高 燕，羅 飛，曹 亮

GAO Yan,LUO Fei,CAO Liang

（成都信息工程學(xué)院，成都 610225）

0 引言

隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品定義日益朝著數(shù)字化發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)字化定義（DPD）技術(shù)日益成為現(xiàn)代航空的支撐技術(shù)。飛機(jī)制造技術(shù)正向全數(shù)字化的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)一體化的方向發(fā)展。數(shù)字化技術(shù)貫穿了整個(gè)產(chǎn)品研制過(guò)程，從根本上改變了飛機(jī)產(chǎn)品研制的方式和方法。MBD(Model Based Definition)技術(shù)將設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和管理信息融為一體，是目前被航空業(yè)普遍認(rèn)同的解決數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造的先進(jìn)技術(shù)，是數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。

目前，國(guó)內(nèi)有些公司生產(chǎn)仍處于以二維圖為中心，三維模型為輔的制造模式，這種方式造成數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中管理復(fù)雜，效率較低，成本高昂，信息利用率低。而根據(jù)飛機(jī)制造技術(shù)向數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)一體化發(fā)展的趨勢(shì)，需要推行獨(dú)立三維模型定義的MBD方式，在MBD制造模式下，通過(guò)三維數(shù)字化產(chǎn)品及三維裝配工藝仿真設(shè)計(jì)，在形成飛機(jī)裝配工藝流程信息的同時(shí)，設(shè)計(jì)基于MBD的飛機(jī)三維結(jié)構(gòu)生產(chǎn)圖解與多媒體裝配過(guò)程仿真動(dòng)畫(huà)，用于在裝配工位現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)裝配[3]。因此，建立面向飛機(jī)三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的裝配現(xiàn)場(chǎng)可視化應(yīng)用系統(tǒng)，即“裝配現(xiàn)場(chǎng)可視化制造執(zhí)行系統(tǒng)（V-MES）”，在數(shù)字化環(huán)境中指導(dǎo)工人進(jìn)行飛機(jī)裝配工作是制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

1 V-MES建立背景及任務(wù)目標(biāo)

制造業(yè)的軟件發(fā)展與其他行業(yè)的發(fā)展一樣需經(jīng)歷各職能部門獨(dú)立為陣到系統(tǒng)整體融合，資源共享階段，因此V-MES建立前，已建立起CAPP、ERP（財(cái)務(wù)管理、人力資源管理等）、PDM等系統(tǒng)，而V-MES作為生產(chǎn)核心系統(tǒng)，能夠很好的將三者聯(lián)系并整合起來(lái)，充分實(shí)現(xiàn)資源共享。圖1給出了V-MES與CAPP、ERP和PDM的整合關(guān)系圖，其中，綠色方框（執(zhí)行級(jí)制造作業(yè)管理）內(nèi)包含了V-MES與零件MES的關(guān)系，二者在很多資源上是共享的。

圖1 V-MES與其他系統(tǒng)的關(guān)系

基于以上關(guān)系圖及V-MES在實(shí)際生產(chǎn)中完成的任務(wù)，整個(gè)V-MES需實(shí)現(xiàn)以下任務(wù)：

1）以裝配MES中的作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行管理為主線，實(shí)現(xiàn)裝配專業(yè)廠計(jì)劃編制、評(píng)估、調(diào)整及下達(dá)；派工管理；完工提交；質(zhì)檢管理；工時(shí)核算；現(xiàn)場(chǎng)管理等執(zhí)行層生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的數(shù)字化閉環(huán)管理。

2）承接ERP計(jì)劃模塊下達(dá)的公司生產(chǎn)計(jì)劃，裝配專業(yè)廠進(jìn)行全年的生產(chǎn)任務(wù)分工，確定承制工段。與ERP 的計(jì)劃、庫(kù)房和工裝等模塊進(jìn)行信息交互。

3）與CAPP、PDM系統(tǒng)集成，從中獲取相應(yīng)的工藝信息，制造工序輕量化模型文件等信息以及裝配制造資源需求信息，實(shí)現(xiàn)工作操作指令可視化。

4）實(shí)現(xiàn)裝配物料（零件/成品/標(biāo)準(zhǔn)件）配送管理等。

5）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)裝配質(zhì)量信息采集以及不合格處置過(guò)程管理，質(zhì)量單據(jù)的審理過(guò)程管理，保證裝配生產(chǎn)制造過(guò)程質(zhì)量信息的采集、處理及歸零。

6）實(shí)現(xiàn)企業(yè)人力資源管理系統(tǒng)（HR）集成，以獲取專業(yè)廠人員組織結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)任務(wù)適應(yīng)的人員上崗培訓(xùn)要求、操作工人的上崗資格認(rèn)證與工種等信息。

7）實(shí)現(xiàn)裝配現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)電子看板管理。

8）實(shí)現(xiàn)與企業(yè)門戶的集成，與門戶集成，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理。

