基于“互聯網+”的航空中小型零件生產管理系統研究

劉光林，鐘柳花，李鵬傳，王曉虎，侯力

基于“互聯網+”的航空中小型零件生產管理系統研究

劉光林1，鐘柳花1，李鵬傳1，王曉虎1，侯力2

（1.成都航利航空科技有限責任公司，四川 成都 611936；2.四川大學 機械工程學院，四川 成都 610065）

針對國內某航空中小型零件生產企業的信息管理方式存在產品生產線信息反饋效率低、設備與人員準備計劃和生產計劃匹配率低、產品生產效率低等問題，開發了一套基于“互聯網+”的生產管理系統。以產品主要生命周期流程為基礎，結合產品設計、生產效率制約因素，進行了系統功能需求分析。提出了一種基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化模式。構建了基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化架構模型。在此基礎上，進行了系統功能模塊的設計和軟件系統開發。最后給出了信息管理系統在產品信息化生產流程管理中的應用案例。系統的實現與應用可以提高航空中小型零件生產過程中的信息反饋效率和管理效率，從而提高企業生產效率，并進一步降低生產成本。

航空中小型零件；信息管理系統；架構模型

航空中小型零件結構較為復雜，生產精度要求高，且生產多采用單件小批量的模式，導致某航空中小型零件生產企業傳統的生產信息管理呈現出標準流程長且復雜、產品流程難以統一標準、跨部門流程多、數字化與信息化程度低和人員時間浪費大等特點，使得企業信息反饋效率低、設備與人員利用率低，嚴重影響企業生產效率，增加了生產成本。因此，亟需開發一套能夠實現產品生產過程可監控、設備使用信息與人員工作狀態等實時反饋且具備良好交互特性的生產信息管理系統，以提高產品生產過程中信息反饋效率，提高設備與人員的使用率，提高企業的生產效率和降低加工成本。

“互聯網+”是利用信息通信技術、互聯網技術、移動互聯網技術等，讓互聯網與傳統行業進行深度融合，充分發揮互聯網在資源配置和集成中的優化作用。在“互聯網+”環境下，產品的訂購、設計、加工、檢測和服務等信息能夠實現實時匯總、流動、分析、優化和交互，為產品生命周期內信息的管理和生產資源的合理配置帶來了極大的便利，適用于未來小批量、單件化、定制化和分散化的產品制造模式，而這與航空中小零部件的生產模式十分契合。在“互聯網+”環境下，互聯網、移動互聯網和物聯網技術將逐漸應用到工業生產的各個環節，通過已有數據改進生產工藝和生產方式，利用互聯網平臺讓互聯網與傳統制造業進行深度融合，實現個性化、柔性化和高效率生產。

目前“互聯網+”在生產管理中已有廣泛應用。段偉拯[1]對“互聯網+”下的汽車供應鏈進行了研究，分析了轉型升級的作用和面臨的問題；趙炯[2]設計了基于Android的工業設備遠程監控系統，實現了清晰的層次劃分和系統解耦，并對其進行了測試；彭鑫[3]針對指數據采集與過程控制的專用軟件，提出了一種能夠兼容傳統工業控制監控軟件結構的解決方案，采用Android NDK開發和JNI混合調用的方式，實現了設計的監控軟件系統，并對其進行了應用測試；厲天數[4]等運用互聯網和移動互聯網技術，介紹了安全質量可視化管理APP的實際應用情況，并分析了其實際應用效果；郭娜[5]基于航空制造企業工裝圖紙等的管理難題，采用基于Android平臺的智能手持終端對工裝設計圖紙實現了了高效率管理；李欣然[6]基于煤礦生產現場的環境特點，采用NFC作為系統基礎技術，開發了基于Android的煤礦生產現場APP信息化軟件，并在生產現場對該軟件進行了測試使用；張剛和顧寄南[7]進行了面向手持移動設備終端的網絡化制造平臺集成框架研究，采用Agent和Web Services技術，實現了手持移動設備終端通和網絡化制造系統之間的動態集成；戶偉利[8]研究了Android 工業現場數據發送與接收平臺的主要功能模塊并進行了一一實現，并在模擬條件下測試了軟件；鮑蕾蕾[9]研究了一種基于無線傳感網絡技術和Android技術的數據管理系統，其系統可以實現環境數據采集、基于Android終端的數據管理。

