）實時獲取工區設備狀態信息。此外為保障生產作業過程中數據錄入的準確性，采用數字化檢測工具快速采集現場作業數據。

圖5 多元信息驅動智能化自抗擾控制模式

四是打通過程控制“最后一公里”。應用安燈系統，操作者可實時上報突發的停工問題，拉動多功能團隊快速解決問題。開發故障提交功能，實現不合格品的在線提交、審理和閉環。

在實現上述現場作業的數字化管理的基礎上，大修中心開展了發動機維修數據的統計分析工作。從質量（Q）、成本（C）、交付期（D）指標入手，對發動機的一次試車合格率、廢品波動、班產計劃完成率、返修件、在制品、現場問題等數據進行統計分析，實現作業數據的有效利用。

數字化轉型效果

數字化應用“最后一公里”建設后，相關業務流程得到了進一步的優化。為固化管理要求，重新梳理IT管理要素，建立基于信息化系統使用的IT管理流程，制定IT管理細則38份，固化生產實踐過程中各項管理要求，指導員工日常工作開展，規范員工行為習慣。

經過體系建設、系統性改善，大修中心對生產流程進行了優化，建立了操作標準，實施了工藝精益化，“節拍和標準作業”已經明晰；同時，在減少附帶作業時間方面，改進了計劃下達方式、縮短了物料準備、工具準備、輔材準備時間，改變了檢驗檢測方法和問題處理方式，細化了能力平衡，將發動機裝配周期由過去的150天左右，縮短到68～86天，一次試車合格率提升3%。在物料配套方面，全面細化了物料需求計劃，開展了工具和輔材配送，齊套率有效改善。通過內抓潛能、外抓配套，體系建設的實踐帶來了產能提升30%的良好成效，任務交付趨向均衡。

結束語

未來航空發動機裝配專業的發展方向，一定是朝著脈動式生產、柔性裝配、智能制造的方向發展。后續西航大修中心的數字化轉型工作，將圍繞數字化工藝/工廠規劃、數字化運營管控、數字化生產、數字化裝配/檢測/物流技術、數字化服務和數字化裝備6個方面繼續開展，建立涵蓋生產運營全過程的發動機維修數字化管控平臺。