9）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)進(jìn)展統(tǒng)計(jì)、交檢合格率統(tǒng)計(jì)、內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題處理統(tǒng)計(jì)等綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 V-MES整體設(shè)計(jì)框架

依據(jù)MBD思想，充分考慮與其他已有系統(tǒng)的融合及裝配制造執(zhí)行的任務(wù)目標(biāo)，V-MES整體框架設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 裝配生產(chǎn)計(jì)劃管理

裝配廠各生產(chǎn)單位根據(jù)工廠架次需求計(jì)劃，利用MBOM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參考結(jié)構(gòu)化的裝配順序圖以及部件制造周期，倒排出部件需求計(jì)劃及AO生產(chǎn)計(jì)劃（倒排算法見(jiàn)后面第3部分），同時(shí)具備計(jì)劃根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行重排、微調(diào)功能；實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行計(jì)劃評(píng)估以及計(jì)劃調(diào)整；根據(jù)配套情況實(shí)現(xiàn)下達(dá)AO計(jì)劃、對(duì)應(yīng)物料配送到工段現(xiàn)場(chǎng)；對(duì)影響生產(chǎn)的工裝、工具等定檢情況具有跟蹤查詢功能；對(duì)零星內(nèi)部計(jì)劃及零星外部計(jì)劃進(jìn)行跟蹤管理；對(duì)臨時(shí)AO計(jì)劃進(jìn)行跟蹤執(zhí)行管理。

子模塊為整個(gè)V-MES系統(tǒng)的核心，所有其他零件MES的生產(chǎn)周期將嚴(yán)格按照其生成的零件需求計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)加工，其流程如圖3所示。

圖2 V-MES模塊設(shè)計(jì)

圖3 生產(chǎn)計(jì)劃流程

圖4 報(bào)廢單處理工作流

根據(jù)訂單生成的ERP節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，依據(jù)MBOM結(jié)構(gòu)信息、段位工裝占用和輪用約束對(duì)裝配廠生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行倒排，生成段位計(jì)劃、工位計(jì)劃和AO計(jì)劃，作為執(zhí)行和調(diào)整的動(dòng)態(tài)計(jì)劃。將其按年度、月度、周為時(shí)間段劃分為年度計(jì)劃、月度計(jì)劃和周計(jì)劃的視圖，作為各月和各周評(píng)估計(jì)劃的目標(biāo)依據(jù)。

2.2 裝配物料配送管理

實(shí)現(xiàn)與ERP 3.0庫(kù)房管理模塊的集成，獲取經(jīng)虛擬配套的實(shí)時(shí)架次配套信息以及物料缺件清單信息，實(shí)現(xiàn)庫(kù)房配送與工段之間的物料交接管理。

2.3 裝配現(xiàn)場(chǎng)管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)下達(dá)AO計(jì)劃的派工，對(duì)裝配工段現(xiàn)場(chǎng)工作管理，查詢和跟蹤當(dāng)日工作任務(wù)，對(duì)AO計(jì)劃進(jìn)行工序級(jí)的開(kāi)工和完工跟蹤管理，查詢AO計(jì)劃配套的零、標(biāo)、鉚、材和工裝信息，輕量化仿真模型可視化展現(xiàn)；工段現(xiàn)場(chǎng)可查詢AO同時(shí)跟蹤管理相關(guān)的如保留單報(bào)表的錄入、查詢、維護(hù)及輸出；對(duì)部裝廠和總裝廠生產(chǎn)工段在生產(chǎn)過(guò)程中工位現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的如工程技術(shù)問(wèn)題、生產(chǎn)管理問(wèn)題、生產(chǎn)保障問(wèn)題等進(jìn)行提出、反饋、解決及歸零的處理管理，用電子看板展示生產(chǎn)動(dòng)態(tài)情況；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)日生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上報(bào)。

2.4 工藝技術(shù)管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝技術(shù)資料的借閱登記以及歸還的管理，獲取相應(yīng)生產(chǎn)所需的工藝狀態(tài)（AO發(fā)放狀態(tài)，AO復(fù)查情況等）信息。

2.5 質(zhì)檢管理

實(shí)現(xiàn)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工序級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果（合格、不合格）信息、故障信息；跟蹤管理故障單處置過(guò)程，管理輕度不合格品、不合格品、報(bào)廢和返修等故障單據(jù)過(guò)程審批處理過(guò)程，跟蹤內(nèi)部保留單、外部保留單的處理情況；建立實(shí)際裝配物料配套關(guān)系，建立可追溯的完整質(zhì)量配套結(jié)構(gòu)。質(zhì)檢管理采用工作流方式，即為每一類型的單據(jù)建立單獨(dú)的工作流，由質(zhì)檢員填寫(xiě)單據(jù)后發(fā)起流程直至歸零。

2.6 經(jīng)營(yíng)管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)檢驗(yàn)合格確認(rèn)完工的AO進(jìn)行工時(shí)分配核算，對(duì)經(jīng)過(guò)裝配廠裝配加工的物料（零件、成品、標(biāo)件、輔材）進(jìn)行資金統(tǒng)計(jì)。