本文從分析某航空中小型零件生產管理的需求和存在的問題出發，結合前人在面向基于“互聯網+”的產品生產信息管理系統研究的基礎之上，開發了一套基于“互聯網+”的生產信息管理系統。首先，提出了基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化具體模式，設計了基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化架構模型，主要包括基礎設施層、數據層、業務邏輯層和應用表示層。而后，對航空中小型零件生產信息管理系統進行功能模塊劃分，主要包括用戶管理模塊、項目管理模塊、制造技術管理模塊、質量檢查模塊和物流管理模塊。最后，基于系統功能模塊進行了軟件系統開發，并給出生產信息管理系統在智能移動端應用案例。

1 航空中小型零件生產信息化需求分析

1.1 航空中小型零件產品的主要生命周期流程

對于航空中小型零件來說，產品的跟蹤是整個管理過程的核心任務之一，其流程如圖1所示。主要業務流程如下：

（1）部門與客戶簽訂訂單協議后，將訂單與相關資料轉移到項目管理部門。項目管理部門根據訂單類型為項目分配編號作為訂單產品全生命周期的唯一識別代碼，可通過系統生成相關的數據并通知相關部門。各相關部門的管理部門根據自身的人員工作排程和生產設備使用排程制定安排項目參與人員和生產設備。

（2）對于成熟的產品，項目管理部門直接下發圖紙到生產管理部門、下發物料清單到物料管理部門；對于需要進行設計的產品，則將客戶提供的相關資料圖紙等發送到設計部門。對于新開發的產品，由技術人員設計產品圖紙后，經相關負責人審定，下發至工藝設計部門。

（3）工藝設計部門編制工藝卡，生成生產工藝卡和物料清單，將工藝卡傳遞給生產管理部門，將物料清單傳遞給物料管理部門。

（4）生產管理部門根據車間設備情況、訂單情況等，制定出生產計劃和設備、人員分配表。將物料需求時間發送給物料管理部門，物料管理部門按時準備好各批次產品的物料。

（5）生產車間根據生產管理部門的生產調度進行相關產品的生產，及時將產品生產情況反饋到信息化管理網絡系統，并按照每一個生產工件編號進行管理，保證產品質量可追溯到單個的產品。

（6）質檢部門對生產的產品進行檢測，將每一個產品的質量檢測數據按照產品編號進行組織，對于合格產品制作質量證明書，并轉入倉儲和運輸環節。

圖1 航空中小型零件主要生命周期業務流程

1.2 航空中小型零件的設計、生產效率制約因素分析

對于航空中小型零件來說，產品的設計和生產效率是整個產品主要生命周期的核心，如1.1節中（2）～（6）所示，其效率將直接影響企業的經濟效益。在上述的產品整個生命管理周期中，已有部分環節實現了數字化管理，但是貫穿整個設計、生產環節的信息化管理依然是整個業務流程中的效率谷地，制約著設計、生產效率的提高。其部分制約因素分析如下：

（1）在發生設計變更或生產變更時，信息反饋速度和準確度將嚴重影響生產效率和資源利用率，遲緩的信息反饋可能造成巨大的資源浪費。

（2）生產進度、生產工作量等的反饋手段落后?，F階段產品生產企業普遍采用指定時間、地點統計的生產進度、生產工作量統計匯報方式，導致生產進度、生產工作量匯報不及時，且將生產人員的時間大量浪費在匯報工作上。

