基于MES系統(tǒng)的無人機(jī)直升機(jī)總裝設(shè)計(jì)及分析

楊豪

（中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 333000）

0.引言

目前無人機(jī)總裝生產(chǎn)還使用傳統(tǒng)的裝配方式，以紙質(zhì)的文件指導(dǎo)現(xiàn)場裝配、驗(yàn)收，以紙質(zhì)裝配驗(yàn)收文件存檔留存，這既不利于大批量生產(chǎn)時(shí)部分裝配信息更改的及時(shí)貫徹，也給后期文件查閱帶來極大不便。面對當(dāng)前大批量的無人機(jī)總裝生產(chǎn)任務(wù)，對現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)的管控越來越能體現(xiàn)一個(gè)總裝部門的生產(chǎn)效率，曾經(jīng)人工統(tǒng)計(jì)、口口相傳的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)方式漸漸顯露出了弊端。由于常常出現(xiàn)多型號任務(wù)同時(shí)進(jìn)行的生產(chǎn)局面，對現(xiàn)場零組件、成品的狀態(tài)跟蹤也成為一個(gè)迫在眉睫需要解決的問題。

傳統(tǒng)總裝生產(chǎn)模式已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)現(xiàn)階段日益增長的無人機(jī)總裝生產(chǎn)現(xiàn)狀。因此本文在MES系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際總裝現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一套關(guān)于無人直升機(jī)總裝的MES系統(tǒng)，旨在進(jìn)一步提高總裝現(xiàn)場的信息化程度、進(jìn)一步改善總裝現(xiàn)場狀態(tài)統(tǒng)計(jì)及庫房庫存管理效率，從而達(dá)到適應(yīng)目前大批量、多型號的無人機(jī)總裝生產(chǎn)現(xiàn)狀的目的[1]。

1.MES系統(tǒng)介紹

美國生產(chǎn)制造研發(fā)機(jī)構(gòu)針對生產(chǎn)制造企業(yè)提出了如圖1所示的3層企業(yè)集成模型[2-3]，其中計(jì)劃層面向客戶，依據(jù)客戶需求告訴執(zhí)行層制造什么。此層級關(guān)系在本文舉例研究的無人機(jī)總裝設(shè)計(jì)中類比于依據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)發(fā)放相對應(yīng)圖樣技術(shù)文件給執(zhí)行層。執(zhí)行層的任務(wù)則是告訴控制層如何生產(chǎn)，在本文的舉例研究中類比于執(zhí)行層發(fā)布工藝規(guī)程文件。控制層則是對具體制造任務(wù)進(jìn)行分配，在本文的舉例研究中類比于調(diào)度分配工時(shí)任務(wù)給具體站位現(xiàn)場操作者。同時(shí)刻計(jì)劃層、執(zhí)行層、控制層三者又能夠依據(jù)生產(chǎn)制造狀況互相進(jìn)行反饋，對制造生產(chǎn)狀況進(jìn)行改進(jìn)，依據(jù)生產(chǎn)制造狀況反饋改進(jìn)圖紙技術(shù)文件和工藝規(guī)程文件。

執(zhí)行層MES是制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System）的簡稱，在3層企業(yè)集成模型中位于中間環(huán)節(jié)具有承上啟下的作用。MES是一套專門用于進(jìn)行制造生產(chǎn)管理的信息化系統(tǒng)，它可以為制造企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過程控制等管理模塊，為制造企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺。目前市場上有很多家成熟的MES軟件設(shè)計(jì)公司，本文的研究便是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

圖1 制造生產(chǎn)3層集成模型

2.基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝架構(gòu)

相較于傳統(tǒng)的飛機(jī)，無人直升機(jī)具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、飛行控制設(shè)備線路復(fù)雜的特點(diǎn)。在一個(gè)狹窄的機(jī)體空間需要裝配大量的成品及線路，當(dāng)進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)需要對每一架次的裝配狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格控制、對大量精密零組件及成品進(jìn)行全生命狀態(tài)跟蹤，依靠傳統(tǒng)紙質(zhì)文件為指導(dǎo)記錄的方式逐漸無法適應(yīng)這種總裝現(xiàn)狀。因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)ｉT針對無人直升機(jī)總裝的MES系統(tǒng)成為了一個(gè)迫在眉睫需要解決的問題。

對于無人機(jī)直升機(jī)總裝來說其內(nèi)容主要涉及：任務(wù)計(jì)劃管理、設(shè)計(jì)文件審簽、工藝規(guī)程編制、成品標(biāo)準(zhǔn)件耗材采購、零組件加工、總裝生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)及交付。基于這些特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)的無人機(jī)直升機(jī)總裝NES系統(tǒng)分為計(jì)劃調(diào)度管理、工藝狀態(tài)管理、庫房庫存管理、總裝生產(chǎn)管理、質(zhì)量檢驗(yàn)與交付。如圖2所示。

