（中國(guó)航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，西安 710021）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)為航空器飛行提供動(dòng)力，是在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期可靠工作的極其復(fù)雜的熱力機(jī)械，是知識(shí)、技術(shù)和資金高度密集的高科技產(chǎn)品，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，其研制生產(chǎn)的難度不僅體現(xiàn)在零部件生產(chǎn)上，而且最后的裝配環(huán)節(jié)涉及上萬(wàn)個(gè)零件。因裝配技術(shù)、生產(chǎn)管理、物料供應(yīng)、質(zhì)量控制等錯(cuò)綜復(fù)雜因素疊加耦合影響，如何進(jìn)一步提高裝配質(zhì)量、提升裝配效率、提高產(chǎn)品的可靠性等方面，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)長(zhǎng)期的重要研究課題[1]。

當(dāng)前，羅羅、賽峰等國(guó)際先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在不斷深化數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，將智能制造作為工業(yè)變革的金鑰匙，作為企業(yè)保持行業(yè)領(lǐng)先地位以及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)[2]。羅羅不僅將數(shù)字化技術(shù)融入到設(shè)計(jì)研發(fā)中，還將其作為踐行全球化的重要手段，通過(guò)無(wú)縫連接的全球化供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，保證了制造品質(zhì)與效率，通過(guò)健康管理系統(tǒng)，跟蹤遍布全球10 萬(wàn)臺(tái)世界各地運(yùn)營(yíng)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)；賽峰在LEAP 系列發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上，通過(guò)橫向集成，將全球240 多家供應(yīng)商進(jìn)行價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)資源整合，形成高效的供應(yīng)鏈管控能力，同時(shí)利用數(shù)字孿生和自動(dòng)化技術(shù)，有效提升產(chǎn)品的裝配效率和質(zhì)量，形成了年均總裝1500 多臺(tái)的交付能力。

自20 世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)生產(chǎn)單位，以提升產(chǎn)品總裝生產(chǎn)能力為目標(biāo)，開始產(chǎn)品總裝數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的探索。典型應(yīng)用有：針對(duì)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理型號(hào)，建立了基于知識(shí)和精益思想的大修管理系統(tǒng)；針對(duì)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝和服務(wù)保障特點(diǎn)，建立了總裝/維護(hù)/維修/大修系統(tǒng)；針對(duì)某小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)生產(chǎn)管理特點(diǎn)，建立了服務(wù)保障與大修管理系統(tǒng)。這些企業(yè)正在開展基于脈動(dòng)裝配思想的數(shù)字化總裝生產(chǎn)線建設(shè)。這些探索實(shí)踐，積累了一定的信息化經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)管控能力、產(chǎn)品交付效率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面都得到一定的提升。

面對(duì)新一輪工業(yè)革命的興起，制造業(yè)走向智能制造是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然[3]。當(dāng)前，國(guó)外在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面，特別是產(chǎn)品總裝技術(shù)還實(shí)行對(duì)我國(guó)長(zhǎng)期嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。抓住我國(guó)推進(jìn)智能制造戰(zhàn)略契機(jī)，獨(dú)立自主地開展智能化裝配生產(chǎn)線技術(shù)的研究，突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，這將從根本上變革我國(guó)傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配模式，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)裝配能力、縮短裝配時(shí)間、保障產(chǎn)品質(zhì)量、縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距、獲取可持續(xù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)等方面，都具有重要的戰(zhàn)略意義[4]。

