液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統方案設計

劉 恒，胡 鵬，徐蓓蓓

（北京航天動力研究所，北京 100076）

0 引言

在液體火箭發動機閥門產品設計、生產計劃、外協采購等工作中，已廣泛應用了信息化手段，大幅提高了工作效率和產品質量。但是在液體火箭發動機閥門生產過程中信息化管理水平仍然較低，信息傳遞以紙質文件為主，傳遞準確性差，不但影響現場工作效率，而且造成生產管理和質量信息共享不及時，大量的紙質文件也給后期數據存儲以及統計分析帶來了較大困難。同時，無法做到對生產現場的實時管控，無法追蹤生產任務當前的進度，無法實現追溯管理等[1]。

在這種情況下，本文針對液體火箭發動機閥門生產的特點開發一套生產信息化管理系統，通過生產信息化管理系統的建設實現生產車間零部件倉儲作業及裝配作業現場的信息化管理。該生產信息化管理系統是基于MES 基礎上進行的應用擴展和功能延伸。MES 傳統定義為制造執行系統，涵義是能通過信息化傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理[2-4]。發生事故時，MES 能及時地對其進行分析處理。其迅速的應答能力提升了貨物的生產效率。MES 的雙向信息傳輸為管理者提供了生產供應鏈實時信息，為管理者下達新的指令提供了依據[5-9]。

閥門生產信息化管理系統的方案設計部分主要包括硬件方案設計和軟件方案設計，在方案設計中同時分析閥門生產過程該系統的實際應用價值和貢獻。

1 總方案設計

液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統是應用于生產車間執行層的生產信息化管理系統，是生產活動與管理活動信息溝通的橋梁，能通過信息傳遞，對從訂單下達到產品完成整個的生產過程進行優化管理，并根據當前的準確數據對車間進行指導和處理。生產信息化管理系統可以提供包括制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊[10-12]。

液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統的設計與研究主要包括閥門生產信息化管理系統自身的開發以及與閥門設計過程管理信息系統和物資管理系統的集成。液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統總體架構如圖1 所示。圖中，生產信息化管理系統主要由閥門設計過程管理信息系統和物資管理系統兩個部分進行集成，閥門生產信息化管理系統從物資管理系統中獲取物料、客戶、生產任務單、投料單等信息，從設計過程管理信息系統獲取產品的工藝路線信息以及打標信息等，采用二維碼管理模塊將原材料的入庫、領用、退料、產品的完工入庫信息提交給物資管理系統，并將生產加工過程信息記錄在自身的數據庫中，以備檢索使用。

圖1 閥門生產信息化管理系統總體架構

閥門生產信息化管理系統的開發包括PC端功能和采集器功能的開發。PC 端功能包括管理基礎數據以及制定詳細的業務功能?；A數據的管理主要包括故障代碼與工序管理以及客戶、員工、任務單等基礎資料的管理；業務功能主要包括生產任務管理、工序變更、進度查詢以及作業日志等。采集器功能包括原材料入庫、領料、盤點、組裝加工、工序流轉、檢驗合格、產品入庫以及產品出庫等功能。

閥門生產信息化管理系統生產現場運行的主要過程是：原材料工位的員工利用手持采集器進入零件配套模塊，然后下載任務單，對相應零件原材料進行掃碼導入系統中用于后續工序操作；工序流轉模塊的員工根據任務單匹配出工序路線，然后根據手持采集器中顯示的工序名稱、工位號、參數要求等進行具體的工序操作，每一道工序完成后點擊確認即可進入下一道工序；工序路線完成后再進行工序檢驗，如果檢驗過程中出現產品不合格的情況，檢驗員就在系統中點擊工序返回，將任務提交回設計階段，修改結束后重新進入工序階段；檢驗合格后進入產品包裝環節，根據從液體火箭發動機閥門設計過程管理信息系統的打標信息進行打標以及裝箱；最后產品入庫、出庫。如圖2所示。

