基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的航天火工品數(shù)字化快速工藝及其應(yīng)用*

胡韶華　柏占偉　伍小兵　汪女輝

(①重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，重慶 402260；②中國航天科技集團(tuán)公司川南機(jī)械廠，四川 瀘州 646003)

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基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的航天火工品數(shù)字化快速工藝及其應(yīng)用*

胡韶華①②柏占偉①伍小兵①汪女輝①

(①重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，重慶 402260；②中國航天科技集團(tuán)公司川南機(jī)械廠，四川 瀘州 646003)

針對航天火工品現(xiàn)有工藝編制過程中存在一致性差，編制時(shí)間長，對工藝人員個(gè)人水平依賴度高等問題，提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的數(shù)字化快速工藝技術(shù)。首先，通過產(chǎn)品流程梳理建立崗位標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋所有產(chǎn)品涉及的崗位；其次，對崗位內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，具體內(nèi)容包括：崗位通用工藝文件、崗位操作守則、崗位標(biāo)準(zhǔn)操作手法、崗位數(shù)據(jù)記錄模板等；最后，利用數(shù)據(jù)庫將產(chǎn)品生產(chǎn)過程與標(biāo)準(zhǔn)崗位內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝的快速編制。試運(yùn)行結(jié)果表明，基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的快速工藝能提高工藝的編制效率和準(zhǔn)確度。

數(shù)字化制造；標(biāo)準(zhǔn)化崗位；知識庫；快速工藝

中國分類號：TH122文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)品，對工藝和質(zhì)量控制要求極高[1]，航天火工品生產(chǎn)存在很多手工裝配和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，很多需要識別操作及檢驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),這些都需要嚴(yán)格的工藝文件去保證。工藝是連接設(shè)計(jì)與制造的橋梁和紐帶，也是生產(chǎn)過程中唯一技術(shù)依據(jù)[2]。對于具有1 000多種產(chǎn)品，同時(shí)在線生產(chǎn)達(dá)上百種的定制型企業(yè)而言,工藝文件的編制和控制十分困難。

傳統(tǒng)工藝是人工基于經(jīng)驗(yàn)來完成的，這種編制工藝的方式一方面需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員來保證工藝的準(zhǔn)確性和編制效率，另一方面存在對工藝人員依懶性強(qiáng)，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(xué)者和工程師們將計(jì)算機(jī)輔助方法引入到工藝規(guī)劃領(lǐng)域，推動了計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)的發(fā)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(guī)劃涉及的資源多，產(chǎn)品自身的特性等因素使得現(xiàn)在商品化CAPP拋棄了工藝自動化決策的思想和自動化設(shè)計(jì)的思路，只是提供一個(gè)工藝編制的平臺，大量的工作由工藝人員來完成，系統(tǒng)只是完成簡單的數(shù)據(jù)填寫和表格生成工作，不能適應(yīng)航天火工品生產(chǎn)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(qiáng)。航天火工品生產(chǎn)存在很多手工裝配和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，很多需要識別操作及檢驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，如何控制這些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)很大程度上依賴于工藝員的個(gè)人水平；(2)工作量大，編制效率低。現(xiàn)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(shí)為上百種產(chǎn)品編制、維護(hù)工藝的工作量巨大；(3)工藝共享程度差。現(xiàn)有工藝以紙質(zhì)或單個(gè)獨(dú)立的電子文件存在，優(yōu)秀的工藝無法共享。這種工藝編制顯然無法滿足航天產(chǎn)品的細(xì)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(chǎn)品流程及標(biāo)準(zhǔn)化崗位發(fā)現(xiàn)，整個(gè)火工品的生產(chǎn)流程其實(shí)是由一系列標(biāo)準(zhǔn)崗位組成，每個(gè)崗位由固定的工作內(nèi)容和指標(biāo)。不同的火工品生產(chǎn)就是不同崗位的組合，崗位標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品多樣化這兩個(gè)看似矛盾的個(gè)體在這里卻得到了統(tǒng)一。如果能對每個(gè)崗位的工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，那么編制產(chǎn)品工藝就是這些標(biāo)準(zhǔn)化崗位工藝模塊的組合，這為實(shí)施數(shù)字化快速工藝提供了理論依據(jù)和可行性。基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的數(shù)字化快速工藝的主要思想是將產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)環(huán)節(jié)的工藝內(nèi)容、操作手法、相關(guān)資源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，做成數(shù)據(jù)庫，工藝人員只需要調(diào)用一系列各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，然后快速生成產(chǎn)品工藝文件。

