郭鴻俊 梅 立 王 新 張艷平 林 娜

MES在航天復合材料艙段裝配中的研究及應用

郭鴻俊 梅 立 王 新 張艷平 林 娜

（航天材料及工藝研究所，北京 100076）

針對航天復合材料艙段裝配特點及裝配過程中存在的計劃管理粗放、問題反饋滯后、裝配過程不透明等問題，提出了適用于航天復合材料裝配生產線的MES建設方案并詳細論述了MES的功能組成及應用效果。通過MES的應用，不但有效解決了傳統(tǒng)裝配中存在的問題，而且綜合提升了航天復合材料裝配過程中精細化管控能力，滿足型號任務快速增長及質量精細化控制的要求。

復合材料艙段裝配；MES；精細化管控

1 引言

近年來，隨著航天型號任務和企業(yè)橫向開發(fā)任務的不斷增多，企業(yè)承擔的任務呈現(xiàn)密集增長趨勢，且這些任務研制周期更短、技術狀態(tài)更加復雜、質量及可靠性要求更高，這就要求企業(yè)具備更高的科研管控能力、資源協(xié)調能力、生產線快速響應能力、過程精細化管控能力等綜合提升制造效率及質量可靠性[1，2]。

先進復合材料由于自身具有高比強度、高比剛度、性能可設計、結構功能一體化、易于實現(xiàn)結構整體化和大型化等優(yōu)點，是武器裝備高性能化的關鍵技術，復合材料制造已經(jīng)成為近年來國內外航空航天制造領域行業(yè)發(fā)展最為迅速的領域之一。而復合材料相對金屬材料，其工藝更加復雜、研制效率低、過程管控難度大，這也推動復合材料企業(yè)必須應用更高效的技術手段解決其研制效率低及過程管控困難等問題。

為此，航天材料及工藝研究所積極開展信息化管控技術研究，建立了以MES為核心的車間級信息化管控平臺，以復合材料艙段裝配為應用對象，實現(xiàn)裝配過程全流程精細化管控，達到“資源快速到位、生產線快速響應、質量過程可控”的管理目標。

2 復合材料艙段裝配過程管理特點及存在的主要問題

2.1 復合材料艙段裝配特點

復合材料部段裝配相對金屬材料，制造過程參數(shù)多且對產品質量影響大、工藝流程長、裝配周期長、過程管控難度大，主要表面在：

裝配周期長、過程管理困難，典型艙段裝配周期一般為45d，復雜艙段的裝配周期為90d。同時配套材料都有嚴格的保管期和保存條件，不像金屬材料可以長期放置在車間現(xiàn)場，極需精細化管理配套原材料。

人工作業(yè)工作量大，過程管控困難，由于復合材料部段結構形式復雜、固化變形及加工過程中易出現(xiàn)分層等工藝技術難點，自動化程度低，裝配作業(yè)還是以人工為主，人工涂膠、人工試配、人工制孔等工作量極大，單發(fā)產品需鉆制上千個連接孔，人為質量差錯率高，過程管控困難。

復合材料艙段裝配配套物料種類多樣、數(shù)量多，以某型號產品為例，其配套金屬零件、復合材料小零件、標準件及其它零件單發(fā)規(guī)格和種類有160類，超過3233件，按艙段年產裝配量100件計算，需要管理的物料有三十萬余件。

2.2 裝配生產線管理方面存在的主要問題

裝配計劃管理過于粗放，計劃員還主要依靠經(jīng)驗進行計劃排產，未考慮產品的生產周期、物料、設備負荷等因素，且緊急插單嚴重，人為主觀干擾因素太多，導致計劃作用不大、時效性差；

問題反饋機制不健全、信息傳遞滯后，相關信息需要經(jīng)過多個角色間的口頭傳遞，無法及時了解現(xiàn)場情況并解決問題，延誤進度，甚至長時間的中斷最終影響產品交付。另外，質量問題反饋不及時、造成產品質量追溯困難，無法對影響產品質量的原材料、工藝、設備、工量具等因素進行統(tǒng)計分析，為后續(xù)質量改進提供證據(jù)支撐。