圖2 系統功能模塊執行

在液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統功能模塊的基礎上，系統總體建設包括兩方面內容，一方面是硬件條件的建設，包括生產現場的網絡布線、計算機配置、二維碼打印機配置、數據采集器（數據采集器）配置以及現場數據展示設備等；另一方面是軟件開發與實施，開發內容包括二維碼技術、流程管理技術和數據挖掘技術等。二維碼技術是通過研究原料二維碼、產品二維碼、包裝二維碼、人員二維碼、工序二維碼及設備二維碼等規則，通過系統實現對二維碼的配置和有效管理，二維碼打印機打印二維碼信息數據采集器實現對人員操作、設備使用、工序配置及原料和產品出入庫的管理；流程管理技術是通過研究業務過程，不斷梳理優化后在系統中采用國際通用流程引擎技術實現對數據和過程的有效管理，記錄整改業務過程中流轉的相關數據，如圖號、工序以及工序完工時間、完工數量、不合格品二維碼號、人、物料二維碼綁定等；數據挖掘技術是研究多個業務系統間的數據關系，從物資管理系統中同步物料信息、供應商信息、客戶信息、部門與人員信息、生產任務單、采購訂單、投料單、銷售訂單等以及回傳出入庫信息及生產任務單匯報等信息，同時從閥門設計過程管理信息系統中同步工藝路線、生產任務單號、BOM、圖號以及生產內容等，最終實現數據的處理、統計與展示，如閥門生產信息化管理系統內每臺產品的生產進度狀態、工人操作臺數及時間、在制產品數量、交付進度要求等。

2 硬件方案設計

根據閥門生產車間的布局及現場信息化的需求，生產現場進行有線和無線網絡的布線與配置，既定工位配置臺式電腦、數據采集器、二維碼打印機等。生產現場的有線和無線網絡的布線與配置網絡拓撲圖如圖3 所示。

圖3 全網拓撲圖

既定工位設置臺式電腦，用于對相關產品、任務等相關信息的人工查詢和錄入工作；為計算機配置數據采集器，用于掃描及上傳相關工序操作、質量等信息；在包裝和打標工位配置二維碼打印機，打印原料二維碼、產品二維碼、包裝二維碼、人員二維碼、工序二維碼及設備二維碼等；設置無線網絡，用于數據采集器的信息傳輸。

3 軟件方案設計

3.1 二維碼規則

液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統中二維碼是所有信息的載體，記錄了原材料零件、產品、工藝流程、操作人員、檢驗人員、設備等信息。所以在系統的整個運行過程中，二維碼中的內容是重要的流轉信息。通過對閥門生產信息化管理系統內各工序進行詳細的分析，制定相應的二維碼并編制規則，具體規則如表1 所示。

表1 二維碼編制規則

在閥門生產信息化管理系統中，以信息化的方式將人、機、料、法、環等所需信息分別記錄在二維碼內，然后利用數據采集器進行掃描存入液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統中，在各個工序中，利用二維碼信息的流轉將所需的信息進行記錄，用于閥門生產信息化管理系統的生產及質量管理。

3.2 生產工序流程控制與記錄

根據閥門產品裝配與試驗調試要求，發動機的生產階段需要經歷零件領料、清洗、強度試驗、組裝、氣密等一系列工序，根據產品的型號、性能要求不同，具體所需的工序也會不同。

經過對產品型號、性能要求的總結及分析，對具體產品制定了合理有效的工序，并將工序內容及工序要求展現給相應的操作人員，直觀明確，便于操作。

通過對工序的分解和分析，將工序的先后順序及質量檢驗確認進行系統控制，如圖4 所示，在系統中以流程的方式進行工序控制，包括工序節點，每道工序所需的操作人員、工序完成時間等，避免工序漏做、工序漏檢或工序顛倒等，實現產品工序的有效流轉及質量保證。

圖4 工序流程控制界面

3.3 質量信息記錄與管理

根據液體火箭發動機閥門產品質量管理及追溯要求，在閥門產品組裝過程中，需要將重要零部件的質量信息（爐批號、批次號、SN 號等）進行記錄，用于工藝流程中信息的查詢以及信息比對，以備輸出使用及存檔追溯。比如在工序環節的配套檢驗中，解析出11大類原材料二維碼中的爐批號、批次號、SN 號等信息，并建立單臺產品二維碼與原材料二維碼的關聯關系，將數據信息進行記錄。具體流程如圖5所示。

