運載火箭鉚接裝配車間信息化管理模式研究

曹娜、馬靜、王宏言、隗功正、黃洪壘 /首都航天機械有限公司

運載火箭箭體結(jié)構(gòu)是復雜的裝配體，主要由焊接貯箱及鉚接艙段構(gòu)成。其中，鉚接艙段由鉚接裝配車間完成生產(chǎn)。傳統(tǒng)意義上講，裝配車間是包括加工與裝配的復雜車間，裝配是一種離散型生產(chǎn)過程。離散的加工物料在流水線上不斷改變形態(tài)和性能，多種離散的零部件最終被組裝成產(chǎn)品。運載火箭鉚接裝配艙段由大量形狀各異的鈑金、機加零件通過鉚釘及螺釘?shù)葮藴始B接在一起，具有生產(chǎn)流程長、結(jié)構(gòu)復雜、質(zhì)量要求高的特點，同時，運載火箭作為高技術(shù)、高價值產(chǎn)品，具有典型的多品種、小批量特點，其生產(chǎn)組織極其困難。

由于我國信息化技術(shù)起步較晚，成熟的生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要是針對大批量的生產(chǎn)制造企業(yè)研制，對于多品種、小批量的生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究和投入較少。長期以來，我國航天運載火箭箭體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)組織仍然沿用傳統(tǒng)模式，主要存在4個方面的問題：①生產(chǎn)信息主要以紙質(zhì)形式流通，生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享率不高，存在信息孤島；部門之間信息溝通緩慢，極大地影響車間的應變反應速度，導致了車間計劃與車間實際生產(chǎn)節(jié)奏不一致。②生產(chǎn)管理制定的計劃只是生產(chǎn)大綱在月度生產(chǎn)任務的分解，沒有具體的針對任務產(chǎn)品的作業(yè)計劃。③車間庫存量極大，占用大量流動資金，增加生產(chǎn)現(xiàn)場安全隱患。④由于計劃是手動制定，對于實際生產(chǎn)過程中的情況不能做有效記錄，不能實現(xiàn)計劃的持續(xù)優(yōu)化改進；且這種依靠人工經(jīng)驗制定的計劃只能依靠管理人員的傳統(tǒng)管理經(jīng)驗，導致管理困難，生產(chǎn)計劃容易出現(xiàn)混亂，車間的經(jīng)濟效益不能快速增長。

為了解決傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營管理模式對航天制造企業(yè)發(fā)展的限制，同時踐行兩化融合對企業(yè)管理創(chuàng)新的意義，本文結(jié)合國內(nèi)某航天制造企業(yè)鉚接裝配車間經(jīng)營管理需求，搭建了車間信息化管理的整體構(gòu)架，以生產(chǎn)管理為主線，建立了車間智能排產(chǎn)的模型。

一、車間信息化管理系統(tǒng)構(gòu)架

為了滿足現(xiàn)代生產(chǎn)及經(jīng)營管理需求，結(jié)合航天行業(yè)傳統(tǒng)的組織構(gòu)架及管理經(jīng)驗，鉚接裝配車間信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計包含7個主要的模塊：生產(chǎn)管理模塊、工藝管理模塊、質(zhì)量管理模塊、零部件庫管理模塊、工裝工具管理模塊、維修維護管理模塊和經(jīng)營績效管理模塊。

1.生產(chǎn)管理模塊

作為制造車間，生產(chǎn)是創(chuàng)造價值的核心業(yè)務，生產(chǎn)管理模塊是車間信息化管理系統(tǒng)的核心，其他業(yè)務模塊均圍繞并服務于生產(chǎn)管理模塊。作為傳統(tǒng)的航天制造企業(yè)，生產(chǎn)任務由國家下達，逐級下發(fā)至生產(chǎn)車間。根據(jù)生產(chǎn)任務執(zhí)行的流程，生產(chǎn)管理模塊劃分為生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)執(zhí)行3個主要的階段，如圖1所示。生產(chǎn)計劃階段：車間生產(chǎn)管理模塊鏈接廠級生產(chǎn)管理系統(tǒng)，自動接收生產(chǎn)任務，進行任務的分類分析，匹配車間生產(chǎn)流程及資源信息庫，自動智能排產(chǎn)，形成車間生產(chǎn)計劃；生產(chǎn)準備階段：工藝、定額、零部件庫、工裝工具及設(shè)備等業(yè)務部門根據(jù)生產(chǎn)計劃進行生產(chǎn)準備，生產(chǎn)準備情況自動匯總，提交至生產(chǎn)調(diào)度部門，決策開工；生產(chǎn)執(zhí)行階段：生產(chǎn)班組按計劃生產(chǎn)，工序完工刷卡匯報，實時統(tǒng)計工時，工藝問題、質(zhì)量問題、零部件問題、工裝設(shè)備問題實時推送至業(yè)務部門，匯總分析問題及解決方案，最終實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃到產(chǎn)品交付的信息化管理。

