飛機(jī)鈑金車(chē)間制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

徐 龍，贠周會(huì)，趙 爽，付 彬

(洪都航空工業(yè)集團(tuán)，江西 南昌330024)

0 引言

為適應(yīng)未來(lái)航空產(chǎn)品型號(hào)研制對(duì)鈑金制造能力的需求，達(dá)到提高精度、縮短周期和管理高效、減少手工作業(yè)的目的，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是近幾年無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際都迅猛發(fā)展的、 面向車(chē)間層的生產(chǎn)管理技術(shù)和實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。 傳統(tǒng)意義上的MES主要應(yīng)用于以高端數(shù)控機(jī)床為加工中心的機(jī)械加工車(chē)間， 對(duì)以薄壁成形為制造主體的鈑金車(chē)間卻鮮有涉足。 為此，洪都集團(tuán)開(kāi)展了航空產(chǎn)品鈑金件數(shù)字化制造集成技術(shù)的研究工作， 在鈑金車(chē)間推進(jìn)實(shí)施北航MES （制造經(jīng)理）系統(tǒng)， 并基于某型號(hào)飛機(jī)部分典型零件進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。

1 鈑金車(chē)間概述

1.1 鈑金車(chē)間業(yè)務(wù)特點(diǎn)

鈑金車(chē)間不同于采用數(shù)控機(jī)床為生產(chǎn)單元的現(xiàn)代機(jī)械加工中心，設(shè)備多、零件種類(lèi)多、加工周期短是鈑金車(chē)間的特點(diǎn)， 隨著現(xiàn)代飛機(jī)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的不斷提高，飛機(jī)結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，新型材料也得到較多的應(yīng)用，制造工藝技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 但由板材組成的薄殼鉚接結(jié)構(gòu)仍然是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)主體， 鈑金零件構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的框架和氣動(dòng)外形。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，鈑金零件約占飛機(jī)零件數(shù)量的50%， 工藝裝備數(shù)量約占65%，制造工作量約占20%，迄今沒(méi)有一種工藝方法能取而代之。 鈑金車(chē)間承擔(dān)了多個(gè)機(jī)型和科研的生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)零件品種繁多，全年零件投產(chǎn)圖號(hào)數(shù)達(dá)幾萬(wàn)項(xiàng)，生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分加工任務(wù)需要依靠手工輔助機(jī)械完成。

1.2 鈑金車(chē)間的管理模式

品種多，批量小，交貨期短，質(zhì)量要求高已經(jīng)成為現(xiàn)代鈑金產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)。 在這種形勢(shì)下，鈑金車(chē)間采取扁平化管理的模式， 它有效地解決了等級(jí)式管理的“層次重疊、冗員多、組織機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下”等弊端，加快了信息流的速率，提高了決策效率。 扁平化管理模式精煉了管理層次， 但是由決策者直接面對(duì)職能部門(mén)和基層生產(chǎn)單位的 “一對(duì)多” 的組織構(gòu)架，這只是物理意義上的扁平化管理。 由于缺乏有效的信息共享和協(xié)作機(jī)制，使得扁平化管理流于形式。

2 鈑金車(chē)間生產(chǎn)管理所存在的問(wèn)題

為適應(yīng)未來(lái)航空產(chǎn)品型號(hào)研制對(duì)鈑金制造能力的需求，達(dá)到提高精度、效率和質(zhì)量、減少手工作業(yè)的目的，以適應(yīng)外部環(huán)境的快速變化。 生產(chǎn)管理的精益化，目的就是消除生產(chǎn)中一切不增值的活動(dòng)，通過(guò)持續(xù)改進(jìn)，不斷提高質(zhì)量，降低成本，提高產(chǎn)品履約率，實(shí)現(xiàn)“完美”鈑金制造的最終目標(biāo)。

當(dāng)前鈑金車(chē)間生產(chǎn)管理還存在一些問(wèn)題， 主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

2.1 缺乏完善的現(xiàn)場(chǎng)信息共享機(jī)制

基本上還處于原始的手工記賬狀態(tài)， 生產(chǎn)信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)訪問(wèn)，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與分析。 主要包括如下幾方面的數(shù)據(jù)：

