軍用產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化管理實(shí)踐

厲沙沙 丁寧 陳明偉 高康軍

（1.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2.空裝駐北京地區(qū)第六軍事代表室，北京 100095）

0.前言

隨著工業(yè)4.0及中國制造2025成為熱門話題[1]，并上升到了國家戰(zhàn)略高度，航天航空用戶信息化“十三五”“十四五”規(guī)劃中也將“夯實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)平臺(tái)基礎(chǔ)，開展智能制造示范應(yīng)用”作為重點(diǎn)方向和任務(wù)之一。零件、部件及總裝生產(chǎn)制造過程已經(jīng)開始進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，這就要求其供應(yīng)商具備同樣的能力以配合上游廠完成其產(chǎn)品整個(gè)生命周期數(shù)字化管理。因此軍用產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)字化建設(shè)意義重大，首先，產(chǎn)品制造過程的數(shù)字化、信息化與可視化的要求、方法和工具相結(jié)合，將極大地縮短對(duì)制造過程問題的響應(yīng)時(shí)間，保障產(chǎn)品有序高效的交付。其次，產(chǎn)品的信息化也利于后續(xù)搭建多型號(hào)、多廠所、跨地域的數(shù)字化協(xié)同研制與應(yīng)用環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)與上游廠所間的項(xiàng)目管理協(xié)同、技術(shù)狀態(tài)協(xié)同、工程數(shù)據(jù)協(xié)同、制造數(shù)據(jù)協(xié)同、協(xié)作溝通協(xié)同和供應(yīng)廠商協(xié)同。

文章以鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)線為實(shí)踐載體，以提高產(chǎn)線生產(chǎn)保障能力為目標(biāo)，聚焦產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效率等突出問題，探討如何提升生產(chǎn)過程數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化應(yīng)用水平，開展生產(chǎn)線數(shù)字化管理探索，為產(chǎn)品制造平臺(tái)的信息化建設(shè)提供實(shí)踐依據(jù)。

1.生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化的主要途徑

本文以精益生產(chǎn)[2]為重要指導(dǎo)思想，運(yùn)用5S管理、TPM、可視化看板等精益管理方法結(jié)合DNC（Distributed Numeric Control ）、MDC（Manufacturing Data Collection & Status Management 制造數(shù)據(jù)收集與狀態(tài)管理）等數(shù)字化、信息化技術(shù)手段，參照GB/T 37393-2019(數(shù)字化車間通用技術(shù)要求)的數(shù)字化車間模型），開展生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析、產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)實(shí)時(shí)分析與監(jiān)控、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃實(shí)時(shí)調(diào)度與優(yōu)化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程驅(qū)動(dòng)管理等技術(shù)研究與探索。

1.1 基礎(chǔ)條件建設(shè)

（1）通過加裝數(shù)字化模塊使“啞”設(shè)備“智巧”化（見圖1）。通過傳統(tǒng)控溫儀表升級(jí)PLC[3]系統(tǒng)可加強(qiáng)加工過程的安全性及工業(yè)情況控制；通過TCPIP接口，預(yù)留接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，使設(shè)備具備無紙化自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)的能力；采用PWM方式控制調(diào)功器，降低電氣故障造成的設(shè)備事故，提升了設(shè)備的有效使用率；通過PLC自帶PID溫度整定模塊，實(shí)現(xiàn)溫度的更精準(zhǔn)平穩(wěn)控制。

圖1 智巧化工作內(nèi)容

（2）通過二維碼的應(yīng)用加強(qiáng)生產(chǎn)過程追溯。物料、成品及在制品、人員、工裝模具等生產(chǎn)資源全部進(jìn)行編碼（見圖2），并通過條形碼和二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)讀取。通過二維碼，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)接入，達(dá)到生產(chǎn)全過程追溯的目的。同時(shí)，自動(dòng)化信息化建設(shè)加速了產(chǎn)線的精益化建設(shè)，在降本增效、減少在制品庫存及縮短周期方面可獲得較大成效。

圖2 利用二維碼建立資源臺(tái)帳

（3）建立重點(diǎn)工序設(shè)備（熱處理爐）的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控?cái)?shù)字化算法模型。對(duì)設(shè)備屬性進(jìn)行結(jié)構(gòu)化建模和職能化分工，將設(shè)備與有權(quán)限的操作人員以及可以執(zhí)行的工藝流程進(jìn)行綁定；為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)設(shè)備可追溯，需要將設(shè)備唯一編碼與工藝流程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，設(shè)備編號(hào)與各爐次號(hào)建立一對(duì)多關(guān)聯(lián)，爐次號(hào)與爐內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行一對(duì)多關(guān)聯(lián)；在制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)為實(shí)現(xiàn)智能排產(chǎn)功能，需建立設(shè)備履歷，標(biāo)注生命周期，采集詳細(xì)的使用及維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備生產(chǎn)、空轉(zhuǎn)、停止時(shí)間等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，按需產(chǎn)出多維度報(bào)表，對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行智能評(píng)估，按產(chǎn)品維度產(chǎn)出設(shè)備維度的排產(chǎn)計(jì)劃；為實(shí)現(xiàn)當(dāng)前生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，創(chuàng)建設(shè)備分布圖，實(shí)時(shí)采集并展示所有設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)。