裝配過程不透明，生產車間實時狀態(tài)不易查知，由于沒有輔以先進的數(shù)字手段，生產車間各操作者正在執(zhí)行的任務、各機床的加工狀態(tài)、各零部件所在工位和進展到的工序等信息，都只能通過到各工位逐一查看或對各操作者逐一核實方可得知。

3 建設方案

針對當前航天復合材料艙段多型號并舉、研制與批產混合、多技術狀態(tài)交叉的特點，結合復合材料自身特點和科研管理需求，制定了MES建設的總體方案和框架，如圖1所示。以裝配計劃為主線，包括從計劃接收與分解、計劃排產與資源分配、作業(yè)執(zhí)行、問題反饋等過程的精細化管控，解決現(xiàn)場“黑箱”現(xiàn)象嚴重問題，為生產管理者提供生產決策、質量分析、生產進度、統(tǒng)計分析等。

圖1 復合材料艙段裝配生產線MES系統(tǒng)框架

明確建設框架后，詳細梳理優(yōu)化了現(xiàn)階段裝配管理業(yè)務流程，形成基于MES和裝配業(yè)務管理流程，如圖2所示。

圖2 復合材料艙段裝配業(yè)務流程

3.1 裝配計劃排產與資源分配

裝配計劃自于所級系統(tǒng)ERP-U8，車間計劃管理員依據(jù)PBOM分解成車間計劃，導入到MES中，MES按照交接路線下發(fā)到班組，班組根據(jù)產品生產周期細化成班組的季度計劃、月度計劃和周計劃。由此，實現(xiàn)裝配計劃逐級細化的信息化管理模式。

車間工藝技術人員收到型號計劃后，進入工藝管理模塊，進行工藝編輯，主要編輯裝配工序目錄及工序中需要的資源信息，形成工藝流程卡，車間調度員應用設備管理模塊，綜合分析設備、人員、工時、場地等資源情況，進行有限能力的排產，再按照產品交付日期及生產周期等進行生產派工，派工完成后產生生產訂單，指派給某一個工位的操作主崗，操作主崗接收任務并打印工藝流程卡，如圖3所示。

圖3 生產派工

3.2 裝配作業(yè)進度管理

操作主崗在工位計算機上登陸MES系統(tǒng)接收到任務，根據(jù)任務要求節(jié)點，確定產品的每個工序的開工時間，通過掃描條形碼方式系統(tǒng)自動記錄時間及人員信息，而在工序完工時，檢驗人員首先填報檢驗結果，主要分為合格、讓步接收和報廢，操作主崗再記錄工序完工時間、工時分配等內容，系統(tǒng)還自動記錄生產過程中應用的原材料、工量器具、工裝等設備信息，滿足產品進度的精細化跟蹤及質量可追溯性，見圖4。

另外，作業(yè)管理也提供了裝配進度預警的監(jiān)管工具，如圖5所示，對于即將超期的任務，系統(tǒng)持續(xù)提醒，并不斷上升級別的提醒，以保證及時解決，從而使生產延誤控制在一個較小的范圍內。

圖4 裝配現(xiàn)場計劃執(zhí)行及跟蹤管理

圖5 裝配進度預警提醒

3.3 現(xiàn)場問題快速反饋及閉環(huán)處理

在裝配過程中一旦發(fā)生質量異常情況，如工裝異常、原材料質量問題、設備故障與檢修、產品超差等問題，操作主崗通過MES的問題反饋模塊記錄問題發(fā)生時間、原因、現(xiàn)象描述等，然后根據(jù)問題類別發(fā)送給相應人員，相關人員接收到問題后立即解決問題，反饋解決方案和建議等，達到快速解決問題的閉環(huán)管理機制，提高管理效率，問題反饋具體流程見圖6。

