基于云制造的運載火箭供應鏈協同制造模式研究

天津航天長征火箭制造有限公司 王 超 王 湃 張曉舫

運載火箭的制造系統與研制技術十分復雜，涉及眾多的研制生產與協作配套單位，并且需要多個企業、區域及專業開展協同制造。目前，傳統的供應鏈管理方式已無法滿足新形式下型號任務的需求，如何利用先進的制造技術和信息技術提升供應鏈管理水平和釋放供應商生產能力，成為迫切需要解決的問題。

本文以天津航天長征火箭制造有限公司（以下簡稱“天津火箭公司”）的協同制造經驗為例，設計并構建了基于云制造的運載火箭供應鏈協同制造組織模式、體系結構與運作模式，總結了云制造平臺的關鍵技術及難點，并在云制造平臺中定義了各類不同的標準規范和質量管理體系，改善了企業的供應鏈管理方式，釋放了供應商的生產能力，有效提高了協同制造效率。

一、基于云制造的供應鏈管理及需求

（一）云制造下的供應鏈管理

云制造是近幾年提出的一種基于知識、面向服務的網絡化智能制造新模式，融合了物聯網、大數據、CPS、數字孿生等信息技術，通過拓展現有制造模式和服務技術，將各類制造資源和制造能力虛擬化、數字化，并進行集中的智能化管理與運營。在云制造理念出現之前，企業往往擁有幾個固定的產品供應商，主要根據生產能力和成本報價來選擇供應商。對于產品的工藝設計和質量控制，企業通常需要和供應商進行多輪的技術交底，有時也需要二級供應商的共同配合，但是也容易出現供應商選擇困難、協同制造效率低等情況。而在云制造理念出現之后，企業的供應鏈管理方式由傳統的簡單層次管理模式轉變為以云制造平臺為核心，客戶和供應商可直接在云制造平臺上開展工藝研發、生產計劃管理與排產、質量控制、供應商評價分析等業務的模式。

（二）運載火箭協同制造的需求

運載火箭的生產研制涉及工藝研發、零部件制造、產品檢驗管理、質量狀態控制等多個過程，涉及的配套產品具有零件數量眾多、質量控制嚴格、制造精度要求高等特點。隨著運載火箭研制模式的變化及數字化要求的日益提升，傳統串聯式的協同模式已無法滿足航天“高質量、高效率、高效益”的需求，需要構建以航天質量管理體系為核心，以互聯網云平臺為依托，將各類制造資源和制造能力統一管控，實現對產品全生命周期協同制造管理和優化的新模式，以達到縮短產品研制周期、降低產品成本的目的。

二、基于云制造的供應鏈協同制造模式設計

（一）協同制造組織模式的構建

根據運載火箭協同制造的特點和供應鏈管理要求，本研究首先構建了基于云制造的協同制造組織模式，通過互聯網將客戶和供應商接入云制造平臺，將每個供應商作為一種“制造服務”項目進行管理。云制造平臺中定義了各類不同產品的標準規范和質量管理體系，根據各類客戶對不同產品的質量需求和制造要求，在平臺中自動匹配相應的質量標準規范，并提供個性化定制需求。云制造平臺包括產品數據管理、工藝設計、質量管理、生產制造、BOM管理、質量追溯等產品全生命周期管理。

基于云制造的供應鏈協同制造管理模式將不同地域、不同類型的企業整合為類似“制造產業聯盟”式的松耦合組織模式，在云制造平臺上引入航天質量管理體系，定制各類標準規則，并在企業生產制造過程中加入各類質量要求和管理要求，實現對產品全生命周期的管理和數據追溯。基于云制造的供應鏈協同制造管理模式，通過企業間資源共享、生產負荷分析、信息傳遞和過程管控等方式，將各個企業聚合在一起，大大彌補了企業間的差異與自身的不足，形成制造能力互補、管理體系統一、產能實現最大化的“虛擬”制造產業聯盟。聯盟中的各個企業可以采取不同的合作方式，例如，固定客戶的定制性生產、圍繞研制型產品的能力互補型合作等。這種開放式的管理模式可以滿足“多品種、小批量”的航天特色生產需求，減少企業重復性固定資產的投入，讓其專注于某些領域開展深入研究。