面向智能制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)線信息化發(fā)展趨勢(shì)分析

智能制造改變了制造企業(yè)中的生產(chǎn)方式、人機(jī)關(guān)系和商業(yè)模式。因此，智能制造不簡(jiǎn)單是技術(shù)突破，更是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)組織模式等的改造和變革，須將信息化與工業(yè)化深度融合、創(chuàng)新集成[5]。從國(guó)際先進(jìn)航空企業(yè)智能制造發(fā)展路線來(lái)看，邁向智能制造產(chǎn)品總裝生產(chǎn)模式不是一蹴而就的工作，是以深度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用為基礎(chǔ)，充分利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)等（表1）將生產(chǎn)線復(fù)雜組織體中的人、物、系統(tǒng)互聯(lián)互通，打破時(shí)間和空間上的限制，形成高效率的生產(chǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)的制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上物流、信息流、資金流的同步以及信息的全面共享[6]，從而提高產(chǎn)品制造質(zhì)量、縮短交付周期，實(shí)現(xiàn)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力保持長(zhǎng)期發(fā)展，占據(jù)市場(chǎng)的制高點(diǎn)。

面向智能制造我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)線建設(shè)信息化需求

當(dāng)前，面臨生產(chǎn)任務(wù)量逐年遞增、制造新技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大、準(zhǔn)時(shí)交付管理嚴(yán)格等挑戰(zhàn)，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)廠紛紛面向智能制造探索基于脈動(dòng)線思想的總裝生產(chǎn)線，期望將先進(jìn)的管理理念、管理方法、組織流程、裝配工藝、工藝裝備與新一代信息技術(shù)深度融合，打造新型產(chǎn)品總裝生產(chǎn)與管理方式，大幅提高產(chǎn)品總裝生產(chǎn)效率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，保障型號(hào)研制需要，對(duì)信息技術(shù)特別是對(duì)大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)需求表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

表1 面向智能制造產(chǎn)品總裝生產(chǎn)線信息技術(shù)發(fā)展分析Table 1 Analysis on information technology development for the final assembly line of intelligent manufacturing products

（1）提升生產(chǎn)管理科學(xué)水平對(duì)信息技術(shù)的需求。

我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)廠要打破傳統(tǒng)固定站位總裝組織模式，實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)裝配方式，均衡生產(chǎn)節(jié)拍是最基本的保障。因此，企業(yè)內(nèi)需要利用物料需求計(jì)劃MRP（Material requirements planning）、高級(jí)計(jì)劃與排程APS（Advanced planning and scheduling）等信息技術(shù)代替手工計(jì)劃編制方式，打通企業(yè)級(jí)計(jì)劃、車間作業(yè)計(jì)劃、班產(chǎn)計(jì)劃三級(jí)計(jì)劃，不斷迭代修正生產(chǎn)期量數(shù)據(jù)，提升生產(chǎn)計(jì)劃均衡性和可執(zhí)行性；同時(shí)需要構(gòu)建供應(yīng)鏈集成網(wǎng)絡(luò)，提升外部供應(yīng)商管控能力，保障物料及時(shí)交付。

需要利用數(shù)字孿生技術(shù)，建立生產(chǎn)計(jì)劃和物料庫(kù)存之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，動(dòng)態(tài)感知物料保障情況及物料缺件、轉(zhuǎn)工異常情況，快速解決物料缺件、轉(zhuǎn)工、串換沖突，杜絕對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)的擾動(dòng)和影響。

需要利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，建立事件驅(qū)動(dòng)的制造資源沖突預(yù)警和消解模型，采用基于規(guī)則、約束和實(shí)例的混合消解策略，處理突發(fā)故障、臨時(shí)插單等因素引起的工裝、設(shè)備等沖突，保證生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)、有序。

（2）實(shí)施先進(jìn)裝配工藝對(duì)信息技術(shù)的需求。

需要利用數(shù)字主線技術(shù)，以生產(chǎn)節(jié)拍為牽引，通過(guò)模型驅(qū)動(dòng)對(duì)工藝流程進(jìn)行分解、優(yōu)化與重組，通過(guò)仿真對(duì)各裝配工位的任務(wù)載荷進(jìn)行均衡化分布。

