基于MES系統的無人機直升機總裝設計及分析

楊豪

（中國直升機設計研究所，江西景德鎮 333000）

0.引言

目前無人機總裝生產還使用傳統的裝配方式，以紙質的文件指導現場裝配、驗收，以紙質裝配驗收文件存檔留存，這既不利于大批量生產時部分裝配信息更改的及時貫徹，也給后期文件查閱帶來極大不便。面對當前大批量的無人機總裝生產任務，對現場生產狀態的管控越來越能體現一個總裝部門的生產效率，曾經人工統計、口口相傳的狀態統計方式漸漸顯露出了弊端。由于常常出現多型號任務同時進行的生產局面，對現場零組件、成品的狀態跟蹤也成為一個迫在眉睫需要解決的問題。

傳統總裝生產模式已經逐漸無法適應現階段日益增長的無人機總裝生產現狀。因此本文在MES系統（制造執行系統）基礎上，結合實際總裝現狀設計了一套關于無人直升機總裝的MES系統，旨在進一步提高總裝現場的信息化程度、進一步改善總裝現場狀態統計及庫房庫存管理效率，從而達到適應目前大批量、多型號的無人機總裝生產現狀的目的[1]。

1.MES系統介紹

美國生產制造研發機構針對生產制造企業提出了如圖1所示的3層企業集成模型[2-3]，其中計劃層面向客戶，依據客戶需求告訴執行層制造什么。此層級關系在本文舉例研究的無人機總裝設計中類比于依據客戶需求設計機構發放相對應圖樣技術文件給執行層。執行層的任務則是告訴控制層如何生產，在本文的舉例研究中類比于執行層發布工藝規程文件。控制層則是對具體制造任務進行分配，在本文的舉例研究中類比于調度分配工時任務給具體站位現場操作者。同時刻計劃層、執行層、控制層三者又能夠依據生產制造狀況互相進行反饋，對制造生產狀況進行改進，依據生產制造狀況反饋改進圖紙技術文件和工藝規程文件。

執行層MES是制造企業生產過程執行系統（Manufacturing Execution System）的簡稱，在3層企業集成模型中位于中間環節具有承上啟下的作用。MES是一套專門用于進行制造生產管理的信息化系統，它可以為制造企業提供包括制造數據管理、計劃排產管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制等管理模塊，為制造企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。目前市場上有很多家成熟的MES軟件設計公司，本文的研究便是在此基礎上進行設計，具有一定的實際指導意義。

圖1 制造生產3層集成模型

2.基于MES系統的無人直升機總裝架構

相較于傳統的飛機，無人直升機具有內部結構緊湊、飛行控制設備線路復雜的特點。在一個狹窄的機體空間需要裝配大量的成品及線路，當進行大批量生產時需要對每一架次的裝配狀態進行嚴格控制、對大量精密零組件及成品進行全生命狀態跟蹤，依靠傳統紙質文件為指導記錄的方式逐漸無法適應這種總裝現狀。因此設計一個能夠專門針對無人直升機總裝的MES系統成為了一個迫在眉睫需要解決的問題。

對于無人機直升機總裝來說其內容主要涉及：任務計劃管理、設計文件審簽、工藝規程編制、成品標準件耗材采購、零組件加工、總裝生產、質量檢驗及交付。基于這些特點，將設計的無人機直升機總裝NES系統分為計劃調度管理、工藝狀態管理、庫房庫存管理、總裝生產管理、質量檢驗與交付。如圖2所示。

圖2 無人直升機總裝架構

3.基于MES系統的無人直升機總裝系統設計及分析

基于MES系統的無人直升機總裝系統可以為總裝部門提供了一個清晰透明的信息化管理系統、一個迅速高效的庫房管理系統，其具體結構設計可以分為以下5個方面。

3.1 計劃調度管理

計劃調度管理是無人機直升機總裝系統的關鍵[4]，它上承接任務接收，下負責整個總裝過程及庫房的管理。計劃調度管理的核心是調度員，計劃調度管理在MES系統顯示方式主要是分布裝配現場的顯示屏。在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，調度員主要進行任務分發和協調統計裝配現場的信息。在任務分發方面，調度員主要將制造部門接收到上級部門的任務分發給工藝人員進行工藝準備（工藝規程及備料），待完成工藝準備后調度人員依據工藝文件將具體總裝任務分發給現場操作人員。在協調統計裝配現場信息方面，調度人員主要是匯總調度信息，然后在個人終端設備中將調度信息更新顯示到裝配現場屏幕上以供所有人員了解信息，其中調度信息主要分為：庫存狀態及物料缺項、裝配進展及現場問題匯總。

