信息化、自動化、精益化伺服裝調生產線的實踐

曹永樂、桑慶宏、黃汕、姚謙、李思佳 /北京精密機電控制設備研究所

北京精密機電控制設備研究所主要從事箭上控制技術、執行技術和高性能運動控制產品的研究及其試驗技術、測試技術的研究，燃氣液壓伺服事業部是研究所專業承擔各類伺服產品總成裝調一體化的生產部門。伺服產品生產為典型的多品種、小批量、離散生產模式，每種系列產品的制造批量大小不一，且隨著航天事業的不斷發展，交付數量在逐年大幅度提升。原有生產模式是依據生產通知單和調度協調會進行生產任務下達，生產過程為每一項工作獨立進行，相關工作狀態全部依靠人工傳遞；生產使用文件如質量跟蹤卡、設計規范、設計圖紙、工藝文件等指導性文件與實際操作及測試儀等相互隔離，無法互聯互通；原有模式如測試數據結果、手動導通絕緣、手動控制能源、手動配套錄入等相關操作，給操作人員帶來大量的繁冗工作；原有生產過程中測試軟件、信號流程、數據流程等相關測試軟件不同型號之間無法兼容，導致存在多款測試軟件，測試數據結果只能在固定的測試儀上使用，每一個測試儀均有固定的上下位機。

隨著任務量的增加，暴露出多項弊端，主要包括：生產齊套時間傳遞速度慢；開工準備時間長；問題處理周期長；產品生產狀態與進度把控不嚴；產品數據整理周期長；設備的自動化程度低；生產過程信息化集成度低。這些問題導致原有生產模式不能適應大批量交付的需求。

一、內涵和主要做法

1.內涵

建設伺服裝調智能生產線，使其解決未來5 ～10 年批生產任務需求和達到“十四五”發展規劃，實現信息化、自動化和精益化建設目標。

信息化。生產計劃制定下達、所有生產設備、測試數據等聯網，避免信息孤島，包括生產、質量、倉儲、流轉等資源的計劃調度，確保生產資源的自動優化與高效利用，實現柔性自動化生產與精益化生產，減少人員操作、不必要的腦力勞動。

自動化。能夠自動調用設備，實時閉環控制生產設備，實時反饋，自動判讀測試數據，自動生成產品數據及包絡，自動生成產品交付文件，自動上傳數據并填寫裝調數據、質量跟蹤冊文件等相關功能，減少操作人員的體力勞動，提高生產效率、提高產品質量的穩定性。

精益化。既是智能制造的基礎，同時也是建設目標，時刻關注局部變化和全局變化，并進行適度的生產節拍優化和生產結構調整。幫助降低成本、提升品質、縮短交期，這與事業部生產目標一致，指引自動化、信息化不斷提高。

通過三者之間的有效結合，協同工作，達到良性循環，帶動生產線的全面進步。該生產線為基于裝調一體化數據管控平臺，是從任務下發一直到驅動設備層應用的智能化生產線。平臺中人員管理、設備控制與管理、WES系統、MES 系統、測控集控平臺與底層的測試儀、產品數據庫應用與接口等多個模塊互相連通，互相調用。通過信息共享、問題顯示等關鍵信息，達到信息化、自動化、精益化的智能生產線建設要求。

該生產線為基于MES 系統、裝調一體化數據管控平臺、WMS 系統、測控集控平臺、底層的測試儀、能源集控系統、電源集控系統、自動導通絕緣測試儀等多種層級設備及軟件互聯、互通的信息化、自動化，該系統分為4 個層級，MES 系統是下發生產任務的最高級，裝調一體化數據管控平臺為所有信息收集的層級，測控系統集控為中間層，其余為產品生產驅動的最底層，生產線基本原理結構如圖1 所示，生產線特點如圖2 所示。

圖1 生產線基本原理結構圖

圖2 生產線特點

2.主要創新

一是全流程信息化管控，實現生產過程精細化在線監控確認。通過裝調一體化數據管控平臺、MES 系統、WMS 系統三者有機結合及數據實時共享，實現了生產過程中物料狀態、生產進度、設備運行情況、人員配置情況等全流程中的信息在線監聽。

二是多系統互聯互通，數據實時交互應用。實現了裝調一體化數據管控平臺與測控系統集控平臺、能源集控系統、電源集控系統、自動導通絕緣測試儀之間的數據實時共享，關鍵信息控制閉環，指令應答反饋等功能完善。測控系統集控平臺與測試儀之間實時通訊，測控系統集控平臺發送指令，測試儀接收并發送，將測試結果實時上傳。

三是高效MES+裝調一體化數據管控平臺管理生產，實現效率提升。MES 系統接收生產通知單，將相關要求下發至裝調一體化數據管控平臺，平臺將要求下發至指定設備，各設備將結果反饋至管控平臺，并實時與MES系統共享信息，避免了生產中多個環節反饋不及時，有效提高生產效率。

四是自動化集成測試、處理、判讀，精益化生產提高。生產線所有測試儀使用的測試流程編制格式、數據處理方法進行統一，避免了不同測試儀之間產生的測量誤差。所有數據結果均可以自動判讀，并將不合格項用紅色標注。部分數據為曲線，通過裝調一體化數據管控平臺專用的處理方法單獨處理，自動顯示處理結果，解決了由于人員判讀導致的視讀誤差，實現了生產過程的精益化。

五是產品數據對標自動輸出應用。由于產品配套、測試數據、測量結果等關鍵信息需要在多個文件中共享，通過配置固定模板文件，實現了數據完全實時共享，如產品配套表自動從WMS 系統中導入產品質量跟蹤冊、裝箱單、交接表、工藝報告、證明文件、設計報告等中，實現數據完全實時共享。