2.7 綜合查詢統(tǒng)計(jì)

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中各模塊的信息實(shí)現(xiàn)單獨(dú)授權(quán)查詢；實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)展情況、計(jì)劃完成率、交檢合格率和生產(chǎn)問(wèn)題處理統(tǒng)計(jì)等的系統(tǒng)信息綜合統(tǒng)計(jì)。

2.8 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中常用、復(fù)用的如工段代碼，工段AO分工、不合格原因代碼、質(zhì)量編號(hào)代碼、保留期限代碼等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義和管理。

3 裝配計(jì)劃倒排算法

倒排算法需依據(jù)訂單生成的ERP年度節(jié)點(diǎn)交付計(jì)劃，充分考慮MBOM的結(jié)構(gòu)信息、工裝占用、輪用信息、段位之間計(jì)劃約束信息來(lái)倒排計(jì)算生成多架次段位計(jì)劃、工位計(jì)劃、AO計(jì)劃。

3.1 段位計(jì)劃加入段位工裝的占用、輪用情況的約束

倒排算法需首先定義批架次號(hào)、段位與段位工裝占用、輪用及后續(xù)批架次號(hào)的關(guān)系，具體結(jié)構(gòu)如表1、表2所示。

表1 段位、批架次號(hào)與段位工裝以及后續(xù)批架次號(hào)的輪用關(guān)系

表2 工裝輪用定義

算法思路：

4P4的A1開(kāi)工時(shí)間 = 4P1的A2結(jié)束時(shí)間+間隔周期；

4P4的B1開(kāi)工時(shí)間 = 4P1的B2 結(jié)束時(shí)間+間隔周期；

在段位計(jì)劃評(píng)估中將根據(jù)此算法調(diào)整段位計(jì)劃使其滿足工裝的約束條件。

若在計(jì)劃執(zhí)行中，出現(xiàn)工裝定檢、返修情況，計(jì)劃員人工調(diào)整匹配的工裝號(hào)，并調(diào)整對(duì)應(yīng)架次的段位計(jì)劃開(kāi)、完工時(shí)間，同時(shí)調(diào)整受之影響的后續(xù)段位計(jì)劃。

若1#定檢，一般為15天，則1#狀態(tài)為不可用。后續(xù)輪用工裝為2#，3#，直至1#可用時(shí)，恢復(fù)1#，2#，3#輪用，調(diào)整相應(yīng)的計(jì)劃時(shí)間。

若1#返修，一般為3天，一般情況下，不影響后續(xù)計(jì)劃的執(zhí)行，直接調(diào)整對(duì)應(yīng)段位的計(jì)劃時(shí)間。

3.2 段位之間固定關(guān)聯(lián)關(guān)系約束

1）1#油箱段（A）+ 座艙段（B）+ 進(jìn)氣道段（C）= 三段（D）；

獲取A、B、C三段最晚完工日期 + 1 = 三段（D）的開(kāi)始日期，自動(dòng)排出“三段D”的計(jì)劃；

2）三段（D）+ 中機(jī)身（E）+ 后機(jī)身（F ）= 五段（G）；

獲取D、E、F三段最晚完工日期 + 1 = 五段G的開(kāi)始日期，自動(dòng)排出“五段G”的計(jì)劃；

3）機(jī)身+機(jī)翼+垂尾依理可以計(jì)算出總裝計(jì)劃。

3.3 按生產(chǎn)流程編制AO計(jì)劃

建立符合生產(chǎn)流程的段位、工位結(jié)構(gòu)，并保持相對(duì)固定，將AO掛入此結(jié)構(gòu)中，通過(guò)AO與PDM中MBOM的AO建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，并存入表3中。在后續(xù)AO計(jì)劃執(zhí)行中，獲取MBOM中的AO信息。

依據(jù)表3結(jié)構(gòu)層次關(guān)系及流水作業(yè)周期和指定第一本AO開(kāi)工時(shí)間，計(jì)算出各AO的計(jì)劃開(kāi)工、計(jì)劃完工日期并存入其中。

表3 AO層次關(guān)系及開(kāi)完工表結(jié)構(gòu)

依此結(jié)構(gòu)可按大段位單獨(dú)順排計(jì)劃，在派工中，以分包形式派出。

4 結(jié)束語(yǔ)

建立一套切實(shí)可行的飛機(jī)裝配車間數(shù)字化制造執(zhí)行閉環(huán)管理方案，不僅使制造生產(chǎn)過(guò)程信息的管理更具合理性、具體性、可操作性和快速反應(yīng)性，而且也加強(qiáng)了生產(chǎn)計(jì)劃的精細(xì)化，提高了管控的透明度，為精益化制造管理提供了必要而有力的技術(shù)支持。

[1] 范玉順,黃雙喜,等.企業(yè)信息化整體解決方案[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

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[4] 常建功,王向華.搞定J2EE核心技術(shù)與企業(yè)應(yīng)用:Ajax，JSP,Struts2,Spring,Hibernate[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.