趙蘇陽，李艷軍，錢小燕，曹愈遠(yuǎn)，許振騰，喬 磊，汪 雷

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 211100）

飛機(jī)裝配是飛機(jī)制造過程中的重要一環(huán)，十分復(fù)雜。為了提高飛機(jī)裝配效率，確保飛機(jī)裝配質(zhì)量，提高車間裝配信息化水平，需深入分析飛機(jī)裝配過程，研究飛機(jī)裝配制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）運(yùn)行原理，設(shè)計(jì)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，連接企業(yè)ERP系統(tǒng)與裝配車間MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理人員與車間操作人員信息互通，使得AO（裝配大綱）在裝配現(xiàn)場(chǎng)得到很好的執(zhí)行，并且能夠?qū)崟r(shí)優(yōu)化各個(gè)部門協(xié)同裝配作業(yè)[1]。

應(yīng)用RFID采集飛機(jī)裝配車間的各種裝配信息有以下優(yōu)勢(shì)：RFID標(biāo)簽的可識(shí)讀距離較遠(yuǎn)，能夠讀取隱藏的標(biāo)簽，并發(fā)操作，性較好即能夠同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽，可重復(fù)讀寫。而與目前廣泛使用的條形碼技術(shù)相比,RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)很明顯。表1為RFID技術(shù)與條碼技術(shù)的比較[2]。

本文針對(duì)飛機(jī)裝配的特殊性探討如何有效地將RFID技術(shù)充分結(jié)合到飛機(jī)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的建設(shè)中，探討RFID應(yīng)用于飛機(jī)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的可行性，為飛機(jī)制造企業(yè)提高信息化能力并建立飛機(jī)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供科學(xué)的依據(jù)和方法。

1 飛機(jī)裝配

開發(fā)設(shè)計(jì)飛機(jī)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)必須立足于飛機(jī)裝配過程實(shí)際，結(jié)合飛機(jī)裝配過程特點(diǎn)，并且協(xié)同企業(yè)ERP和MES系統(tǒng)。

1.1 飛機(jī)裝配特點(diǎn)

飛機(jī)裝配過程的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

表1 RFID技術(shù)與條形碼的比較

圖1 飛機(jī)裝配制造執(zhí)行系統(tǒng)基本業(yè)務(wù)流程Fig.1 Basic business process of aircraft assembly manufacturing execution system

圖3 飛機(jī)裝配信息管理系統(tǒng)功能模塊Fig.3 Aircraft assembly information management system function module

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變更頻繁；

（2）物料配套復(fù)雜且動(dòng)態(tài)多變。

1.2 飛機(jī)裝配MES及其業(yè)務(wù)流程

飛機(jī)裝配企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）更加注重架次生產(chǎn)裝配的管理。圖1是國(guó)內(nèi)某型飛機(jī)裝配生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)流程，此流程強(qiáng)調(diào)了裝配大綱和制造物料清單管理、物料出入庫(kù)、裝配過程控制等環(huán)節(jié)的重要性[3-4]。

1.3 飛機(jī)裝配流程分析

飛機(jī)裝配流程非常復(fù)雜，目前用的比較多的數(shù)字化裝配工作流程如圖 2所示[5]。

2 基于RFID的飛機(jī)裝配信息管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

數(shù)字化裝配技術(shù)、信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)的融合是增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的最佳選擇。目前，ERP是計(jì)劃層管理信息系統(tǒng)的代表，PCS作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的代表，已被制造裝配業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，兩者之間的有效合作被忽略，使兩系統(tǒng)不能進(jìn)行信息交換。因此，有必要建立飛機(jī)裝配過程中的信息管理系統(tǒng)來有效解決這一問題[6]。

建立系統(tǒng)的目標(biāo)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配過程中零部件配送環(huán)節(jié)的透明管理；

（2）利用RFID技術(shù)對(duì)裝配現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配零部件的識(shí)別和追蹤，提升飛機(jī)部件裝配過程中的精細(xì)化管理；

（3）為質(zhì)量追溯提供信息支撐；（4）提高生產(chǎn)效率[2]。

2.2 系統(tǒng)功能

基于RFID的飛機(jī)裝配信息管理系統(tǒng)的功能模塊如圖3所示。

2.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊主要是對(duì)RFID卡的信息、車間班組信息、人員信息、設(shè)備基本信息、生產(chǎn)商信息的管理。