1　基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的數(shù)字化快速工藝體系

航天產(chǎn)品工藝包括兩個(gè)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(chǎn)品工藝。一般工業(yè)界所稱的工藝都是專用工藝(產(chǎn)品工藝)。專用工藝是和產(chǎn)品一一對應(yīng)的，即一種產(chǎn)品(甚至同一種產(chǎn)品不同生產(chǎn)批次)就有一套對應(yīng)工藝，數(shù)量大(約1 500個(gè))而且動態(tài)的，不易直接標(biāo)準(zhǔn)化；通用工藝是和生產(chǎn)過程中的基本環(huán)節(jié)(也稱標(biāo)準(zhǔn)崗位)一一對應(yīng)的，與具體產(chǎn)品沒有直接對應(yīng)關(guān)系，數(shù)量相對較少(約300個(gè))而且相對固定，較易標(biāo)準(zhǔn)化。

基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的數(shù)字化快速工藝的基本思路就是利用通用工藝來生產(chǎn)專用工藝(圖1所示)。工藝分級管理的核心在于崗位標(biāo)準(zhǔn)化。崗位標(biāo)準(zhǔn)化的過程是將工藝進(jìn)行逐級分解，將設(shè)計(jì)、工藝和操作要求層層落實(shí)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(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，輸出數(shù)據(jù)規(guī)范完整。根據(jù)航天火工品工藝技術(shù)和管理流程的特點(diǎn)確定工藝分級管理模式為：

專用工藝(產(chǎn)品工藝)=崗位通用工藝+崗位操作守則+崗位操作手法(重點(diǎn)環(huán)節(jié)操作演示視頻)+通用設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化崗位建立的。工藝分級管理體系建設(shè)完成后，產(chǎn)品工藝的編制就顯得簡單而易行，工藝人員只需要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，按照工藝流程將標(biāo)準(zhǔn)崗位組合起來，編制崗位流程表，明確接口參數(shù)和個(gè)性化要求，即可快速生成產(chǎn)品工藝文件。

2　基于崗位標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字化快速工藝的關(guān)鍵技術(shù)

如前所述，基于標(biāo)準(zhǔn)化崗位的數(shù)字化快速工藝就是在通用工藝標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化，將對應(yīng)的工藝及相關(guān)資源做成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，工藝人員在編制某種產(chǎn)品的專用工藝時(shí)只需按照產(chǎn)品生產(chǎn)過程涉及的對應(yīng)崗位的專用工藝調(diào)用，快速生產(chǎn)產(chǎn)品工藝。

2.1崗位劃分(流程梳理)

實(shí)施數(shù)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(chǎn)品過程)進(jìn)行合理拆分，使之成為一系列相對獨(dú)立的單元。對全部類型的產(chǎn)品進(jìn)行拆分后，將內(nèi)容相同的單位進(jìn)行合并，形成一系列的獨(dú)立單元，就完成了崗位劃分。