1.3 航空中小型零件生產信息化一般性功能需求分析

基于“互聯網+”的航空中小型零件生產信息化的主要目的是采用基于“互聯網+”的各種技術手段，提高產品在設計、生產、質檢階段的信息化水平，力求克服產品在設計和生產階段的效率制約。為了給員工用戶提供良好的生產體驗，在進行信息化生產系統架構研究前，需要對面向用戶對象的功能需求進行分析，同時，這些面向用戶的功能也需要各種底層的功能對其進行支撐。

如圖2所示，整個信息化生產系統從使用需求上分成了五大部分：

（1）項目進度安排與過程分解。該功能主要是對項目進度進行適當粒度的劃分并給出時間節點，為適應產品生產在現實中的組織模式，需要在不同的管理層面上進行不同粒度的劃分，同時實現對項目進度的跟蹤管理。

（2）項目組成員及成員職責分配。對項目組的人員進行配置，配置后人員便進入了流程表單中，能通過流程管理對項目組成員和產品的完工情況等進行及時跟蹤。

（3）產品設計過程跟蹤管理。完成設計人員的分工，設計進度和審批進度的跟蹤，工藝信息卡片的錄入、查看、審批等。

（4）產品生產過程跟蹤管理。對制造過程中的各個環節進行跟蹤管理、跟蹤匯報、工藝查看等，以減少信息不對稱帶來的人員資源和其他資源的浪費。

（5）產品質檢過程管理。對質檢中的各個環節進行跟蹤管理、跟蹤匯報以及與生產部門之間的實時互動交流，能在錄入相關質量檢查數據的基礎上生成質量證明書等。

圖2 航空中小型零件生產信息化管理的功能需求分析

2 航空中小型零件生產信息化架構模型

2.1 基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化模式

互聯網和移動互聯網的融合為航空中小型零件生產流程管理的信息化帶來了新的契機。截止2017年，智能手機用戶規模已達到6.55億人，企業員工一般均擁有并能熟練使用智能手機。智能手機可以十分方便地通過互聯網或移動互聯網與外界取得聯系，智能應用APP技術的發展也日新月異，這就使管理信息化的部分難題可能在“互聯網+”環境下得到較好的解決。例如：①應用智能手機實現遠程信息匯報；②應用智能手機實現遠程表單審批；③應用智能手機實現遠程工藝卡片查看。

“互聯網+”模式的出現，可以推動航空中小型零件信息化的發展。但基于“互聯網+”的產品生產模式并不是要直接實現信息化過程中的所有步驟和所有方面，而是在現有的技術條件下，通過“互聯網+”模式對產品信息化的各方面進行適當的改進升級以提高信息化程度、提高生產效率。本文提出的模式如圖3所示。

圖3 基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化具體模式

如圖3所示，通過移動互聯網和傳統互聯網手段的綜合運用，將產品生產現場、企業外出人員和企業管理、設計人員從空間隔離上解放了出來，拉近了企業人員之間的“距離”。產品生產現場人員可以通過智能移動手機終端方便地與其他人員進行技術和生產交流，解決企業人員分散的問題。

2.2 基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化生產架構模型

基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化模式在航空中小型零件制造的具體實施中，需要對其總體架構模型進行詳細的設計和研究，以指導整個航空中小型零件信息化的構建實踐過程。在搭建體系時，需要充分考慮系統的實際需求和可能出現的潛在需求。因此，必須使整個系統的各子系統和各功能組件模塊之間處于松耦合的狀態。本文提出的架構模型如圖4所示，劃分為四層：基礎設施層、數據層、業務邏輯層和應用表示層。

（1）基礎設施層。主要是指實現信息化生產的基礎硬件設施。航空中小型零件設備數字化信息化程度較低，所以在信息化生產建設中基本可不考慮相關生產設備的信息化（制造設備信息化改造成本過高）。