2.2.2 備件存儲(chǔ)管理

備件存儲(chǔ)管理模塊主要分為入庫(kù)管理、存儲(chǔ)管理、備件管理、出庫(kù)管理。利用RFID技術(shù)可完成對(duì)入庫(kù)、存儲(chǔ)狀態(tài)、出庫(kù)、備件的高效統(tǒng)計(jì)。同時(shí)系統(tǒng)與倉(cāng)儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)的結(jié)合分析可為操作人員明確指出工裝設(shè)備的存儲(chǔ)位置和存儲(chǔ)狀態(tài)。

系統(tǒng)不僅可以提高物料的配送速度，還可以減少人工參與。

2.2.3 工裝現(xiàn)場(chǎng)管理

裝配現(xiàn)場(chǎng)典型流程圖、車間裝配操作工的工作流程時(shí)序圖分別如圖4、圖5所示。

該模塊主要由下面幾個(gè)子模塊組成：

（1）計(jì)劃任務(wù)管理。

該模塊在獲得裝配計(jì)劃后，結(jié)合裝配過程中所需資源如工裝工具，生成裝配計(jì)劃以及裝配所需的物料清單，實(shí)時(shí)的部署及調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

（2）工藝指導(dǎo)。

在飛機(jī)裝配之前，工藝部和生產(chǎn)部已經(jīng)制定了MBOM（制造物料清單）和AO（裝配大綱），可以在此模塊將MBOM和AO導(dǎo)入到系統(tǒng)中，并且可以管理每個(gè)裝配大綱中的工序以及各種裝配參數(shù)，以維護(hù)裝配大綱的正確性和有效性，保證裝配的順利進(jìn)行。

當(dāng)裝配人員掃描需要裝配的產(chǎn)品時(shí)，會(huì)獲得與該產(chǎn)品相關(guān)的BOM信息、裝配工藝、作業(yè)指導(dǎo)書、裝配示例照片、視頻及零件條碼等技術(shù)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)裝配人員可以快速準(zhǔn)確地完成裝配工作，避免了裝配中零件漏裝、錯(cuò)裝等工作失誤，降低了返修成本。

圖4 裝配現(xiàn)場(chǎng)工作流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of working flow of assembly site

（3）裝配進(jìn)度監(jiān)控。

利用RFID讀寫器讀取電子標(biāo)簽上的信息，可以實(shí)時(shí)地查詢現(xiàn)場(chǎng)裝配情況，為AO和MBOM的更改提供依據(jù)，還可以將零部件信息和裝配要求動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)到工位顯示屏上。目的是為管理者提供車間的實(shí)時(shí)裝配信息，以督促和調(diào)整各個(gè)工序段的裝配[7]。

（4）返修品管理。

質(zhì)檢部門發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)品時(shí)，讀取電子標(biāo)簽可獲得產(chǎn)品的所有生產(chǎn)信息，然后將所發(fā)現(xiàn)問題寫入電子標(biāo)簽，將產(chǎn)品移至返修位。完成返修后，操作人員將故障原因、解決方案、返修工位等維修信息寫入電子標(biāo)簽。該部分信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計(jì)算機(jī)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)返修產(chǎn)品信息的查詢與管理。

（5）工時(shí)與效益。

電子標(biāo)簽中記錄著每一道工序的操作人員及起始時(shí)間，并且通過系統(tǒng)可隨時(shí)查看以上信息，方便統(tǒng)計(jì)企業(yè)的生產(chǎn)情況及效益、項(xiàng)目所用工時(shí)及人力成本，同時(shí)，為員工的考核提供重要的標(biāo)準(zhǔn)。

（6）位置信息。

工裝過程中設(shè)備的位置查找嚴(yán)重制約著裝配的進(jìn)度，通過電子標(biāo)簽和RFID讀取設(shè)備在每次讀取電子標(biāo)簽信息時(shí)定位設(shè)備所在位置，并且寫入標(biāo)簽中，通過信息處理生成裝配車間各種設(shè)備分布的分布圖，便于直觀地定位指定設(shè)備所在位置，并且可以給特定設(shè)備規(guī)定指定的活動(dòng)范圍。當(dāng)讀取設(shè)備讀取的位置信息超過指定范圍時(shí)可以發(fā)出警報(bào)，提高工裝現(xiàn)場(chǎng)的裝配效率。

（7）可靠性管理。

對(duì)工裝設(shè)備的可靠性管理可以提高設(shè)備的安全性與使用壽命，可以大大提高設(shè)備使用效率，增加生產(chǎn)效益?？煽啃怨芾碇饕ǎ侯A(yù)計(jì)壽命管理、定期維護(hù)管理、測(cè)試與試驗(yàn)、故障與排故。