崗位劃分的基本原則：(1)獨(dú)立性，每個(gè)崗位的工作內(nèi)容具有相對獨(dú)立性，并具有專業(yè)性；(2)固定性，每個(gè)崗位的工作內(nèi)容、操作手法、記錄的數(shù)據(jù)必須是固定的，不應(yīng)隨產(chǎn)品的變化而發(fā)生變化。如振動試驗(yàn)，有的產(chǎn)品是做定頻振動、有的產(chǎn)品是做隨機(jī)振動。則振動崗位必須進(jìn)一步細(xì)分，直到其工作內(nèi)容與產(chǎn)品無關(guān)為止；(3)連續(xù)性，一個(gè)崗位的操作內(nèi)容必須是連續(xù)的，若存在中斷或穿插，應(yīng)進(jìn)行崗位細(xì)分；(4)最大公約數(shù)原則，在實(shí)施崗位劃分中存在崗位過細(xì)、冗余的問題，需要按照最大公約數(shù)原則進(jìn)行合并。比如，A產(chǎn)品由標(biāo)準(zhǔn)化崗位1、2、3、4組成；B產(chǎn)品由固定崗位1、2、3、5組成；并且其余產(chǎn)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(nèi)容上相互獨(dú)立的，但是在不同的產(chǎn)品中始終是同時(shí)連續(xù)出現(xiàn)的，因此需要將崗位1、2、3合并為一個(gè)崗位，以減少崗位數(shù)量。

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

2.2崗位標(biāo)準(zhǔn)化

崗位標(biāo)準(zhǔn)化主要包括對每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化崗位的通用工藝、操作守則、操作手法、數(shù)據(jù)記錄模板等內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

(1)崗位工藝標(biāo)準(zhǔn)化

崗位工藝(通用工藝)是對崗位通用操作要點(diǎn)的通用要求，明確通用的設(shè)備、工裝以及控制參數(shù)等，為避免在產(chǎn)品工藝中重復(fù)進(jìn)行編制。通用工藝的難點(diǎn)是接口參數(shù)的識別，也就是通用操作過程變量的識別。以試驗(yàn)工藝某崗位為例(圖2)，通過對每類產(chǎn)品試驗(yàn)流程，工藝控制要素等內(nèi)容的重復(fù)度進(jìn)行分析，將高重復(fù)度的部分固化下來，成為標(biāo)準(zhǔn)化工藝的主體部分(不變量)，成為后續(xù)與標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)、制作工藝模板的基礎(chǔ)。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(jié)分析，建立“工藝參數(shù)”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(biāo)準(zhǔn)化

由于目前航天產(chǎn)品生產(chǎn)過程中自動化程度較低，存在大量的人工操作環(huán)節(jié)，需要對操作進(jìn)行規(guī)范化；同時(shí)，航天產(chǎn)品要求生產(chǎn)過程關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)需要數(shù)據(jù)記錄。因此，需要對每個(gè)崗位的操作守則、操作手法、數(shù)據(jù)記錄等實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)知、應(yīng)會內(nèi)容，其主要內(nèi)容為崗位的基本要求、操作要點(diǎn)、相關(guān)設(shè)備的使用要求、安全、質(zhì)量規(guī)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(cuò)的操作過程進(jìn)行多媒體示范(圖3)。每個(gè)對應(yīng)崗位的數(shù)據(jù)記錄也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化(圖4)。

(3)其他資源庫的建立

經(jīng)過與軟件公司討論后一致認(rèn)為：操作守則、操作手法、通用工藝、崗位風(fēng)險(xiǎn)分析、設(shè)備操作守則和產(chǎn)品操作規(guī)范等應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)分析等內(nèi)容，軟件應(yīng)能夠自動篩選出來，供工藝人員、現(xiàn)場操作人員查看，并作為操作者在產(chǎn)品加工前或崗前培訓(xùn)所用。

(4)崗位及相關(guān)資源的編碼

編碼是實(shí)施數(shù)字化快速工藝的基礎(chǔ)性工作，它是將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化崗位的通用工藝，操作守則、操作手法等自動關(guān)系的唯一依據(jù)。每個(gè)崗位上資源在編碼上存在對應(yīng)的唯一性，內(nèi)部相互校驗(yàn)，是防止出差錯(cuò)的重要手段。下面以崗位編碼為例，說明編碼規(guī)則，其他資源都是在此原則和基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成。

崗位編碼由1位字母(G)與12位數(shù)字碼組成。

其中字母G是碼段標(biāo)識符號。12位數(shù)字碼含義如下：數(shù)字碼1-2位代表生產(chǎn)流程序號，如通用、機(jī)加、特種、裝配、檢測、試驗(yàn)等；3-4代表產(chǎn)品類型，如點(diǎn)火器、火箭等；5-6位代表專業(yè)類型，如01代表車，23代表火箭裝配；7-9位代表專業(yè)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(chǎn)品類型是點(diǎn)火器；01—點(diǎn)火器裝配；006—電性能測試；000—保留。所以G090101006000表示的崗位是：點(diǎn)火器裝配過程中電性能測試。