圖5 配套檢驗工序流程

操作員掃描操作員二維碼、工序二維碼、產品二維碼，從閥門設計過程管理信息系統下載《閥門零件配套表》，再依次掃描零部件二維碼，如果掃描的二維碼不在校驗表內，系統會給出“零件錯誤”，需要點擊“確定”后才能進行下一步或者掃描下一項零件，并且不將錯誤零件信息錄入系統。

閥門產品的各工序環節，相關的操作人員、檢驗人員、操作設備等，都會通過數據采集器在工序匯報及質量匯報中進行記錄，節省了操作員、檢驗員的各類手工記錄文件。同時，以信息化的方式來對數據進行存儲，大大提高了信息查詢檢索速度。

3.4 信息數據展示及挖掘

在液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統內，所有的生產信息都一并記錄在信息化系統內，閥門生產信息化管理系統從物資管理系統中同步物料信息、供應商信息、客戶信息、部門與人員信息、生產任務單、采購訂單、投料單、銷售訂單等以及回傳出入庫信息及生產任務單匯報等信息，同時從閥門設計過程管理信息系統中同步工藝路線、生產任務單號、BOM、圖號以及生產內容等，用于數據的處理、統計與展示，如閥門生產信息化管理系統內每臺產品的生產進度狀態、工人操作臺數及時間、在制產品數量、交付進度要求等。圖6 所示為系統主要數據的管理與展示界面。

圖6 數據展示界面

同時，為了更好地展示系統數據以及生產進度狀態，在生產現場安裝了屏幕展板，采用清晰簡明的界面展示了液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統內的每臺產品的生產進度狀態，利于有效監督和管理整個生產現場。

通過對各類數據的采集，對各工序操作時長、工序質量記錄、設備使用狀況等進行深入的分析，為合理分配工序人力、有效提高設備使用效率、優化工序、發現解決并提高一次合格率等提供數據基礎。

3.5 返修流程信息化

裝配制造過程完成后，液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統內裝配人員通過掃描二維碼進行結果確認，如確認通過，系統自動生成《閥門裝配、試驗質量控制記錄表》；確認不通過，直接發起閥門的不一致品返修流程，“不一致品單”將以流程形式流轉于設計、生產和質量技術部門之間，直至產品返修方案通過。不一致品返修流程如圖7所示。

圖7 不一致品返修流程

“不一致品單”流程由裝配人員發起，不需要檢驗人員和QC 工程師參與，發送至設計部由設計人員編寫零件返修單，根據閥門故障情況，選擇改進或新增設計方案。設計人員設計部人員完成技術方案后，流轉至生產調度部，下達相應的零件返修、領用或退庫等流程。如果閥門經過一次返修未能試驗合格，則返修任務單重新回到設計部人員處，如此循環這一過程，直到液體火箭發動機閥門通過檢驗試驗合格，在此過程中產品返修信息的管理過程中全部記錄到信息系統中。

4 結束語

本文針對液體火箭發動機閥門生產的特點研究了一套閥門生產信息化管理系統，包括系統總方案設計及其具體的硬件方案設計和軟件方案設計，通過閥門生產信息化管理系統的建設實現生產車間零部件倉儲作業及裝配作業現場的信息化管理，得到以下結論。

（1）通過與閥門設計過程管理信息系統和物資管理系統的集成，有效整合已有的資源，實現內部資源與信息的集成。

（2）該系統實現液體火箭發動機閥門生產過程信息交流無紙化，減少人為因素導致的差錯，提高生產線的工作效率，提高產品質量檢測和售后維修與服務水平。

（3）利用液體火箭發動機閥門生產信息化管理系統提供的實時信息共享平臺，實現了制造技術資料共享，充分協調保障企業資源，大幅提高了閥門生產效率。