3.具體做法

（1）伺服裝調生產線生產流程

智能生產線產品實際生產過程如圖3 所示。

圖3 智能生產線生產流程圖

在實際生產中，生產過程中的各種信息自動流轉，環環相扣，且裝調一體化數據管控平臺的數據庫能夠準確及時地獲取生產過程中的各項信息，信息準確可靠，避免了信息孤島和人員傳遞導致的資源浪費。

（2）MES 系統

MES 系統的作用是將上級下達的任務發送至裝調一體化管控平臺、調取WMS 系統的物流信息進行判斷、發送導通絕緣指令至導通絕緣測試、發送測試信息至測試儀等功能，實現多系統的信息互通，產品狀態信息實時交互，有效提高生產任務下發速度和反饋速度，實現了生產過程精益化控制。

MES 系統是一套生產信息化管理系統，包括任務看板、下達任務、查看任務、查看產品、處理延期任務、班組任務計劃等功能模塊，通過這些模塊精準控制生產中遇到的涉及MES 系統和產品狀態的實時動態以及計劃管理。

（3）裝調一體化數據管控平臺

裝調一體化管控平臺是整個智能化生產線的核心，實現了生產的高效管理和實時監控，對生產過程中的設備、測試數據、電源、能源、物料信息等全部信息均可以檢索，實現生產過程精細化在線監控確認。同時，該平臺實現了產品有效數據對標自動輸出，即測試儀測試結果、記錄產品狀態、導通絕緣測試結果等信息，實現了數據完全共享，減少了由于信息孤島導致的大量重復性工作，有效節省了生產時間，實現了效率的大幅提升；能夠對數據進行分析，將測試曲線判讀出可靠的數據，避免了人員判讀誤差；能夠對指定的測試數據進行包絡分析，對把控產品質量狀態起到極大的貢獻。

該平臺將產品運行中生產線中的設備運行情況、能源集控系統、電源集控系統、MES 系統、WMS 系統等5 個模塊進行通信、控制、信息互聯互通。

（4）WMS 系統

WMS 系統能夠將產品生產所需要的零件、組件、標準件、單機等錄入，同時能夠將產品及零件的合格證明文件進行電子化錄入，有編號的產品生成二維碼，能夠完全識別所有產品零件狀態，同時能夠將產品的信息反饋至MES 系統，MES 系統能夠按照物料狀態進行配套，實現了生產的精準化控制，避免因物料不完整下發任務導致生產效率低下。

（5）測控集控平臺

該系統能夠接受MES 系統下發的測試任務，并調用相應的測試流程，將該流程下發至底層測試儀。測試完成后將測試結果及文件上傳至管控平臺，該平臺可以完全實現一控多，并有效控制測試流程和數據處理流程，打通了控制測試儀的技術壁壘，實現了自動化集成測試、處理、判讀，生產更加精準和質量更加可控，有效提高了生產質量和生產效率，實現了多系統的互聯互通，避免了人為操作導致的質量不可控。

（6）測試儀

按照管控平臺要求的格式和處理方式，對測試儀進行改造，對完全統一的測試流程、數據處理流程、生成數據報告格式等多方面進行優化，使生產效率達到新的高度，且消除了不同測試儀之間的測量結果誤差，測試的質量一致性更加高，測量結果更加精準，測試儀的使用更加合理。

（7）能源集控系統、電源集控系統

能源集控系統是在管控平臺上進行設置、發送并實時顯示，原生產模式為全手動，導致設備啟停不能進行標準化操作，且能源分布非常分散。

電源集控系統是在管控平臺上鎖定測試儀與電源的對應關系并且實時顯示，集控平臺能夠向管控平臺發送電源指令，并回讀數據，并按照要求進行判讀，通過該平臺能夠有效避免誤操作，提高產品測試的可靠性。

（8）自動導通絕緣測試儀

該測試儀能夠接受MES 下達的生產任務，然后用專用軟件進行調用測試儀軟件測試，測試結果自動判讀，并上傳至數據管控平臺，實現數據自動可測可控，避免了人員操作導致的產品故障，保證了產品測試質量。

二、實施效果

伺服裝調生產線是在深入分析研究所未來5 ～10 年批生產任務需求和“十四五”發展規劃目標基礎上，通過工藝流程優化、自動化提升、工業互聯、數據規劃、數據利用等信息技術與工業技術融合，探索實踐工業互聯、人工智能、數字孿生技術本地化應用，建設形成“先進制造+工業互聯”新形態航天伺服產品裝調生產示范線。

1.管理效益與經濟效益

生產線產能提升了1.6 ～3倍。通過生產線實現了流程再造、生產組織及數據管理賦能等業務模式創新，實現了以數據驅動的跨部門、跨場景、跨業務數字化轉型，設備及軟件運用穩定可靠，實現遠程監控和測試；實現生產工序的自動化裝調；以人機結合為導向，降低對人工的依賴程度；實現自動化倉儲和自動化物流，設備100%接入管控平臺實現了生產數據自動采集、集中管理、遠程控制、多維分析，體現數據驅動生產的設計思路；提升了車間信息化系統管理水平，實現對車間內所有產品、物料、工裝、工具等的動態管理，生產流程和生產數據的全維度管控。

2.生態效益

通過將裝調數據管理平臺、客戶端和測試儀、能源集控系統、導通絕緣測試和WMS 系統融合在一起，打通了不同設備之間的技術壁壘，解決了自動化的問題，實現了生產線上所有信息共享，使生產線上的所有操作更加精益，并能夠提供更加可靠、更加及時、生產過程更加精煉高效，裝調生產更加穩定的伺服裝調生產線。▲