其他資源也運(yùn)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(shù)據(jù)采集模板編碼等必須含有對應(yīng)崗位碼數(shù)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(shí)施案例

經(jīng)過前期的準(zhǔn)備和策劃，完成了整個(gè)工廠的工藝分級管理標(biāo)準(zhǔn)化以下實(shí)施工作(其中，完成了232個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)有產(chǎn)品工藝進(jìn)行分解、建立一系列可以獨(dú)立的工作崗位，并對崗位實(shí)施數(shù)字化編碼。

(2)建立每個(gè)崗位的工作內(nèi)容、結(jié)構(gòu)參數(shù)；確定每個(gè)崗位需要采集的工藝數(shù)據(jù)。

(3)將每個(gè)崗位的工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括描述語句的標(biāo)準(zhǔn)化、工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

(4)每個(gè)崗位采集的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行表格化，通用化，并制定編碼體系。

(5)對產(chǎn)品編碼、崗位編碼、崗位數(shù)據(jù)編碼在同一個(gè)編碼體系下編碼，相互校驗(yàn)。

(6)建立產(chǎn)品、崗位、工藝、數(shù)據(jù)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，為工藝智能化運(yùn)行建立邏輯網(wǎng)絡(luò)。

(7)基于數(shù)據(jù)庫在CAPP軟件上做二次開發(fā)，用于快速工藝的實(shí)施。

下面以某機(jī)械部件裝配車間某產(chǎn)品裝配工藝為例，說明基于工藝分級管理的快速工藝系統(tǒng)是如何運(yùn)行的。某產(chǎn)品的部件裝配需要經(jīng)過準(zhǔn)備工作—下制膠皮—檢驗(yàn)—清洗零件—配制膠液—涂刷膠液—……—涂刷三防保護(hù)劑—檢驗(yàn)—包裝等20多道工序完成，其中每道工序都有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)崗位及相關(guān)資源，編制工藝時(shí)選擇對應(yīng)的崗位(或?qū)?yīng)的崗位碼)，與之相關(guān)的工藝及其資源就自動導(dǎo)入。

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

4　結(jié)語

航天火工品數(shù)字化快速工藝編制系統(tǒng)是在對所有產(chǎn)品生產(chǎn)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(shù)據(jù)等進(jìn)行梳理和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用信息化技術(shù)對這些標(biāo)準(zhǔn)化成果進(jìn)行固化和提升的成果。對現(xiàn)有CAPP系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，提供可以調(diào)用這些資源的接口，形成可以運(yùn)行的快速工藝編制系統(tǒng)。通過半年的試運(yùn)行，數(shù)字化快速工藝編制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)工藝質(zhì)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(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了整理和提煉，形成了可以共享的標(biāo)準(zhǔn)資源。現(xiàn)在編制的工藝水平基本不依賴于某個(gè)工藝人員的水平，而是整個(gè)工廠工藝水平的綜合體現(xiàn)，質(zhì)量明顯提高。

(2)編制效率提高。實(shí)現(xiàn)崗位標(biāo)準(zhǔn)化的工藝編制工作就像搭積木一樣，只需要選擇相關(guān)的崗位，確認(rèn)相關(guān)工藝參數(shù)即可，一般1份工藝編制只需要數(shù)分鐘就可以完成。

(3)共享程度高。由于采用結(jié)構(gòu)化形式，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持，所有工藝的數(shù)據(jù)源是單一的。如果需要更改，只需要對數(shù)據(jù)庫作更新維護(hù)即可，無需工藝人員逐個(gè)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?yàn)楹教飚a(chǎn)品數(shù)字化制造、車間節(jié)能技術(shù)、非標(biāo)設(shè)備研制等，己發(fā)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(tuán)公司四川研究院工藝研究項(xiàng)目(GYRKT2015-06)