需要數(shù)字孿生和系統(tǒng)集成技術(shù)，將工藝物料清單BOM（Bill of materials）與裝配BOM 進(jìn)行轉(zhuǎn)化和關(guān)聯(lián)，達(dá)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配履歷結(jié)構(gòu)化表達(dá)和數(shù)字化存儲(chǔ)以及技術(shù)狀態(tài)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物的映射，實(shí)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)向部裝、總裝、總試的數(shù)據(jù)傳遞，對(duì)物料狀態(tài)、工藝狀態(tài)和質(zhì)量狀態(tài)的單臺(tái)份裝機(jī)技術(shù)狀態(tài)的管理與跟蹤，以及時(shí)間軸分布的技術(shù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)變遷的裝配技術(shù)狀態(tài)管理與智能跟蹤。

需要利用虛擬裝配技術(shù)，建立典型組件配合尺寸鏈、誤差傳遞模型，嵌入平衡求解精度和效率的智能優(yōu)化算法，基于零件實(shí)物模擬計(jì)算，形成優(yōu)化的零件選擇方案，提高裝配合格率以及裝配質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。

（3）實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)物料供應(yīng)對(duì)信息技術(shù)的需求。

需要利用供應(yīng)商關(guān)系管理SRM（Supplier relationship management）系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃ERP（Enterprise resource planning）系 統(tǒng)、制 造 執(zhí)行管理系統(tǒng)MES（Manufacturing execution system）集成技術(shù)，形成裝配現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的倉(cāng)儲(chǔ)調(diào)度和生產(chǎn)計(jì)劃模式，拉動(dòng)零部件生產(chǎn)和外部物料供應(yīng)，支撐物料準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)，通過(guò)感知物料實(shí)際供應(yīng)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整裝配計(jì)劃，保障裝配現(xiàn)場(chǎng)順暢進(jìn)行。

需要利用條碼技術(shù)，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件進(jìn)行標(biāo)識(shí)、信息快捷采集，實(shí)現(xiàn)物流、信息流的合拍，支撐生產(chǎn)信息同步連續(xù)，資源信息能夠透明共享和技術(shù)、質(zhì)量問(wèn)題的溯源。

需要利用工藝BOM 與裝配BOM 緊耦合技術(shù)，形成齊套性檢驗(yàn)方法和多站位動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)配送方案，實(shí)現(xiàn)面向單臺(tái)份裝配的物料精準(zhǔn)配送，以及形成裝配現(xiàn)場(chǎng)換件的追蹤方法，實(shí)現(xiàn)裝配現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)串件的可用性匹配和追溯技術(shù)。

（4）推進(jìn)先進(jìn)工藝裝備對(duì)信息技術(shù)的需求。

需要利用信息物理融合技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)線上的機(jī)器人、數(shù)字化檢測(cè)工具、VR/AR 工具、AGV 小車、智能倉(cāng)儲(chǔ)等自動(dòng)化工具或裝備進(jìn)行互聯(lián)或集成，支撐脈動(dòng)生產(chǎn)線的運(yùn)行。

面向智能制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化總裝生產(chǎn)線應(yīng)用架構(gòu)

以先進(jìn)的產(chǎn)品裝配物理生產(chǎn)線和裝配工藝方法為基礎(chǔ)，將脈動(dòng)裝配、精益生產(chǎn)、敏捷制造等先進(jìn)生產(chǎn)管理思想，融入到ERP、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM（Production data management）、MES、虛擬仿真、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)指揮產(chǎn)品總裝要素和裝配資源的運(yùn)行，以數(shù)字量代替模擬量作為生產(chǎn)組織、管理、拉動(dòng)與控制的基本形態(tài)，達(dá)到“物流、信息流、工作流”的高度同步[7]，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和柔性制造，從而提升整個(gè)生產(chǎn)線的裝配能力和技術(shù)水平，提高產(chǎn)品交付質(zhì)量，縮短交付周期，降低生產(chǎn)成本（圖1）。