圖4 基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化架構模型

（2）數據層。主要包含了信息化生產流程驅動中的各項數據。

（3）業務邏輯層。主要用于完成信息化生產過程中的各種業務邏輯，信息化鑄造實施過程中的核心技術是基于工作流引擎的工作流管理技術。

（4）應用表示層。主要是面向人的使用。航空中小型零件生產信息化過程當中，涉及的信息使用部門較多、人員構成及業務流程復雜。按使用設備分，應用層主要要面向兩種用戶：電腦終端用戶和移動手機端用戶；按職責劃分，應用層的用戶又可劃分為：具有管理職責的員工用戶和一般員工用戶；按所在部門劃分，應用層用戶可劃分為：管理部門用戶、設計部門用戶、生產部門用戶、質檢部門用戶等。

本文主要應用的是單案例研究方式，以騰訊為例，針對人力資源管理領域的教授與管理者、博士研究生和碩士研究生進行了調查研究，并在此基礎上進行數據收集。

3 航空中小型零件信息管理系統實現

3.1 模塊功能設計

一個完整的軟件系統一般需要分為多個子系統，而子系統又由更小的功能模塊組成。模塊之間要盡可能的獨立，減小系統的耦合性，有利于整個系統的開發、調試、部署和擴展。在該項目的實施中，在現有SAP（思愛普）系統基本實現基于電腦終端的信息管理的基礎之上，在移動手機終端要基本實現查看、瀏覽、上傳和審批功能，將信息化的界限從傳統的辦公室拓展延伸到生產現場。

根據該航空中小型零件信息化管理系統的要求，如圖5所示，將信息化系統主要分為五個主要模塊，分別為用戶管理模塊、項目管理模塊、制造技術管理模塊、質量檢查模塊和物流管理模塊。

圖5 航空中小型零件生產信息管理系統功能模塊

（1）用戶管理模塊

主要實現功能：①部門信息管理以及部門人員信息管理，查看、維護各部門的人員基本信息等，添加各部門管理信息以及人員基本信息；②系統權限管理，用于設置各部門相關人員相應查閱使用數據的權限。

用戶管理模塊的使用群體主要為兩大類：企業內部工作人員與企業客戶。為避免企業保密信息泄露，需對不同角色、用戶進行權限管理。常用權限管理技術有：自動訪問控制DAC（Discretionary Control）、強制訪問控制MAC（Mandatory Access Control）和基于角色的訪問控制RBAC（Role Based Access Control）[10]。

本項目信息管理系統采用RBAC96的權限管理方法。RBAC的核心是于用戶集和權限集之間添加“中間集”，即角色集，使用“中間集”將用戶集與權限集解耦，從而降低分配權限的工作量[11]。RBAC具有與策略無關、自我管理的能力，在按組織進行安全策劃時更為方便。RBAC96[12]是Sanhu等人在RBAC的基礎上進行改善的模型，添加了角色層次關系，使得不同角色之間可以繼承或排斥，如圖6所示。

（2）項目管理模塊

主要是用來管理零件生產流程。中小型航空零件種類眾多，系統中涵蓋了多種資源信息。在信息管理系統整合之前，企業各部門之間由于缺乏統一的管理平臺，對于同一種資源采用的編碼規則都會有所不同，各類資源編碼反應的信息也存在差異，從而造成了編碼的混亂[13]。通過結合生產線實際情況和企業管理現狀，對項目編碼提出了便于記憶的統一編碼結構，如圖7所示。

根據零件部件歸屬、零件名稱、零件特征（尺寸、工藝、產量）、更新改良代數設置相關編碼，從而建立數字信息庫。用戶可通過編碼查詢相關項目進度狀態、審核簽批相關項目、監督管理項目進展程度、對進度不足的項目部門進行催促等。

圖6 RBAC96的基本模型示意圖

圖7 項目編碼結構

含有設計技術模塊、加工工藝模塊、產品維修技術模塊三個子模塊。其主要功能是：①分別對設計、加工工藝、產品維修三部分建立技術信息庫，以便后期遇到類似產品加工、維修或類似問題處理時有技術支撐借鑒；②查閱、修改、增加、刪減相關制造技術；③建立技術標準，統一生產、維修等標準，以避免標準不同導致質量不一。

