航天研究所裝調生產線自動化智能化建設經驗

朱臻

[摘 要]裝備產品目前具有小批量、多批次、周期短、質量要求高的趨勢。因現有很多研究所調試過程生產布局柔性化不足，自動化程度不高，極大制約了生產效率提升和產品質量穩定。本文根據離散型產品特點，探索和實施了裝調生產線的自動化、智能化改造和提升，并取得了良好成效。

[關鍵詞]裝調;自動化;智能化

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.02.036

[中圖分類號]F424;F4[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）02-00-02

0? ? ?引 言

根據中國目前建設科技強國、質量強國、航天強國、數字中國的總體規劃，同時為滿足“十三五”期間航天產品每年成倍增長的任務要求，提高生產效率，加強過程質量控制，需要在現有條件下，充分利用自動化手段提高航天產品生產全過程質量管控能力。航天產品具有多型號并行、小批量生產的特點。以前研究所的生產部門主要按型號產品的需求進行工藝布局，生產工位繁多，生產線柔性化程度不高。在型號任務逐年激增的情況下，人力、設備、場地等資源都日益緊張。另外，分析研究所某典型制導產品生產流程，此類產品由多種單板、組合產品組成，裝配在一個艙體內。此類產品的生產流程包括電裝、機械結構裝配、單板/組合裝調、整機總裝總調等工序。其中單板調試、組合調試、整機裝調是整個制造過程中的關鍵環節，因涉及的單板多、組合多、連接關系復雜，產品配套的單板平均需要經過11道測試環節、組合平均需要經過20道測試環節、整機平均需要經過24道測試環節，整個裝調環節占總生產周期的60%以上。在航天系統內，產品裝調生產線自動化程度普遍不高，以人工操作為主，生產效率無法提升，已成為生產的最大瓶頸。為此，研究所根據自身科研生產模式的特點，以需求和問題為導向，深入分析航天產品生產線在人、機、料、法、環等各個環節的信息化需求，利用精益生產理念，開展生產線的柔性化布局;針對調試生產線的短板，進行自動化測試系統開發，提高調試工序的自動化水平;建設裝調MES系統，實現裝調過程數據自動化采集分析、過程預警、質量問題自動提取推送、設備狀態在線監控、過程記錄自動打印存儲等，最終實現產品全生命周期管控智能化的目標。

1? ? ?運用先進工具方法，建立柔性化生產線

通過繪制典型專業產品的價值流圖，找出瓶頸工序，應用ECRS（Eliminate取消，Combine合并，Rearrange調整順序，Simplify簡化）分析法和精益QC改善工具，實施工藝路徑優化，對工藝流程進行精益再造，對批量生產的產品設計流水作業，確定工序節拍，最終形成以制導產品生產線、引信產品生產線、數據傳輸生產線、微波產品生產線、天線罩生產線為主的，電裝生產線和環境試驗生產線為輔的柔性化生產布局。生產線具有多個制造單元，滿足小批量、多品種共線生產需求。開展精益布局設計，對生產大樓進行“從輕到重、從上到下跨樓層布局”，生產大樓最頂層是智能庫房，最底層是整機試驗生產線。以制導產品的生產線改造為例。研究所以目前最重要、批量最大的5個系列制導產品為對象，將為其配套的多種單板、組合按3類電路性能進行分類，優化后的生產線只需要6類調試工位即可完成。同時，針對整機產品，也按柔性化進行考慮和布局，設計了4類通用整機調試工位，不僅能滿足現有5型產品并線生產的要求，還可兼容后續在研的同系列改進型產品的生產需求。生產布局柔性化改進后，功能區域集中、合理，減少了生產工位及配套的儀器設備，縮短了物流路徑，減少了在制品周轉時間，改善了現場生產環境。

2? ? ?開發通用綜合測試系統，實現測試過程的自動化

研究所電裝生產線自動化水平比較高，已經擁有SMT產線、三防自動噴涂產線、自動檢測產線，同時引入了電裝MES系統，使用掃碼技術對電裝產品進行全過程控制。但研究所占比最大的調試生產線的自動化水平還不高，這也是航天企業普遍存在的短板。生產線改造后，針對產品手動測試瓶頸，研發自動化、通用化測試設備系統，擺脫了人為依賴，提高了生產效率。通過梳理相關產品的測試需求，采用軟、硬件技術實現在一套測試設備上完成多品種產品的自動化測試，產品通用綜合測試系統采用基于虛擬儀器的DAQ方案。DAQ數據采集系統是基于計算機標準或擴展總線的內置功能插卡，能充分利用計算機資源，增加測試系統的靈活性和擴展性。在硬件方面，產品通用綜合測試系統主要由測試控制計算機、數據采集和通訊系統、電源模塊、測試插箱等部分構成;在軟件方面，產品通用綜合測試系統具有良好的人機交互界面，根據測試產品選擇對應的測試軟件，實現對產品的自動化測試并存儲測試數據。通用性的自動化測試系統建成后，每類調試工位配備若干臺通用測試設備，實現通用設備替代原有調試工位近百臺不同儀器儀表的情況。改變原有測試需人工連接多臺儀器儀表和轉換的情況，實現了測試系統只需點擊選擇就可自動轉換的功能;改變了原有測試數據需人工記錄的情況，實現了測試數據自動記錄和存儲功能;擺脫了對人員技能的依賴，確保生產一致性，極大地縮短了調試周期，實現了調試高效性。以某組合調試為例，原來需填寫表格32張，需填寫參數273個，常溫調試一次將近花費3小時，通過自動測試設備，調試周期縮短至0.5小時。