1.2 車間計(jì)劃及調(diào)度

（1）利用數(shù)字化管理進(jìn)行詳細(xì)排產(chǎn)，加快排產(chǎn)效率。由于軍工行業(yè)的需求特點(diǎn)，下游研制生產(chǎn)單位多為多品種小批量的生產(chǎn)模式。在這種生產(chǎn)模式下，傳統(tǒng)紙質(zhì)生產(chǎn)計(jì)劃方式對(duì)原有的物料庫存、產(chǎn)品庫存及設(shè)備的完好性等信息獲取延遲導(dǎo)致排產(chǎn)計(jì)劃反復(fù)作出調(diào)整。

數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)中的設(shè)備管理（顯示實(shí)時(shí)的設(shè)備狀態(tài)維修、保養(yǎng)、已被其他計(jì)劃預(yù)約等）、物料管理（提供原材料的剩余數(shù)量、狀態(tài)等）、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性管理、生產(chǎn)過程管理、成品庫存管理等模塊，可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人、機(jī)、料、法、環(huán)等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)控。通過以上模塊的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，對(duì)信息進(jìn)行聚合串聯(lián)，以合同為觸發(fā)條件建立相關(guān)產(chǎn)品的整體生產(chǎn)計(jì)劃。

（2）數(shù)字化與可視化相結(jié)合，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過程信息，提升快速反應(yīng)能力。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)可視化：結(jié)合可視化管理，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)單元自動(dòng)匯總的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)存在的各種異常因素、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、任務(wù)完成情況、生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行以及人員狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的整體進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，以日歷形式實(shí)時(shí)顯示每日問題、設(shè)備狀態(tài)、計(jì)劃完成進(jìn)度等，以折線圖的形式統(tǒng)計(jì)每月內(nèi)變化趨勢(shì)，形成直觀顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，時(shí)時(shí)提醒相關(guān)人員對(duì)異常情況進(jìn)行處理并跟蹤處理進(jìn)度。

物料及產(chǎn)品狀態(tài)可視化：現(xiàn)場(chǎng)物料庫存、產(chǎn)品庫存一目了然，實(shí)時(shí)查看物料出入庫記錄以及產(chǎn)品庫存記錄，以建立列表的形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至目視管理看板，以速率表形式展示，優(yōu)化庫存管理，根據(jù)物料的基本信息和采購周期及時(shí)合理提報(bào)物料需求計(jì)劃，為計(jì)劃排產(chǎn)及計(jì)劃進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)提示提供依據(jù)。

1.3 工藝執(zhí)行與質(zhì)量控制

（1）提高工藝文件的可獲得性和指導(dǎo)性。在信息化系統(tǒng)中設(shè)置工藝的快捷查詢，工段可通過關(guān)鍵詞快速查詢要執(zhí)行的工藝或操作者標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書的歷史版本及最新版本。減少工藝執(zhí)行錯(cuò)誤、工藝混淆的狀況；信息化系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書以圖文和動(dòng)畫“靜動(dòng)”結(jié)合的方式呈現(xiàn)給操作者，對(duì)不易描述的關(guān)鍵動(dòng)作采用視頻的直觀形式展現(xiàn)，提升文件的實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值。

（2）提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程可追溯性及追溯的效率。成功的實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)需要積累大量工藝方法、操作過程、檢測(cè)結(jié)果等大量數(shù)據(jù)做奠基，而人工記錄需要耗費(fèi)人力、時(shí)間以及大量紙質(zhì)記錄等問題，并且在搜尋目標(biāo)歷史數(shù)據(jù)也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用信息化系統(tǒng)可自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)，形成Excel列表式的明細(xì)，在搜尋目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)可在搜索框中輸入關(guān)鍵詞直接查詢，提高了數(shù)據(jù)追溯的效率，同時(shí)杜絕了記錄丟失、信息不全等現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）現(xiàn)場(chǎng)求助快速響應(yīng)。為應(yīng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)安全、工藝、質(zhì)量、人員等問題，系統(tǒng)中專門建立了一項(xiàng)生產(chǎn)求助專欄。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)問題時(shí)可第一時(shí)間填寫此項(xiàng)，該項(xiàng)中有問題分類、問題描述、責(zé)任部門、重要程度、緊急程度信息，對(duì)應(yīng)部門收到信息后可立即做出回應(yīng)。

2.結(jié)語

（1）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息化應(yīng)從簡單改造做起，夯實(shí)基礎(chǔ)，做到低投入高收益。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化管理實(shí)踐過程中，需升級(jí)改造的設(shè)備眾多，如何能做到易入手、好操控、低投入、高收益？答案是從簡單的設(shè)備做起，夯實(shí)基礎(chǔ)。鋁合金數(shù)字化改造時(shí)從改造配電柜做起，共改造升級(jí)了某臺(tái)配電柜，在通過加裝數(shù)字化模塊使“啞”設(shè)備“智巧”化，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的自動(dòng)提取和存儲(chǔ)。

（2）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息化應(yīng)從關(guān)鍵工序做起，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。在數(shù)字化設(shè)備改造過程中，應(yīng)重點(diǎn)著眼于影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序。鍛造、鑄造和熱處理是影響鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量的三大主工序，本次數(shù)字化設(shè)備的改造升級(jí)以上三工序已覆蓋80%。這樣既實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化管理，也能從質(zhì)量控制和提升方面也得到卓越效果。

（3）鋁合金生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化探索具有一定的實(shí)踐借鑒意義。鋁合金產(chǎn)品制造平臺(tái)的信息化建設(shè)中建立的金屬熱加工車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化管理模型、三種類型加熱設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控?cái)?shù)字化算法模型、金屬熱加工工藝參數(shù)數(shù)字化模型、淬火熱處理 “智能”單元可為其他生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化管理提供借鑒。