（4）質量檢測模塊

主要功能為查詢、建立、修改、添加質量檢測標準，保證產品的質量在相鄰誤差內。

（5）物流管理模塊

主要功能有：①采購模塊，物資采購可在此查詢、添加、更改、取消；②庫存模塊。原材料等的庫存是保證機加工行業連續生產的基礎，因此必須獲知必要的存庫信息。物資庫存信息可查詢現有物資類型及庫存數量、儲存位置信息、使用狀態信息等。

（6）獨立分析模塊

該模塊是為管理層人員獲得及時、有效的信息而獨立設計。此模塊根據不同部門管理人員權限需求可自動篩選整理分析所需信息，并個性化生成可視化簡潔圖文表等格式。使管理者以更高效的方式吸收信息，從而快速進行工作部署。流程如圖8所示。

圖8 獨立分析模塊使用流程

3.2 開發與使用環境

根據信息管理系統各模塊功能，進行軟件模塊化設計和封裝，完成航空中小型零件信息管理系統的搭建。信息管理操作系統開發環境為Windows 7，編程開發環境為Android Studio 2.0，后臺數據庫為SQL Server 2008 Express，使用環境為Android及以上操作系統。

3.3 應用實例

在使用智能移動端進行生產流程管理時，由于流程應用的多樣性，提供了通用流程和專用特定流程這兩種應用模式，如圖9、圖10所示。在圖9示例中，可通過創建工作聯系單的形式來實現信息的溝通和管理。專用特定流程主要用于一些固定的流程操作，通過制定專用流程模板完成。

圖9 通用流程的創建與填寫

圖10 專用特定流程的創建與選擇

通過通用和專用特定流程的相互配合，可以完成該單位的大部分管理需求。對于還沒有對應模板的特定部門的特殊要求，可暫時采用通用模板或使用開發工具制作專用流程模板。

如圖11所示，在進行通用流程創建方法創建相應的工作聯系單后，工作聯系單將根據填寫信息按照既定流程進行流轉。相應操作步驟的對應人員將在“待辦事項”中看到自己需要完成的相應工作內容；而已完成處理的各項工作任務則會出現在“已辦事項”中，以便查詢。

圖11 流程跟蹤與應用示例

如圖12所示，群組交流功能可用于設計、制造、質檢等各階段的內部相關人員之間的溝通。在溝通過程中，可以傳輸文件、圖片、文檔等多種形式的信息，該功能將使單位人員的工作空間不再受到地理位置的局限。同時，由于該手機應用程序為自主研發，其權限控制、數據加密可以得到有效保障，因此其數據安全風險較其他商業通用軟件將大幅降低。

圖12 群組交流功能

實施本項目后，在相應系統中完成產品工藝圖紙、工藝卡片的制作，并進行上傳審批操作。在遠程智能手機端需要對工藝卡片等信息進行讀取查看時，系統后臺將讀取相應系統的數據庫數據并將其按照既定的模板轉換壓縮為JPEG圖片格式，并發送給使用人員。該遠程功能可以使現場操作人員隨時查看獲取到相關的工藝文件。通過群組功能，可以及時有效地與相關項目組人員進行溝通交流；同時結合圖9～圖11所示的流程管理功能，可以規范航空中小型零件生產的管理過程，避免管理溝通上的混亂，并有據可查。

4 結論

（1）研究了某航空中小型零件生產企業信息化生產在設計、生產效率方面的制約因素，并在此基礎上提出了航空中小型零件生產信息化的一般功能性需求；

（2）根據某航空中小型零件生產信息化的一般功能性需求和“互聯網+”的航空中小型零件信息化模式，提出了一種基于“互聯網+”的航空中小型零件信息化生產架構模型，該架構模型具有模塊間高度解耦的特點，為航空中小型零件基于“互聯網+”的生產模式的具體實施提供了理論指導；

（3）在分析實施單位的信息化現狀和使用需求的基礎上，對該實施單位的基于智能移動終端的工藝實施過程信息化軟件系統進行了詳細的模塊功能設計，進行了信息管理軟件的設計，給出了信息管理軟件在移動終端應用案例。