圖1 生產(chǎn)管理模塊流程圖

2.工藝管理模塊

工藝是生產(chǎn)制造的源頭，工藝方案、工藝指導文件的優(yōu)劣直接影響生產(chǎn)制造的效率及產(chǎn)品的質(zhì)量。工藝管理即是工藝知識的積累、迭代優(yōu)化及新工藝的研究開發(fā)、推廣應用。工藝管理模塊包括日常工藝管理、工藝知識庫、技改及創(chuàng)新，如圖2所示。日常工藝管理包括工藝分工、技術(shù)文件圖紙管理、工藝紀律檢查、工作策劃計劃及總結(jié)。工藝知識庫包括產(chǎn)品型號工藝知識、通用工藝知識，其中，型號工藝知識包括工藝方案的制定、工藝文件的編制、產(chǎn)品的驗收及交付，通用工藝知識包括技術(shù)標準、專利、科技論文。技改及創(chuàng)新包括技改項目、創(chuàng)新課題、技術(shù)交流。

3.質(zhì)量管理模塊

根據(jù)國際標準化組織在ISO-9000中的定義，質(zhì)量是指“一組固有特性滿足要求的程度”。即某種事物的“特性”滿足某個群體“要求”的程度，滿足要求的程度越高，質(zhì)量越好，反之則認為質(zhì)量越差。好的質(zhì)量要通過良好的管理過程獲得。ISO-9000標準中把質(zhì)量管理定義為“在質(zhì)量方面指揮和控制組織的協(xié)調(diào)的活動”，包括制定質(zhì)量方針和質(zhì)量目標，質(zhì)量策劃、質(zhì)量控制、質(zhì)量保證和質(zhì)量改進。

運載火箭作為高技術(shù)、高價值、高風險的航天產(chǎn)品，其生產(chǎn)制造的質(zhì)量要求更為嚴格。經(jīng)過幾十年的積淀，國內(nèi)航天制造企業(yè)形成了獨特的質(zhì)量管理理念和完備的質(zhì)量管理體系。信息化質(zhì)量管理模塊的構(gòu)架包括質(zhì)檢任務、質(zhì)量問題處理、質(zhì)量改進活動、質(zhì)量檔案，如圖3所示。質(zhì)檢任務即生產(chǎn)過程中質(zhì)檢需求、質(zhì)檢信息的推送；質(zhì)量問題處理包括質(zhì)量問題的填報及處理、質(zhì)量問題的看板展示及警示；質(zhì)量改進活動包括QC小組、六西格瑪、防差錯等項目及工具的應用；質(zhì)量檔案包括質(zhì)量目標的制定與考核、質(zhì)量問題的分析、質(zhì)量問題警示錄、產(chǎn)品質(zhì)量問題處理質(zhì)疑單、員工個人質(zhì)量檔案。

4.零部件庫管理模塊

零部件庫是整個制造系統(tǒng)的配套中心，承擔來料接收、配套出庫的職能。運載火箭鉚接裝配車間零件數(shù)量多、種類繁雜、來源廣，傳統(tǒng)紙質(zhì)料單出入庫的管理方式難以滿足當前的生產(chǎn)需求，零部件庫管理的信息化發(fā)展迫在眉睫。根據(jù)零部件庫的主要職能，零部件庫管理模塊也包括出庫管理及入庫管理，同時發(fā)揮信息系統(tǒng)的優(yōu)勢，形成庫存智能分析模塊，主要構(gòu)架如圖4所示。零部件入庫實現(xiàn)掃碼自動入庫及存放架位自動匹配；庫存分析實現(xiàn)長期未出庫提示及零件缺件預警；零件出庫實現(xiàn)掃碼出庫及出庫信息的自動推送。

圖2 工藝管理模塊流程圖

圖3 質(zhì)量管理模塊流程圖

圖4 零部件庫管理模塊流程圖

5.工裝工具管理模塊

工裝、工具是生產(chǎn)過程中的重要輔助資源，直接影響生產(chǎn)效率的提高及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。工裝、工具管理包括接收、借出、歸還、檢定、返修，主要的流程及構(gòu)架如圖5所示。工裝、工具分類管理模塊根據(jù)生產(chǎn)任務計劃自動匹配工裝需求，工裝、工具到期檢定提醒，檢定、返修形成工裝履歷，掃碼借出、歸還。

6.維修維護管理模塊

維修維護管理流程如圖6所示，對設(shè)備進行分類管理，將維修、維護信息形成設(shè)備履歷，由備附件庫統(tǒng)一管理。

7.經(jīng)營績效管理模塊

當前航天制造企業(yè)也在逐步轉(zhuǎn)變不計成本保交付、保成功的觀念，在完成任務、保證質(zhì)量的前提下，更加注重經(jīng)營績效的管理。該模塊涉及的內(nèi)容包括人員績效、車間經(jīng)營、日常辦公，如圖7所示。

二、智能排產(chǎn)