圖2 無人直升機(jī)總裝架構(gòu)

3.基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析

基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)可以為總裝部門提供了一個(gè)清晰透明的信息化管理系統(tǒng)、一個(gè)迅速高效的庫房管理系統(tǒng)，其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以分為以下5個(gè)方面。

3.1 計(jì)劃調(diào)度管理

計(jì)劃調(diào)度管理是無人機(jī)直升機(jī)總裝系統(tǒng)的關(guān)鍵[4]，它上承接任務(wù)接收，下負(fù)責(zé)整個(gè)總裝過程及庫房的管理。計(jì)劃調(diào)度管理的核心是調(diào)度員，計(jì)劃調(diào)度管理在MES系統(tǒng)顯示方式主要是分布裝配現(xiàn)場的顯示屏。在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，調(diào)度員主要進(jìn)行任務(wù)分發(fā)和協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)裝配現(xiàn)場的信息。在任務(wù)分發(fā)方面，調(diào)度員主要將制造部門接收到上級部門的任務(wù)分發(fā)給工藝人員進(jìn)行工藝準(zhǔn)備（工藝規(guī)程及備料），待完成工藝準(zhǔn)備后調(diào)度人員依據(jù)工藝文件將具體總裝任務(wù)分發(fā)給現(xiàn)場操作人員。在協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)裝配現(xiàn)場信息方面，調(diào)度人員主要是匯總調(diào)度信息，然后在個(gè)人終端設(shè)備中將調(diào)度信息更新顯示到裝配現(xiàn)場屏幕上以供所有人員了解信息，其中調(diào)度信息主要分為：庫存狀態(tài)及物料缺項(xiàng)、裝配進(jìn)展及現(xiàn)場問題匯總。

計(jì)劃調(diào)度管理的具體設(shè)計(jì)流程如圖3所示：首先調(diào)度員在系統(tǒng)中將接收到的任務(wù)發(fā)送給工藝人員，為工藝人員指派任務(wù)。然后待工藝人員完成指派任務(wù)（工藝規(guī)程編制、配套采購），調(diào)度員將工藝員配套采購的信息發(fā)送給庫房人員為工藝規(guī)程配套，并協(xié)調(diào)庫房人員統(tǒng)計(jì)缺項(xiàng)信息及庫存狀態(tài)。最后調(diào)度員依據(jù)工藝規(guī)程在信息化系統(tǒng)里面編制總裝計(jì)劃，在MES系統(tǒng)里將任務(wù)計(jì)劃指派給具體裝配人員（裝配人員依據(jù)總裝具體位置分工的不同分列多個(gè)工位）的具體工位，并協(xié)調(diào)裝配人員統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場裝配問題。其中每個(gè)工位放置一臺顯示屏。

圖3 調(diào)度信息顯示圖

3.2 工藝狀態(tài)管理

工藝狀態(tài)管理的核心是工藝人員，其作為總裝技術(shù)狀態(tài)的確定者對總裝任務(wù)的順利完成有著至關(guān)重要的作用。在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，將傳統(tǒng)紙質(zhì)工藝文件全部轉(zhuǎn)化為電子文件，通過分布裝配現(xiàn)場基于MES的互聯(lián)系統(tǒng)，工藝人員可以第一時(shí)間將工藝狀態(tài)變更更新給每一個(gè)現(xiàn)場工位。現(xiàn)階段因?yàn)榧堎|(zhì)文件限制，工藝文件提供的指導(dǎo)圖示都是以二維為主。由于無人直升機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，紙質(zhì)工藝規(guī)程中提供的二維紙質(zhì)版本文件可能無法涵蓋所有總裝細(xì)節(jié)，導(dǎo)致現(xiàn)場裝配人員無法全面掌握整個(gè)裝配細(xì)節(jié)。在基于MES的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，含有裝配尺寸和位置信息的三維數(shù)模[5]通過顯示屏投放到每一個(gè)裝配工位。

工藝狀態(tài)管理的具體設(shè)計(jì)流程如圖4所示，首先工藝人員通過在系統(tǒng)中接收來自調(diào)度人員的任務(wù)分配，工藝人員編制工藝規(guī)程和工藝配套物資采購申請。然后工藝人員在MES系統(tǒng)中由調(diào)度人員審批后發(fā)送采購申請給庫房及外協(xié)單位，待配套采購到位后發(fā)送工藝規(guī)程給庫房配套。最后在總裝過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況工藝人員通過系統(tǒng)隨時(shí)與設(shè)計(jì)部門、采購?fù)鈪f(xié)部門、現(xiàn)場操作人員、庫房人員進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)溝通并及時(shí)對總裝狀態(tài)進(jìn)行跟進(jìn)確認(rèn)。