1 基于模型和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品協(xié)同研制

將PDM 作為企業(yè)數(shù)字化研發(fā)的基礎(chǔ)信息化平臺(tái)，通過(guò)行業(yè)網(wǎng)與上游設(shè)計(jì)單位的PDM 集成，形成廠所間異地聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基于模型驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳遞以及制造問(wèn)題快速處理，企業(yè)內(nèi)部基于PDM定制基于模型、資源庫(kù)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)方式，通過(guò)與裝配工藝仿真分析軟件以及ERP、MES、動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)等集成，形成涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的產(chǎn)品總裝技術(shù)活動(dòng)，保障產(chǎn)品模型能夠貫穿產(chǎn)品總裝生產(chǎn)全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)和模型驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品總裝工藝設(shè)計(jì)，支持工藝技術(shù)創(chuàng)新和裝配過(guò)程工藝方案的快速修正[8]，達(dá)到產(chǎn)品總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線全過(guò)程數(shù)據(jù)鏈貫通（圖2）。

圖1 面向智能制造數(shù)字化脈動(dòng)總裝生產(chǎn)線應(yīng)用架構(gòu)圖Fig.1 Application architecture of digital pulsation assembly line for intelligent manufacturing

（1）模型驅(qū)動(dòng)的異地廠所協(xié)同設(shè)計(jì)。

基于行業(yè)網(wǎng)和廠所PDM 系統(tǒng)搭建跨地域的數(shù)字化協(xié)同研制平臺(tái)，支持工藝人員異地參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程變更等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型從設(shè)計(jì)到制造、端到端的貫通應(yīng)用，提高知識(shí)轉(zhuǎn)化與重用程度，以及產(chǎn)品裝配過(guò)程技術(shù)問(wèn)題能夠快速向設(shè)計(jì)所反饋并得到快速處理。

（2）基于模型驅(qū)動(dòng)和知識(shí)工程的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)。

以產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM 為基礎(chǔ)，根據(jù)產(chǎn)品裝配工藝路線，將設(shè)計(jì)BOM 轉(zhuǎn)化成裝配BOM，作為產(chǎn)品裝配工藝數(shù)據(jù)管理以及裝配計(jì)劃制定的基礎(chǔ)，基于三維工藝設(shè)計(jì)環(huán)境，進(jìn)行基于模型定義的三維工藝設(shè)計(jì)，并同步應(yīng)用裝配仿真技術(shù)，驗(yàn)證和優(yōu)化裝配工藝，將工藝規(guī)范數(shù)據(jù)在PDM 上基于裝配BOM 進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理，為后續(xù)工藝數(shù)據(jù)在生產(chǎn)計(jì)劃制定、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配以通過(guò)獲取產(chǎn)品裝配實(shí)做信息，形成實(shí)做臺(tái)份BOM 即電子卷宗奠定基礎(chǔ)。

（3）基于數(shù)字孿生的總裝過(guò)程生產(chǎn)線驗(yàn)證與優(yōu)化分析。

建立總裝生產(chǎn)線模型，應(yīng)用具有融合智能求解方法及離散事件裝配過(guò)程仿真軟件與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的ERP、總裝MES、PDM、生產(chǎn)智能管控、動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)等集成，構(gòu)建數(shù)字孿生的仿真環(huán)境，重點(diǎn)對(duì)多型號(hào)、多狀態(tài)、變批量、多約束條件下的裝配生產(chǎn)線總體布局進(jìn)行全面仿真驗(yàn)證以及進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的仿真優(yōu)化決策機(jī)制模擬，為生產(chǎn)線的科學(xué)合理布局、生產(chǎn)節(jié)拍以及平穩(wěn)流暢運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

（4）基于迭代和預(yù)測(cè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝知識(shí)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)建設(shè)。

基于PDM 知識(shí)庫(kù)管理架構(gòu)，建設(shè)結(jié)構(gòu)化的典型工藝庫(kù)、常用術(shù)語(yǔ)庫(kù)、工藝資源庫(kù)、故障知識(shí)庫(kù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品裝配工藝知識(shí)的積累和應(yīng)用，提升裝配工藝設(shè)計(jì)水平與效率，同步為生產(chǎn)計(jì)劃管理、數(shù)字化檢測(cè)等業(yè)務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝數(shù)據(jù)，保障跨專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的順暢傳遞。

