固體發動機裝藥稱量過程管控系統

◎西安航天化學動力有限公司 白濤

稱量工序是固體火箭發動機裝藥的關鍵工序，其準確性是決定固體發動機產品成敗的關鍵因素。本文圍繞固體發動機裝藥稱量過程管控系統，分析其總體架構、關鍵技術、應用效果和技術創新，并提出了未來發展建議。

稱量工序是固體火箭發動機裝藥的首道工序，也是推進劑質量控制的關鍵工序，主要分為三個生產過程，即原材料準備和預處理、原材料稱量、原材料加料和預混。生產過程主要是手工作業，自動化、信息化程度低，容易產生錯拿錯用、原材料稱量、加料錯誤等問題，數字化管控手段欠缺。整個推進劑生產過程不可逆，一旦出現原材料的稱量加料量錯誤，就會導致推進劑配比發生變化，推進劑各組分間的交聯反應方式變化，若不及時發現，影響推進劑力學、燃速等性能，甚至導致產品報廢。因此，稱量工序的準確性是決定固體發動機產品成敗的關鍵因素。

一、系統構建目標

以產品質量為核心，運用信息化、自動化控制技術為手段，構建基于稱量工序從任務、工藝、管理、資源協同的一體化生產制造體系，形成固體火箭發動機推進劑稱量工序過程質量管控的新模式及可推廣的標準化體系。實現小組份原材料在預處理、稱量、加料生產過程中的人員、物料、設備、工藝、環境等的過程精細化質量管控；實現大宗原材料KZ、703 膠、鋁粉控制系統與MES 系統協同生產，形成稱量工序全過程的工藝過程數據信息在線自動采集、產品質量過程預警、預判管控、生產過程信息數據展示，為稱量工序向數字化轉型奠定基礎。

二、構建思路

稱量過程質量管控系統以稱量任務為指引，以質量控制為核心，從結構化工藝分解為始，到產品數據包的形成與應用為終，以“人、機、料、法、環、測”的統一編碼、標準定義、過程管控、數據管理以及數據分析與應用貫穿稱量全過程，形成稱量全過程閉環管理。

稱量過程質量管控系統涵蓋從獲取技術通知單，稱量工序工藝記錄（稱量工藝）編制、稱量工藝卡、稱量過程系統控制、車間現場物料管理等整個稱量生產過程，主要實現對稱量工序的生產過程信息、生產操作記錄等稱量過程的控制和數據的管理及產品質量綜合管控。

三、關鍵技術

（一）人臉匹配驗證技術

通過人臉識別技術對生產現場作業的帶班長、主副操作、操作員進行身份識別、資質匹配驗證、權限設定，實現對人員的精細化管理，控制人員的知悉范圍，防止生產現場人員的交叉作業。

（二）物料、設備精確管控技術

通過對（不同精度、分度、量程）電子秤、小組分原材料的條碼標識，在稱量過程中對每一種原材料、使用的電子秤進行掃碼確認，并匹配該型號生產的工藝要求，系統自動驗證原材料（名稱、批次、有效期、廠家）、電子秤（分度值、量程、精度、規格），實現小組份原材料、電子秤的精確使用，用系統驗證替代人檢查確認，防止出現原材料、電子秤的錯拿、錯用的現象。

圖1 系統總體架構

圖2 原材料過程掃碼與工藝驗證

（三）數字化工藝技術

通過使用結構化的工藝方法，可快速編制工藝規程；通用材料處理規程，可以直接引用到工藝規程編制中；技術規范文件的集中管理，便于工藝員隨時翻閱查看。

通過對稱量過程中原材料準備階段總量、各組份鍋次需求量，工藝技術參數的系統標準化計算，替代人工計算、錄入數據，防止出現人為差錯帶來的質量隱患。通過標準化的制定、審批、下發生產任務及工藝質量技術（工藝規程、工藝卡片、工藝技術通知單），實現工藝技術質量文件的在線審批，自動分發至生產作業現場，提高工藝技術人員的管理效率，控制文件、數據的準確性、可靠性。