圖6 裝配過程問題反饋流程

3.5 裝配看板管理

通過MES建立了裝配進度大屏幕看板、工位可視化指導看板等，展示裝配裝配進度和工藝信息，展示裝配進度、異常情況及工位裝配信息。車間計劃調度人員應用裝配看板即可清晰了解裝配進度、現(xiàn)場問題、關鍵設備的使用情況，操作工人應用工位可視化看板查看裝配工藝規(guī)程、仿真動畫或三維數(shù)模等，實現(xiàn)了生產現(xiàn)場的部分無紙化操作。

4 MES應用效果

通過MES系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了從產品裝配計劃下達到產品交付全過程的信息化、透明化管控，車間管理者可時時監(jiān)控裝配進度、現(xiàn)場狀態(tài)、質量問題等，有效提升對裝配生產線的管控能力及效率，具體如下：

a. 應用MES提高了計劃執(zhí)行效率和生產線快速響應能力。應用MES系統(tǒng)，實現(xiàn)了裝配資源與計劃的協(xié)調，作業(yè)計劃執(zhí)行效率提高了約30%，遇到緊急插單或異常情況，調度人員應用MES系統(tǒng)對現(xiàn)場工作情況的時實跟蹤，及時調整作業(yè)計劃，提高了生產線快速響應能力。

b. 應用MES實現(xiàn)了復合材料艙段裝配過程精細化管理。通過MES的應用，型號計劃實現(xiàn)了從所級-車間級-生產線-工序逐級細化的管理模式，且資源配置、進度匯報、問題反饋等環(huán)節(jié)都細化到工序級管理。

c. 應用問題快速反饋機制，提高問題處理效率

通過MES系統(tǒng)，建立了問題快速反饋機制，在裝配過程中，一旦發(fā)現(xiàn)異常問題，現(xiàn)場人員立即在MES中匯報并提交給相關負責人，負責人立即進行處理并在系統(tǒng)內回饋解決方案，形成問題閉環(huán)管理模式，提高問題處理效率約40%。另外，通過異常問題數(shù)據(jù)積累，系統(tǒng)可以形成問題分析報告，根據(jù)問題類型，有針對性地預防和改進。

5 結束語

應用MES系統(tǒng)初步實現(xiàn)了復合材料艙段裝配生產線的精細化管控，解決了傳統(tǒng)裝配管理中存在的主要問題，取得了顯著的應用效果。但是，目前MES系統(tǒng)僅限用于結構復合材料艙段裝配過程中，還需深入推廣應用到其它車間事業(yè)部，全面實現(xiàn)制造過程的信息化管控，且MES系統(tǒng)與三維工藝、ERP、物資系統(tǒng)等還未進行集成，下一步將以國家發(fā)展信息化為契機，積極優(yōu)化完善MES系統(tǒng)，逐步打通設計制造管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，為構建航天復合材料智能制造車間奠定堅實的基礎[3]。

1 車穎. MES在空間光學遙感器生產管理中的應用[J]. 航天制造技術，2016(2)：41～43

2 趙佳琪. 基于TC和MES的航天產品數(shù)字化制造技術[J]. 航天制造技術，2017(1)：65～66

3 梅立. MES在航天復合材料產品科研生產管理中的應用[J]. 航天工業(yè)管理，2015(9)：29～32

Study and Application of MES in Aerospace Composite Cabins Assembly

Guo Hongjun Mei Li Wang Xin Zhang Yanping Lin Na

(Aerospace Research Institute of Materials &Processing Technology, Beijing 100076)

Aiming at the features and the problems of extensive planning management, problems feedback lag and not transparent assembly process in aerospace composite cabin assembly, the paper puts forward a MES construction scheme which is suitable for aerospace composite cabin assembly line. In the paper, it also discusses the MES functional modules and application effect, which not only effectively solves the problems existing in the traditional assembly, but also improves the lean management ability in the assembly process of aerospace composites, and meets the requirements of rapid growth of model tasks and lean quality controlling.

composite cabins assembly；MES；lean management

郭鴻?。?980），高級工程師，復合材料專業(yè)；研究方向：復合材料工藝及數(shù)字化制造技術。

2018-03-07