1）車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)度信息

任務(wù)加工進(jìn)度信息主要依靠來(lái)自于工段的個(gè)人加工記錄臺(tái)賬；零件制造指令（FO）一旦下達(dá)后，調(diào)度員就只能通過(guò)翻閱臺(tái)賬或者詢(xún)問(wèn)相關(guān)人員等手段才能知道進(jìn)度。 這種情況下在制品統(tǒng)計(jì)就非常耗時(shí)和浪費(fèi)人力，而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果很快失去時(shí)效。

2）車(chē)間指令交接信息。

車(chē)間指令交接信息來(lái)自于成品交接單， 主管領(lǐng)導(dǎo)如果需要了解制造部指令完成情況， 就只能查詢(xún)計(jì)劃員的指令交接臺(tái)賬。

3）車(chē)間庫(kù)存信息

車(chē)間立體庫(kù)系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)入局域網(wǎng)， 其它庫(kù)房基本沒(méi)有使用計(jì)算機(jī)， 除庫(kù)管外其他人員不知道庫(kù)存信息。

2.2 缺乏完整的生產(chǎn)計(jì)劃控制體系

當(dāng)前分廠生產(chǎn)計(jì)劃體系所涉人員主要包括制造部計(jì)劃員，分廠計(jì)劃員，分廠車(chē)間調(diào)度員，工段長(zhǎng)以及工人，他們各自承擔(dān)的角色如下：

1）制造部計(jì)劃員只基于裝配需求下達(dá)生產(chǎn)指令

生產(chǎn)處計(jì)劃員按型號(hào)進(jìn)行管理， 型號(hào)計(jì)劃員每月都只是根據(jù)裝配節(jié)點(diǎn)不停的“催活” 。 由于沒(méi)有考慮實(shí)際車(chē)間生產(chǎn)能力，所以其下達(dá)的“月生產(chǎn)計(jì)劃”往往無(wú)可執(zhí)行性。 而且分廠臨時(shí)任務(wù)不斷，由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不停地插入臨時(shí)任務(wù)， 不停地有各種質(zhì)量情況出現(xiàn)，月計(jì)劃會(huì)逐漸“跟不上變化”，從而使生產(chǎn)指令無(wú)法考核。

2）車(chē)間計(jì)劃員變?yōu)椤拔臅?shū)”

由于計(jì)劃員既不能建議制造部的生產(chǎn)指令，又無(wú)法控制現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，這樣計(jì)劃員就只能“淪落”為一個(gè)文書(shū)角色，只是負(fù)責(zé)“中轉(zhuǎn)”制造部處指令，最后完成一些指令統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3）車(chē)間調(diào)度員無(wú)法控制現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)節(jié)奏

而調(diào)度員都只主管其中部分型號(hào)， 無(wú)法根據(jù)車(chē)間生產(chǎn)能力綜合考量， 只是按照各自管理型號(hào)的緊迫程度不停“催活”。

4）工段派工不完全根據(jù)生產(chǎn)能力

當(dāng)前， 生產(chǎn)室將所有接收到的任務(wù)全部下發(fā)到工段， 使得工段有機(jī)會(huì)在不對(duì)分廠任務(wù)作整體考慮的條件下選擇任務(wù)執(zhí)行。 由于分廠上層并沒(méi)有統(tǒng)一的生產(chǎn)計(jì)劃，最后完全由工段長(zhǎng)控制生產(chǎn)。 而工段長(zhǎng)更多的考慮如何工段利益，盡量使批量最大化，如何使工段生產(chǎn)工時(shí)總和最大化， 如何使工段車(chē)間工時(shí)分配公平。

總之，在這種粗放的生產(chǎn)管理模式下，分廠根本就無(wú)法組織均衡生產(chǎn)。

2.3 無(wú)法進(jìn)行能力計(jì)劃

由于分廠生產(chǎn)品種多，批量少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能力計(jì)劃，甚至大多數(shù)情況下都是“有調(diào)度無(wú)計(jì)劃”，所以無(wú)法優(yōu)化投產(chǎn)批量和批數(shù)，無(wú)法優(yōu)化排產(chǎn)，提高資源利用率，最終達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。 而且一旦現(xiàn)場(chǎng)情況出現(xiàn)變化，如質(zhì)量情況，設(shè)備情況，工具情況，計(jì)劃不能隨需而變，導(dǎo)致計(jì)劃跟不上變化。 車(chē)間也就無(wú)法回答最遲可以在什么時(shí)間開(kāi)始和結(jié)束。