通過對稱量、加料工藝過程的視頻監控，可通過遠程實時監控生產過程，并實現視頻數據的結構化關聯型號任務，為事后的全過程質量追溯提供依據。

（四）在線數據檢測預警技術

通過對環境溫濕度（稱量間、工房、室外環境）的在線檢測，并比對工藝對環境的要求，實現環境溫濕度的時實質量預警提示，輔助生產作業。

四、攻克的技術難點、實現的創新點

（一）提高數字化工藝編制效率

系統對配方材料的計算公式進行標準化設置、對產品配方物料進行模板化維護、對通用規程及典型工序進行標準化模板設置，使在工藝數據編制環節中可進行參照、引用、輸入參數值即可計算等方式，極大提高了工藝人員在系統中進行工藝拆解的效率，讓工藝人員從原本繁重復雜的結構化工藝編制工作中解放出來，提高工作效率。

（二）車間班組的任務縱向貫通

系統根據稱量工藝路線自動進行工序任務分解；自動為工序任務匹配工藝卡，如果出現多個版本，則進行手工指定；自動根據工序材料與工藝裝備清單進行資源齊套檢查，提示材料和工藝裝備欠缺和占用情況以及工房占用情況；資源齊套后，可以進行工序任務下達，生成派工單傳遞到班組現場觸摸終端。

（三）生產過程中質量數據的管控透明化

各工序完成后需要錄入生產過程關鍵工藝質量數據，作為工藝改進和質量追朔的依據；結合各工序生產設備運行數據提取、關聯，形成相對完整的生產過程質量數據鏈，經過一段時間的數據積累，可以作為提高產品質量、改進生產工藝的依據。

圖3 環境溫濕度的檢測預警

圖4 車間調度計劃

圖5 班組生產執行任務分發

五、應用效果與經驗

（1）對稱量工序生產過程中人員、原材料、工藝、環境溫濕度等要素的質量管控，對生產過程操作進行步步管控，提升了產品質量可靠性、一致性和減少人為差錯。

（2）對生產過程實時跟蹤，對稱量工藝參數實時采集，對工藝視頻實時監控，及時發現問題并處置，降低損失。

（3）形成了完備的稱量過程數據包，方便后期進行質量追溯以及質量分析與改進。

（4）形成了稱量工序級知識庫，便于長期的知識積累和重復利用，提升生產管理效率。

目前項目實施經驗及質量管控模式，已向裝藥車間混合、澆注、硫化工序進行推廣，后續可推廣至7416 廠田王廠區、成東城區及輞川廠區原材料準備車間、殼體絕熱包覆車間、發動機總裝車間的具體應用。

六、總結與展望

稱量工序質量管控系統建設的范圍包括小組份原材料的稱量、加料過程的質量管控，該工序還包含大宗原材料KZ、703 膠、鋁粉的自動稱量、加料、預混。

根據廠兩化融合的整體規劃，2020年將聚焦田王廠區稱量工序，開展數字化單元建設工作，通過對稱量工序信息化、自動化系統的新建、升級、改造、整合，來實現稱量工序從原材料生產準備、原材料自動稱量、加料預混全過程的數字化協同生產以及人機料法環測的過程質量管控，打通廠、車間、生產現場工藝、資源、計劃任務信息數據縱向的雙向傳遞，橫向聯動MES 系統、DNC 系統、粘液自動稱量系統、鋁粉過篩預烘加料系統的協同生產控制，構建基于稱量工序從任務、工藝、管理、資源協同的一體化生產制造模式。

同時結合廠生產管理特性，利用現有的信息化、自動化的條件，梳理裝藥車間混合、澆注、硫化工序的質量控制點，根據稱量工序過程質量管控系統的成功經驗，進行推廣實施，使裝藥車間逐步形成體系化的數字化質量管控。