計劃調度管理的具體設計流程如圖3所示：首先調度員在系統中將接收到的任務發送給工藝人員，為工藝人員指派任務。然后待工藝人員完成指派任務（工藝規程編制、配套采購），調度員將工藝員配套采購的信息發送給庫房人員為工藝規程配套，并協調庫房人員統計缺項信息及庫存狀態。最后調度員依據工藝規程在信息化系統里面編制總裝計劃，在MES系統里將任務計劃指派給具體裝配人員（裝配人員依據總裝具體位置分工的不同分列多個工位）的具體工位，并協調裝配人員統計現場裝配問題。其中每個工位放置一臺顯示屏。

圖3 調度信息顯示圖

3.2 工藝狀態管理

工藝狀態管理的核心是工藝人員，其作為總裝技術狀態的確定者對總裝任務的順利完成有著至關重要的作用。在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，將傳統紙質工藝文件全部轉化為電子文件，通過分布裝配現場基于MES的互聯系統，工藝人員可以第一時間將工藝狀態變更更新給每一個現場工位。現階段因為紙質文件限制，工藝文件提供的指導圖示都是以二維為主。由于無人直升機機結構復雜，紙質工藝規程中提供的二維紙質版本文件可能無法涵蓋所有總裝細節，導致現場裝配人員無法全面掌握整個裝配細節。在基于MES的無人直升機總裝系統中，含有裝配尺寸和位置信息的三維數模[5]通過顯示屏投放到每一個裝配工位。

工藝狀態管理的具體設計流程如圖4所示，首先工藝人員通過在系統中接收來自調度人員的任務分配，工藝人員編制工藝規程和工藝配套物資采購申請。然后工藝人員在MES系統中由調度人員審批后發送采購申請給庫房及外協單位，待配套采購到位后發送工藝規程給庫房配套。最后在總裝過程中，根據現場情況工藝人員通過系統隨時與設計部門、采購外協部門、現場操作人員、庫房人員進行技術狀態溝通并及時對總裝狀態進行跟進確認。

圖4 部件裝配示意圖

3.3 庫房庫存管理

庫存管理在過去一直使用紙質文件作為記錄，現由于批產任務日益增多，對飛機總裝涵蓋種類繁多的零組件和成標件進行精確統計往往需要花費大量的工作量，并且依靠紙質文件記錄統計繁瑣又易出錯的弊端在巨大工作量基礎也逐漸暴露出來。在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，使用條碼系統對零組件及成標件進行統計。在系統中將每一型號飛機涉及到的組件和成標件名稱與不同的條形碼對應：物料入庫時依據不同的種類將物料粘貼條碼后入庫保存，通過掃碼槍掃碼統計物料信息，出庫時通過掃碼自動更新物料庫存。

由于在無人機服役過程中機上存在數量眾多的有壽零組件和成品件，在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，零組件和成品件出庫用于安裝時將自動歸類到相應的飛機架次結構樹上，該結構數包含這個架次飛機所有物料信息的使用資料，并在交付用戶時該信息可隨飛機交付用戶用于管理。

3.4 總裝生產管理

現階段總裝生產狀態的管理主要依靠調度員、工藝員和裝配人員的口口單向溝通，容易出錯且效率很低。因此在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，裝配人員（裝配人員依據總裝具體位置分工的不同分列多個工位，其中每個工位放置一臺顯示屏）依據現場裝配情況在工位顯示器上更新裝配進展。庫房管理人員依據物料出庫信息及時更新庫存量。工藝人員則依據現場裝配人員反映問題及時針對解決，并將解決方案通過系統指派給具體人。同時工藝人員依據庫存量的剩余，分析任務需要及時補充采購相對應的物料信息。每日工作結束，調度人員依據計劃確定今日進展及明日工作計劃，并在MES系統中展示，方便所有人掌握具體進展及計劃。

3.5 質量檢驗與交付

當前無人直升機總裝完成交付均以紙質文件為媒介，交付過程檢驗部門需要逐一梳理上百份文件，過程復雜且不容易保存，并且在后期查看往往也需要耗費巨大精力。在基于MES系統的無人直升機總裝系統中，將檢驗部門引入系統中，檢驗部門可隨時掌握裝配進展。現場裝配人員每完成一道工序，便將該工序提交給檢驗部門，檢驗員現場檢查完成后，若工序合格則在其個人終端更新工序完成，若不合格則重新退回給具體裝配人員。物檢驗人員可以直接在系統中查看具體物料信息的合格證等信息，并對該信息與機上裝配實物進行檢驗確認，不符合項則直接退回給庫房人員。既減少了紙質文件在中轉過程中丟失的風險，也提高了對裝機物料信息的管理。工藝人員依據現場工藝規程交付情況，在系統中編制涵蓋總裝各種信息的總裝交付文件，最后提交給客戶部門驗收管理。

4.總結

作為當前全部紙質化管理的無人機總裝系統，MES系統極大提高了總裝效率和庫存管理，在更方便同步了解總裝工作進展的同時又提高了交付驗收資料管理效率。在無人機批產化日益增長的今天，MES系統將占據越來越重要的地位！