·預(yù)計(jì)壽命管理：通過計(jì)算、工程經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)分析等手段評(píng)估設(shè)備的預(yù)期使用壽命，對(duì)預(yù)期壽命進(jìn)行管理，合理規(guī)劃設(shè)備的檢測(cè)、維護(hù)周期，提高設(shè)備實(shí)際使用壽命。

·定期維護(hù)管理：根據(jù)設(shè)備的預(yù)期壽命和使用程度以及損壞程度合理制定設(shè)備的維護(hù)周期、維護(hù)方法。本模塊即是對(duì)維護(hù)策略規(guī)劃與執(zhí)行的管理。

·測(cè)試與試驗(yàn)：將測(cè)試與試驗(yàn)信息，如測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試人員、測(cè)試結(jié)果等信息寫入電子標(biāo)簽，掃描電子標(biāo)簽將測(cè)試與試驗(yàn)信息上傳至系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試與試驗(yàn)信息的記錄與共享。同時(shí)，對(duì)于測(cè)試不合格的產(chǎn)品，將測(cè)試遇到的問題寫入電子標(biāo)簽，返回至指定生產(chǎn)工序，該工序的負(fù)責(zé)人通過掃描電子標(biāo)簽可以快速獲得問題信息，加快生產(chǎn)效率。

·故障與排故：裝備在使用過程中如發(fā)現(xiàn)故障，在排故的同時(shí)，將故障信息、排故人員、時(shí)間、解決方案等信息寫入電子標(biāo)簽，掃描電子標(biāo)簽將此信息上傳系統(tǒng)，該模塊記錄的裝備問題及解決方案與客戶信息相關(guān)聯(lián)。

2.2.4 客戶端管理

飛機(jī)裝配信息管理系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)裝配現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端的領(lǐng)導(dǎo)層決策管理。

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)管理：工裝現(xiàn)場(chǎng)通過有線傳輸技術(shù)，采集裝配過程中產(chǎn)生的信息，授權(quán)用戶通過客戶端登陸即可對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行操作處理或者發(fā)出指令來指導(dǎo)裝配生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)這一功能只需要在工裝現(xiàn)場(chǎng)配備一個(gè)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)即可。

圖5 車間裝配操作工的工作流程時(shí)序圖Fig.5 Work flow timing diagram of workshop assembly operator

圖6 裝配系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)Fig.6 Hierarchy structure of assembly system

（2）遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公：對(duì)于子公司與總公司、各個(gè)裝配車間之間、裝配廠與公司之間的信息傳輸需要運(yùn)用遠(yuǎn)程傳輸與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中，異地的客戶端可以通過賬號(hào)登陸網(wǎng)絡(luò)客戶端訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中的資源。遠(yuǎn)程決策層或者管理層發(fā)布的指令也可以通過網(wǎng)絡(luò)終端傳輸?shù)礁鱾€(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)或者臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)[8]。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)管理層、過程監(jiān)控層以及數(shù)據(jù)采集層，它們相互聯(lián)系和支撐，如圖 6所示。

數(shù)據(jù)采集層，主要是利用RFID技術(shù)，為整個(gè)裝配過程收集物流配送和裝配線上的信息提供支持[9]。

過程監(jiān)控層：負(fù)責(zé)管理裝配過程中飛機(jī)零部件的裝配信息以及裝配生產(chǎn)線的狀態(tài)信息，通過企業(yè)級(jí)管理信息系統(tǒng)接口實(shí)時(shí)地將信息傳遞給生產(chǎn)管理部門，使企業(yè)管理層以及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理人員可以及時(shí)地掌握現(xiàn)場(chǎng)車間裝配生產(chǎn)作業(yè)的情況。同時(shí)，管理部門可以依據(jù)從數(shù)據(jù)采集層獲得的信息對(duì)裝配現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，及時(shí)調(diào)整車間裝配生產(chǎn)計(jì)劃，確保AO（裝配大綱）能夠被很好地執(zhí)行。

業(yè)務(wù)管理層：指ERP、SCM、PDM等企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)，為車間級(jí)生產(chǎn)管理、調(diào)度的中心[10]。

2.3.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.7 Technical architecture of the system

3 結(jié)束語

本文提出的基于RFID技術(shù)的飛機(jī)裝配生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)可以有效提高飛機(jī)裝配企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)管理效率，提高飛機(jī)制造企業(yè)的快速響應(yīng)能力。本研究具體分析了飛機(jī)裝配過程的特點(diǎn)，給出了系統(tǒng)功能模塊、層次結(jié)構(gòu)及技術(shù)架構(gòu)，為建立飛機(jī)裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供了可行的參考模型。

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