圖2 基于模型和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架圖Fig.2 Frame diagram of model-based and knowledge-driven digital process design system

2 多層貫通與推拉結(jié)合的計(jì)劃管理模式

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)生產(chǎn)線的總裝MES 作為基礎(chǔ)平臺(tái)，與ERP、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)等深度集成以及企業(yè)涉密園區(qū)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)信息擺渡方式集成，實(shí)現(xiàn)公司級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃和總裝車間月計(jì)劃、班產(chǎn)計(jì)劃一體化聯(lián)動(dòng)和供應(yīng)商緊密聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在總裝車間月計(jì)劃拉動(dòng)下，外部配套供應(yīng)商和內(nèi)部零部件制造單位協(xié)同的多層貫通的計(jì)劃管理模式[9]，克服航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝零部件數(shù)量多、物料供應(yīng)關(guān)系復(fù)雜、裝配過(guò)程問(wèn)題等不利因素，形成多層貫通與推拉結(jié)合的計(jì)劃管理模式（圖3），保障準(zhǔn)時(shí)物料供應(yīng)，支撐總裝脈動(dòng)思想的實(shí)現(xiàn)，主要內(nèi)容為：

（1）雙向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)緊耦合的總裝生產(chǎn)計(jì)劃制定。

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝產(chǎn)品的制造BOM 為對(duì)象，通過(guò)ERP 與總裝生產(chǎn)線MES、零部件生產(chǎn)線MES、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)等集成以及制造BOM 與裝配BOM 耦合映射，實(shí)現(xiàn)基于物資庫(kù)存、零部件生產(chǎn)進(jìn)展、總裝裝配進(jìn)展等多源數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的MRP 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)計(jì)劃、物料供應(yīng)計(jì)劃、企業(yè)內(nèi)零部件生產(chǎn)月計(jì)劃與總裝生產(chǎn)線月生產(chǎn)計(jì)劃的緊密關(guān)聯(lián)和信息的可視化與動(dòng)態(tài)共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)總裝生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性、及時(shí)性。

（2）多約束條件及實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的班產(chǎn)計(jì)劃智能排產(chǎn)與動(dòng)態(tài)調(diào)度。

以總裝MES 為基礎(chǔ)平臺(tái)，嵌入APS 軟件、集成動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)，將提煉的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配順序約束因素和不同場(chǎng)景定義到APS 軟件中，確定班產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)優(yōu)化空間與目標(biāo)，形成基于APS 技術(shù)的虛實(shí)交互班產(chǎn)計(jì)劃制定與實(shí)際運(yùn)行的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和相互映射，形成多約束條件及實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的班產(chǎn)計(jì)劃智能排產(chǎn)與動(dòng)態(tài)調(diào)度，提升生產(chǎn)線的快速響應(yīng)能力和靈活應(yīng)變能力，保障脈動(dòng)裝配的順暢運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的高效運(yùn)行和穩(wěn)定生產(chǎn)。

在總裝生產(chǎn)月度計(jì)劃、班產(chǎn)計(jì)劃制定和執(zhí)行過(guò)程中，計(jì)劃完成情況、存在問(wèn)題等信息通過(guò)動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)傳遞到企業(yè)生產(chǎn)管理部門和生產(chǎn)線管理者，進(jìn)行工作進(jìn)展、存在問(wèn)題的展示，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)管理者對(duì)總裝生產(chǎn)線的可視化了解和智能決策。

圖3 多層貫通與推拉結(jié)合的計(jì)劃管理模式框架圖Fig.3 Frame diagram of the plan management mode of multi-layer connection and push-pull combination