（二）協同制造體系結構的設計

為滿足供應鏈協同制造的需求，本研究將基于云制造的協同制造體系結構分為4個層次，包括云平臺應用層、云服務層、體系管理層和基礎層。其中，基礎層包括網絡環境、服務器管理、數控設備聯網及云存儲等基礎設施。體系管理層主要是結合航天管理體系進行建模，包含工藝管理、任務管理、原材料管理、工裝管理、質量管理、設備管理、成本管理等管理要求，并在云制造平臺中進行建模和功能實現，該層也為云服務層提供基礎功能的模塊。云服務層將體系管理層中的業務功能進行整合，并以服務的方式提供給應用層，該層主要包括工藝設計云、生產管控云、供應鏈管理云、設備管理云等，構成了云制造平臺的業務主體。應用層主要是面向企業和客戶，并為其提供所需的平臺功能，主要包括工藝設計、數據管理、生產計劃管理、生產執行反饋、質量管控、設備管理及供應商分析等。圖1為基于云制造的協同制造體系結構圖。

（三）供應鏈協同制造運作模式

在對協同制造體系進行研究分析的基礎上，本研究構建了基于云制造平臺的供應鏈協同制造運作模式。基于云制造平臺的供應鏈協同制造運作流程主要分為5個部分：（1）制造商與供應商在云制造平臺上發布需求信息和資源信息；（2）云制造平臺會根據需求定義，采用多條件搜索、能力匹配等方式，為制造商推薦相關供應商及其相關信息，并完成制造成本評估；（3）平臺會根據供應商的制造資源、生產負荷等多種約束條件進行智能排產，制定切實可行的生產計劃；（4）供應商在生產制造過程中，云制造平臺將根據生產管理方式為其構建獨特的生產任務執行鏈路，供應商需要按照生產執行鏈路中的制造節點進行生產制造，并記錄產品的質量數據及數控設備運行數據，完成數據采集；（5）通過云制造平臺開展相關的產品檢驗、物流配送及供應商評價等工作。圖2為基于云制造的供應鏈協同制造運作模式圖。

圖1 基于云制造的協同制造體系結構圖

三、云制造平臺建設的關鍵技術與難點

（一）管理體系建模

產品的多樣性與管理的復雜性決定了如何將不同的管理體系落實到云制造平臺上，成為云制造平臺建設過程中的關鍵問題和技術難點。平臺設計開發了以“制造執行鏈路”為核心的生產管理模式，中心思想是將各類質量要求和管理要求落實到產品生產制造流程上，當制造過程中出現異常情況時，按照質量管理要求觸發其異常處理流程，實現對產品制造過程的全生命周期管理。

基于“制造執行鏈路”的生產管理模式，依靠航天質量管理體系模型，以管理標準化文件為基礎，從質量管理要求和生產管理方式2個方面進行建模，將制造管理模式由“客戶提要求，供應商被動執行反饋”轉變為“云制造平臺規劃業務流程、記錄過程數據、反饋異常事件，供應商按規劃業務流程生產”的模式，以此實現對工藝、質量、設備、成本等縱向制造管理要求的橫向聯結，貫通產品制造流程，消除客戶和供應商之間的信息斷層。

（二）智能化決策分析

為了充分釋放供應商的生產能力，提升協同制造效率，減少不必要的前置時間，智能化決策分析是云制造平臺的重要功能。云制造平臺通過量化分析構建了以制造裝備為最小單元的生產系統，利用工業互聯網實時感知協作單位生產負荷的變化和數控設備的運行狀態，結合人工智能與數據分析，不斷優化任務與資源的匹配，并進行動態的優化調整。從多個生產作業方案中選擇最優生產計劃，使整個生產流程形成一個“實時感知—動態優化—智能決策控制”的過程。

圖2 基于云制造的供應鏈協同制造運作模式

（三）信息化技術應用

信息化技術應用是基于云制造的供應鏈協同制造模式成功實施的基礎之一。云計算、大數據分析、虛擬化、網絡安全系統、電子商務、消息機制等電子信息技術為云制造平臺的正常運行提供了技術保障。云制造平臺負責收集產品制造全生命周期的數據，并以這些數據為基礎，利用大數據分析技術，對影響產品制造的“人、機、料、法、環”進行全面分析，識別出制造過程中的關鍵技術短板，不斷優化生產資源的配置。

四、結束語

本文從改善企業供應鏈管理、降低產品生產成本、充分釋放供應商生產能力入手，設計并構建了基于云制造的協同制造組織模式、體系結構和運作模式，為公司建立智能化供應鏈管理積累了經驗。