1.智能排產(chǎn)流程

制造車間信息化管理中生產(chǎn)管理是重點，核心是智能排產(chǎn)。當前，車間生產(chǎn)計劃的制定主要是車間調(diào)度依據(jù)公司任務進行人工排產(chǎn)，計劃的合理性依靠主管調(diào)度的經(jīng)驗來保證，生產(chǎn)周期的確定隨意性較大，生產(chǎn)資源無法統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

本文將探究在生產(chǎn)流程、資源信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進行智能排產(chǎn)的方法，主要的流程如圖8所示。首先建立全部產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、資源信息數(shù)據(jù)庫。接到生產(chǎn)任務后，以產(chǎn)品唯一編碼信息（圖號、編號）為索引，與數(shù)據(jù)庫中的信息進行匹配，包括生產(chǎn)流程的匹配及制造資源的匹配。

圖5 工裝工具管理模塊流程圖

圖6 維修維護管理模塊流程圖

圖7 經(jīng)營績效管理模塊流程圖

圖8 智能排產(chǎn)流程圖

生產(chǎn)流程匹配。生產(chǎn)流程中包含某項產(chǎn)品生產(chǎn)加工的全部工序，生產(chǎn)周期拆分到具體工序或重要節(jié)點工序，在考慮串行及并行工序的基礎(chǔ)上自動計算總的生產(chǎn)周期。生產(chǎn)周期滿足要求，自動完成排產(chǎn)；生產(chǎn)周期不滿足要求，制定加班計劃迭代計算。滿足要求的，完成包含加班計劃的排產(chǎn)；加班后仍不能滿足周期要求便進行人工干預，調(diào)整生產(chǎn)任務。

制造資源匹配。制造資源包含某項產(chǎn)品生產(chǎn)加工需要的工位資源、設(shè)備及工裝資源、人力資源。工位資源空閑，自動進行工位排產(chǎn)；工位資源沖突，裁定任務優(yōu)先級，重新迭代計算并排產(chǎn)。設(shè)備及工裝資源空閑，自動進行設(shè)備及工裝排產(chǎn)；設(shè)備及工裝資源沖突，裁定任務優(yōu)先級，重新迭代計算并排產(chǎn)。人力資源空閑或不足則考慮調(diào)出任務或調(diào)入人員。

生產(chǎn)流程及制造資源匹配完成后，最終形成車間生產(chǎn)計劃，下發(fā)生產(chǎn)班組，牽引生產(chǎn)任務的進行，考核生產(chǎn)計劃的完成情況。

2.生產(chǎn)流程及資源信息數(shù)據(jù)庫

根據(jù)智能排產(chǎn)的流程，生產(chǎn)流程、資源信息數(shù)據(jù)庫是智能排產(chǎn)執(zhí)行的基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫以表格形式生成及維護，包含產(chǎn)品名稱、圖號、零部件組成及數(shù)量、加工工序信息、加工工位信息、串并行工序信息、加工周期信息、人員信息、設(shè)備及工裝資源信息，如表1所示。

3.智能排產(chǎn)示例

根據(jù)智能排產(chǎn)的流程，在接到產(chǎn)品1的生產(chǎn)任務后，以產(chǎn)品圖號（圖號需具有唯一性）為索引，在數(shù)據(jù)庫中進行匹配。產(chǎn)品1由零件1（1件）、零件2（2件）、零件3（1件）組成，零件裝配完成后進行總裝。零件在不同的工位完成加工，工位信息中百分位的數(shù)字為單元編號（零組件單位、總裝單元），十位及個位上的數(shù)字為工位編號。零件根據(jù)加工流程均包括多個工序，但生產(chǎn)計劃制定過程中可合并簡單工序設(shè)置節(jié)點，在生產(chǎn)節(jié)點上分配周期及資源，產(chǎn)品1的生產(chǎn)零部件加工合并工序設(shè)置節(jié)點。考慮生產(chǎn)過程中的串并行工序，設(shè)置前置節(jié)點，零件1、零件2、零件3為并行工序且為初始工序無前置節(jié)點，總裝過程在零件加工完成后開始，前置節(jié)點為3，后續(xù)工序均為串行執(zhí)行，前置節(jié)點為上一工序。根據(jù)節(jié)點安排生產(chǎn)周期、人員及設(shè)備、工裝資源，產(chǎn)品1的生產(chǎn)周期計算及資源占用見圖9。

表1 生產(chǎn)流程及資源信息數(shù)據(jù)庫示例

圖9 生產(chǎn)周期及資源占用

本文針對運載火箭鉚接裝配車間生產(chǎn)經(jīng)營管理對信息化的需求，開展車間信息化管理模式的研究，從生產(chǎn)管理、工藝管理、質(zhì)量管理、零部件庫管理、工裝工具管理、維修維護管理及經(jīng)營績效管理等方面全面分析，建立了車間信息化管理平臺的總體構(gòu)架。同時，重點針對生產(chǎn)管理，建立了智能排產(chǎn)的流程及模型，為車間經(jīng)營管理全面實現(xiàn)信息化奠定了基礎(chǔ)。▲（責任編輯 徐菁）