本文所述基于“互聯網+”的航空中小型零件生產管理系統的成功應用，使得生產信息能夠及時、有序和有效地反饋給企業客戶、管理人員、設計人員和現場工人，可大幅度提高項目管理效率，并進一步實現協同設計、協調創新、協同制造、協同商務，能有效促進企業信息化集成和融合創新。項目的實施也將為其他單件小批量生產模式企業的生產信息管理提供參考。

[1]段偉拯. 汽車集群供應鏈實施_互聯網_協同制造_的策略研究 [J]. 價值工程，2017，36（15）：55-57.

[2]趙炯，周影. 面向Android的工業設備遠程監控系統設計[J]. 機電工程，2016，33（12）：1511-1516.

[3]彭鑫. 基于Android的工業控制監控軟件的設計和開發[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[4]厲天數，汪百平，韓祖民，等. 安全質量可視化管理APP手機應用研究[J]. 工業質量，2017，35（1）：10-13.

[5]郭娜. 基于Android的智能手持終端在航空制造中的應用[J]. 現代工業經濟和信息化，2016，6（14）：81-82.

[6]李欣然. 煤礦生產現場APP信息化軟件開發[D]. 西安：西安工業大學，2015.

[7]張剛，顧寄南，唐敏. 面向手持移動設備終端的網絡化制造平臺集成框架研究[J]. 機械設計與制造，2008（1）：200-202.

[8]戶偉利. Android 工業現場數據發送與接收平臺研發[D]. 南昌：南昌航空大學，2014.

[9]鮑蕾蕾. 基于Android終端的物聯網數據管理系統研究[D]. 北京：北方工業大學，2013.

[10]C QINGLIN，F HONGYUAN，H LI，et al. The research on digital and intelligent management system for large castings basedon Internet+ [J]. Interbational Journal of Automation and Control，2019，13（2）：123-139.

[11]黃牧. 基于RBAC模型的權限管理系統設計[D]. 長春：吉林大學，2013.

[12]R Sandhu，E.J Coyne. Role-based Access Control Models [J]. IEEE Computer，1996，29（2）：38-47.

[13]何薇，馮葉素，梁丹. 航天制造企業數字化標準體系的研究與實踐 [J]. 信息化技術，2011（2）：48-53.

Research on Production Management System of Small and Medium-Sized Aviation Parts Based on "Internet+"

LIU Guanglin1，ZHONG Liuhua1，LI Pengchuan1，WANG Xiaohu1，HOU Li2

(1.Chengdu Holy Aviation Science & Technology Co. Ltd, Chengdu 611936,China;2.School of Mechanical Engineering,Sichuan University, Chengdu 610065,China)

A production management system based on "Internet +" was developed to solve the problems of low information feedback efficiency, low matching rate of equipment and personnel preparation plan and production plan, and low production efficiency in the information management mode of a small and medium-sized aviation parts manufacturer in China. Based on the main product life cycle process, and combined product design with production efficiency constraints, the system functional requirements are analyzed. This paper presents an information mode of small and medium-sized aviation parts and construct an information architecture model based on "Internet +". On this basis, the system function module design and software system development are carried out. Finally, the application case of the information management system in the process management of product information is presented. The realization and application of the system can improve the information feedback efficiency and management efficiency in the production process of small and medium-sized aviation parts, so as to improve the production efficiency of enterprises and further reduce the production cost.

aviation small and medium-sized parts；information management system；architectural model；production；demand analysis

TP339

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.03.010

1006－0316 (2021) 03－0059－09

2020－10－14

四川省科技廳資助項目：航空發動機燃油噴嘴智能制造系統關鍵技術研究（2018GZ0117）

劉光林（1970－），男，土家族，重慶人，經濟師，主要研究方向為航空零備件研制，E-mail:liuguanglin@sccdholy.com；侯力（1956－），男，四川雅安人，博士，教授，主要研究方向為航空宇航機械設計及理論。