2.4 無(wú)法實(shí)現(xiàn)流程控制

由于當(dāng)前都是手工操作， 只能依靠人的自覺(jué)和自率，所以有些合理流程無(wú)法控制，如：

不能將正確的物料用在正確的工單上， 從而導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題和生產(chǎn)問(wèn)題， 計(jì)劃員可能直接將有質(zhì)量問(wèn)題的在制品送往下一道工序進(jìn)行處理， 而不是找有關(guān)部門(mén)討論， 導(dǎo)致在下一步的生產(chǎn)準(zhǔn)備不充分的情況下，就派工給工人。

因此，必須在分析上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，梳理、優(yōu)化鈑金零件生產(chǎn)過(guò)程流程， 構(gòu)建適合鈑金車(chē)間生產(chǎn)特點(diǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

3 鈑金車(chē)間MES應(yīng)用架構(gòu)

3.1 鈑金件生產(chǎn)過(guò)程業(yè)務(wù)模型

技術(shù)人員在鈑金車(chē)間做了大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，在北航MES研發(fā)團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，從信息化的視角，建立了鈑金制造過(guò)程管理業(yè)務(wù)模型， 以數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向，以數(shù)字量傳遞為主線，對(duì)業(yè)務(wù)流程模型進(jìn)行了仿真與優(yōu)化， 構(gòu)建了多個(gè)鈑金制造過(guò)程管理數(shù)字化流程模型，包括：產(chǎn)品及制造指令處理流程模型，計(jì)劃管理流程模型，生產(chǎn)準(zhǔn)備流程模型，派工管理及質(zhì)量處理流程模型等。 計(jì)劃管理流程模型如圖1所示。

圖1 計(jì)劃管理流程模型

3.2 鈑金車(chē)間MES系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

在進(jìn)行多方調(diào)研的基礎(chǔ)上， 洪都公司最終選擇了北航制造經(jīng)理系統(tǒng)作為鈑金車(chē)間MES應(yīng)用平臺(tái)，制造經(jīng)理采用J2EE分布式的多層體系結(jié)構(gòu)， 支持多平臺(tái)（Windows、UNIX、Linux）和多種終端（PC，PDA…）形式的訪問(wèn)模式。 應(yīng)用MVC開(kāi)發(fā)模式，將企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯和軟件實(shí)現(xiàn)有效的分離。 采用基于角色的訪問(wèn)體系， 實(shí)施有效的權(quán)限與安全管理控制。 應(yīng)用組建化、可定制的開(kāi)發(fā)模式，提供軟件的頁(yè)面配置、功能配置和角色配置功能， 同時(shí)應(yīng)用支持敏捷開(kāi)發(fā)的報(bào)表和頁(yè)面開(kāi)發(fā)工具， 快速響應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯變化和新的功能需求。

制造經(jīng)理采用成熟的應(yīng)用軟件MS Project進(jìn)行有限能力計(jì)劃， 利用業(yè)界高度認(rèn)同的ILOG提供的穩(wěn)定可靠的算法進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化。采用JGantt組件實(shí)現(xiàn)Gantt圖顯示和任務(wù)計(jì)劃調(diào)度的可視化操作， 極大地提高了軟件的可視化和使用的便捷性。 軟件整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.3 鈑金MES與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成

圖2 鈑金MES軟件總體架構(gòu)

在現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中， 建立從設(shè)計(jì)—工藝—制造的基于全數(shù)字化的數(shù)字量產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是至關(guān)重要的，因此鈑金車(chē)間MES系統(tǒng)必須與公司現(xiàn)有的信息化應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，完成無(wú)縫集成，才能發(fā)揮MES系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)作用，MES系統(tǒng)與公司其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成見(jiàn)圖3。

圖3 鈑金MES與其他應(yīng)用系統(tǒng)集成示意

為了產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)到產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的同步轉(zhuǎn)換，減少M(fèi)ES系統(tǒng)使用人員對(duì)FO/AO指令數(shù)據(jù)的重復(fù)維護(hù)、滿足產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品PBOM和MBOM數(shù)據(jù)從洪都公司自行開(kāi)發(fā)應(yīng)用的中航CAPP系統(tǒng)到北航MES系統(tǒng)的全數(shù)字量傳遞，洪都公司完成了二者的數(shù)據(jù)集成工作，系統(tǒng)集成場(chǎng)景見(jiàn)圖4。