3? ? ?開發裝調MES系統，整合并改進原有分散的管理平臺，實現管控智能化

針對調試過程信息化管理缺失的情況，通過對各級產品采用條碼識別技術，開發裝調MES系統，整合并完善原有分散的管理系統，實現從物料采購、單板裝配到整機調試驗收交付之間的所有工序智能化管控目標。

3.1? ?建立產品測試數據管理系統，實現在線數據分析

建設產品測試數據管理系統。系統可記錄本次測試所屬的測試階段，包括初測、調試后測試、高低溫進箱常溫測試、低溫測試、高溫測試、高低溫結束恢復常溫復測、溫度沖擊后復測、溫度循環進箱常溫測試、溫度循環低溫測試、溫度循環高溫測試、溫度循環后恢復常溫復測、振動試驗、振動試驗后復測、整理三防后復測、整質振動溫沖后復測、驗收測試和軍檢測試。數據庫服務器每隔10分鐘可提取一次在線測試設備的增量數據，所有測試數據按照產品、批次、圖號、代號、二維碼號等分類字段進行統一存儲和查詢。在產品測試數據庫的基礎上，開發SPC數據分析功能，開展產品測試數據分析。數據分析從3方面開展：從本批產品數據分析本批產品的一致性，從產品成功數據包絡情況分析各批次產品的一致性，從某套產品自己歷史數據的一致性分析此類產品的穩定性。可以根據需要輸出數據包絡線分布圖、直方分布圖和散點分布圖等;可提前發現異常，避免質量隱患，使質量管理從事后向過程預防前移。

3.2? ?建立產品故障庫，實時收集、處理產品質量問題

數據庫中測試項共包括序號、測試項目、單位、標準值、上限、下限、測試值、測試結果、備注和故障診斷項。由于存在故障數據，通過在線故障診斷，為調試人員提供快速的排故參考信息。在故障樹中，不同的測試項對應不同的測試故障信息，為了實現對故障的準確定位，在每個測試項后加一列故障診斷項，通過該項，可以查詢到該故障項對應的故障信息，如果該故障項對應多個器件故障，給出每個器件的故障概率信息。另外，通過測試設備系統的自動判讀功能，對測試數據異常的情況，可實時進行報警，并能將其自動推送至質量問題處理系統，提醒相關人員快速處理問題。故障庫能夠完整收集所有的質量問題，并進行故障數據統計，便于追溯質量問題。

3.3? ?極大改善全過程數據在線收集管理能力

通過物資代碼管理、工人刷卡操作、掃描產品二維碼、設備聯網等，建立的裝調MES系統實現了產品全生命周期的信息化管理。通過平臺全面采集元器件從采購到產品生產全過程的信息（元器件名稱、元器件規格、元器件批次、元器件驗收情況、裝配位置、調試、測試和試驗等），包括任務信息、人員信息、設備信息、產品測試和故障處理等，實現了產品質量追溯、元器件原材料供應商追溯、批次追溯、裝配人員追溯、產品測試數據追溯、產品試驗情況追溯、產品驗收情況追溯和顧客驗收情況追溯的信息化管理。

3.4? ?完善科研生產管理系統，滿足各類管理需求

科研生產管理平臺可實現自動化排產、計劃管理、部門派工管理和工時管理等諸多管理功能。提升設備管理能力，可對自動化測試設備的運行狀態進行實時監控，并能統計設備利用率。針對產品的各類調試記錄、檢驗記錄、產品證明書等質量證明文件，可在線自動生成、打印、存儲，減少了人為因素，提高了工作效率。

4? ? ?結 語

通過實施調試生產線智能制造模式，在企業資源增加十分有限的情況下，滿足了“十三五”以來任務持續年均30%左右的高增長需求。面向專業產品的柔性化生產布局和自動化測試系統投入運行后，在不增加人員的情況下，生產線的效率同比提升了25%，為應對不斷加碼的科研生產任務提供了有力支撐，保證產品質量穩定，提升了企業市場競爭能力。

主要參考文獻

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