圖4 部件裝配示意圖

3.3 庫房庫存管理

庫存管理在過去一直使用紙質(zhì)文件作為記錄，現(xiàn)由于批產(chǎn)任務(wù)日益增多，對飛機(jī)總裝涵蓋種類繁多的零組件和成標(biāo)件進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)往往需要花費(fèi)大量的工作量，并且依靠紙質(zhì)文件記錄統(tǒng)計(jì)繁瑣又易出錯(cuò)的弊端在巨大工作量基礎(chǔ)也逐漸暴露出來。在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，使用條碼系統(tǒng)對零組件及成標(biāo)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在系統(tǒng)中將每一型號飛機(jī)涉及到的組件和成標(biāo)件名稱與不同的條形碼對應(yīng)：物料入庫時(shí)依據(jù)不同的種類將物料粘貼條碼后入庫保存，通過掃碼槍掃碼統(tǒng)計(jì)物料信息，出庫時(shí)通過掃碼自動更新物料庫存。

由于在無人機(jī)服役過程中機(jī)上存在數(shù)量眾多的有壽零組件和成品件，在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，零組件和成品件出庫用于安裝時(shí)將自動歸類到相應(yīng)的飛機(jī)架次結(jié)構(gòu)樹上，該結(jié)構(gòu)數(shù)包含這個(gè)架次飛機(jī)所有物料信息的使用資料，并在交付用戶時(shí)該信息可隨飛機(jī)交付用戶用于管理。

3.4 總裝生產(chǎn)管理

現(xiàn)階段總裝生產(chǎn)狀態(tài)的管理主要依靠調(diào)度員、工藝員和裝配人員的口口單向溝通，容易出錯(cuò)且效率很低。因此在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，裝配人員（裝配人員依據(jù)總裝具體位置分工的不同分列多個(gè)工位，其中每個(gè)工位放置一臺顯示屏）依據(jù)現(xiàn)場裝配情況在工位顯示器上更新裝配進(jìn)展。庫房管理人員依據(jù)物料出庫信息及時(shí)更新庫存量。工藝人員則依據(jù)現(xiàn)場裝配人員反映問題及時(shí)針對解決，并將解決方案通過系統(tǒng)指派給具體人。同時(shí)工藝人員依據(jù)庫存量的剩余，分析任務(wù)需要及時(shí)補(bǔ)充采購相對應(yīng)的物料信息。每日工作結(jié)束，調(diào)度人員依據(jù)計(jì)劃確定今日進(jìn)展及明日工作計(jì)劃，并在MES系統(tǒng)中展示，方便所有人掌握具體進(jìn)展及計(jì)劃。

3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)與交付

當(dāng)前無人直升機(jī)總裝完成交付均以紙質(zhì)文件為媒介，交付過程檢驗(yàn)部門需要逐一梳理上百份文件，過程復(fù)雜且不容易保存，并且在后期查看往往也需要耗費(fèi)巨大精力。在基于MES系統(tǒng)的無人直升機(jī)總裝系統(tǒng)中，將檢驗(yàn)部門引入系統(tǒng)中，檢驗(yàn)部門可隨時(shí)掌握裝配進(jìn)展。現(xiàn)場裝配人員每完成一道工序，便將該工序提交給檢驗(yàn)部門，檢驗(yàn)員現(xiàn)場檢查完成后，若工序合格則在其個(gè)人終端更新工序完成，若不合格則重新退回給具體裝配人員。物檢驗(yàn)人員可以直接在系統(tǒng)中查看具體物料信息的合格證等信息，并對該信息與機(jī)上裝配實(shí)物進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)，不符合項(xiàng)則直接退回給庫房人員。既減少了紙質(zhì)文件在中轉(zhuǎn)過程中丟失的風(fēng)險(xiǎn)，也提高了對裝機(jī)物料信息的管理。工藝人員依據(jù)現(xiàn)場工藝規(guī)程交付情況，在系統(tǒng)中編制涵蓋總裝各種信息的總裝交付文件，最后提交給客戶部門驗(yàn)收管理。

4.總結(jié)

作為當(dāng)前全部紙質(zhì)化管理的無人機(jī)總裝系統(tǒng)，MES系統(tǒng)極大提高了總裝效率和庫存管理，在更方便同步了解總裝工作進(jìn)展的同時(shí)又提高了交付驗(yàn)收資料管理效率。在無人機(jī)批產(chǎn)化日益增長的今天，MES系統(tǒng)將占據(jù)越來越重要的地位！