圖4 中航CAPP與北航制造經(jīng)理（MM）集成場(chǎng)景

4 應(yīng)用效果

得益于國(guó)家新初級(jí)教練機(jī)—L7項(xiàng)目的開(kāi)展，洪都公司選擇L7 飛機(jī)部分部件， 基于北航MES 系統(tǒng)，在鈑金車(chē)間生產(chǎn)管理過(guò)程中，進(jìn)行了典型應(yīng)用驗(yàn)證。鈑金MES 的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

1）信息共享和對(duì)稱(chēng)訪問(wèn)

在實(shí)施MES 之前， 信息都存放于各職能人員的紙張或文檔中：計(jì)劃員掌握投料信息，工長(zhǎng)掌握進(jìn)度信息，統(tǒng)計(jì)員掌握工時(shí)信息，調(diào)度員掌握所管型號(hào)的信息，使得信息無(wú)法共享，從而導(dǎo)致很多問(wèn)題被人為掩蓋起來(lái)。通過(guò)實(shí)施MES 系統(tǒng)，所有信息都能透明訪問(wèn)， 充分暴露車(chē)間所有問(wèn)題。 而且由于信息高度共享，可以避免很多重復(fù)錄入工作，提高了工作效率，工作情況查詢(xún)見(jiàn)圖5。

圖5 鈑金車(chē)間工作情況查詢(xún)統(tǒng)計(jì)

2）管理模式改變

通過(guò)實(shí)施MES系統(tǒng)， 車(chē)間信息采集更加容易，信息呈現(xiàn)更加方便， 車(chē)間可以實(shí)現(xiàn)扁平化的管理模式。 并且由于實(shí)現(xiàn)了能力計(jì)劃， 整個(gè)車(chē)間生產(chǎn)都不再處于無(wú)序狀態(tài)， 各職能部門(mén)都圍繞著生產(chǎn)計(jì)劃展開(kāi)自己的工作， 從而使權(quán)責(zé)更加明確， 車(chē)間管理更加規(guī)范。

3)過(guò)程管理與優(yōu)化

由于鈑金分廠屬于非常典型的多品種小批量生產(chǎn)工廠，加工零件比較復(fù)雜，生產(chǎn)任務(wù)繁重，工時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確定額， 依靠人的經(jīng)驗(yàn)很難做出一份合理的計(jì)劃， 所以迫切需要計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行過(guò)程管理， 以提高設(shè)備利用率， 減少任務(wù)拖期率， 從而達(dá)到提高車(chē)間經(jīng)營(yíng)能力的最終目標(biāo)， 生產(chǎn)計(jì)劃管理見(jiàn)圖6。

圖6 鈑金車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃管理

4)產(chǎn)品可溯性加強(qiáng)

MES支持物料單件標(biāo)識(shí)和批標(biāo)識(shí)， 嚴(yán)格記錄物料的加工信息和檢驗(yàn)信息， 嚴(yán)格記錄任務(wù)的批次演繹關(guān)系， 嚴(yán)格記錄組件和零件、 零件和原材料的追溯關(guān)系， 支持物料譜系關(guān)系的得正反查， 對(duì)非構(gòu)化文檔進(jìn)行歸檔管理， 從而最終協(xié)助企業(yè)生成產(chǎn)品電子履歷。

5 結(jié)語(yǔ)

洪都集團(tuán)通過(guò)鈑金MES系統(tǒng)的實(shí)施，有效實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)—工藝—制造的企業(yè)信息閉環(huán)， 顯著地提高了鈑金車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)代化管理水平， 極大地方便了廣大工程技術(shù)人員對(duì)制造作業(yè)信息的操作與獲取，為企業(yè)產(chǎn)品在鈑金MES系統(tǒng)中的全面應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]張晶,何衛(wèi)平, 張維, 等. 基于節(jié)點(diǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)建方法. 航空制造技術(shù),2011年第三期.：航空制造技術(shù)雜志社，2011.02.

[2]文明, 楊建軍.作業(yè)成沖法在制造執(zhí)行系挽中的研究與應(yīng)用. 新工藝新方法數(shù)字設(shè)計(jì)與數(shù)字制造，2007.

[3]周士林. 航空制造工程手冊(cè)-飛機(jī)鈑金工藝.北京：航空工業(yè)出版社，1992.10.

[4]邵新宇.現(xiàn)代CAPP技術(shù)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.10.

[5]Kenvin Loney. Oracle Database 10g:The Complete Reference.New York：Oracle Press，2005.

[6]楊秀章. PowerBuilder 8.0開(kāi)發(fā)指南. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.01.