3 基于總裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物料精準(zhǔn)供應(yīng)保障

航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝涉及零部件多、物料供應(yīng)關(guān)系極其復(fù)雜。精準(zhǔn)的物料供應(yīng)保障才能實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)裝配。因此，物料計(jì)劃管理作為企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃和總裝線生產(chǎn)計(jì)劃的重要組成部分，其重要作用更為突顯?；贓RP 和總裝MES集成應(yīng)用，以及與條碼系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)智能立體倉(cāng)庫(kù)等系統(tǒng)集成[10]，構(gòu)建具有數(shù)字孿生和自動(dòng)化物流特點(diǎn)的一體化物料管理，強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部及裝配過(guò)程的物流管理、拉動(dòng)外部供應(yīng)商按時(shí)交付，形成企業(yè)內(nèi)部零部件制造、企業(yè)產(chǎn)品總庫(kù)、線邊庫(kù)存的透明化管理以及車間物流中轉(zhuǎn)的透明化管理、車間作業(yè)的自動(dòng)化配送，從而實(shí)現(xiàn)基于總裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物料精準(zhǔn)供應(yīng)保障（圖4）。

（1）基于現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的物料月計(jì)劃管理。

基于ERP 和總裝MES 集成應(yīng)用以及與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)智能立體倉(cāng)庫(kù)等系統(tǒng)集成，進(jìn)行基于工位與工序的顆粒度的智能化物流配送建設(shè)，同時(shí)緊密結(jié)合虛擬配裝的技術(shù)應(yīng)用，使物流配送體系的效率、計(jì)劃性、準(zhǔn)確性、精益性大幅提升，消除原有多次領(lǐng)料、多次往返、停工等料的情況。

（2）基于條碼技術(shù)動(dòng)態(tài)感知的物料管理。

綜合利用二維碼、RFID 等條碼技術(shù)，以條碼系統(tǒng)為平臺(tái)，與SRM、ERP、MES 等系統(tǒng)集成，構(gòu)建圍繞計(jì)劃和物流兩個(gè)維度，以物料為對(duì)象、條碼為媒介，從物料采購(gòu)、上游零組件入廠接收、裝配集件、裝配、檢驗(yàn)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物料動(dòng)態(tài)采集，為實(shí)現(xiàn)物料精準(zhǔn)管控、全生命周期管理、裝機(jī)產(chǎn)品信息的追溯提供基礎(chǔ)。

（3）配套管理。

基于MES 的生產(chǎn)準(zhǔn)備管理功能，配套工段根據(jù)班產(chǎn)計(jì)劃準(zhǔn)備物料，根據(jù)產(chǎn)品裝配BOM 生產(chǎn)領(lǐng)料清單，如需到企業(yè)產(chǎn)品總庫(kù)領(lǐng)用物料，將領(lǐng)料申請(qǐng)傳遞到ERP，產(chǎn)品總庫(kù)物料管理人員依據(jù)該申請(qǐng)進(jìn)行零件出庫(kù)，ERP 系統(tǒng)將物料批次號(hào)/序列號(hào)等信息傳遞到總裝MES；如需在裝配線邊庫(kù)領(lǐng)料，則將領(lǐng)料申請(qǐng)傳遞到智能立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，智能立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行配送，同時(shí)將物料批次號(hào)/序列號(hào)等信息傳遞到總裝MES。

物料月計(jì)劃完成情況、配套缺料信息通過(guò)動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反饋到企業(yè)生產(chǎn)管理部門，進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和處理，保障總裝生產(chǎn)按計(jì)劃開展。

4 基于物聯(lián)感知的總裝生產(chǎn)智能管控管理

以互聯(lián)、洞察、優(yōu)化為主要目的，建立涵蓋生產(chǎn)、質(zhì)量、技術(shù)、資源、問(wèn)題等緊密耦合動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)，通過(guò)信息系統(tǒng)的互聯(lián)、信息系統(tǒng)與自動(dòng)化的設(shè)備互聯(lián)，為各類角色提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)全方位實(shí)時(shí)展示[11]，實(shí)現(xiàn)自下向上的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確反饋、自上向下的過(guò)程監(jiān)控和問(wèn)題追溯（圖5）。

（1）基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)感知。

圖4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物料精準(zhǔn)供應(yīng)保障框架圖Fig.4 Frame diagram of precise material supply guarantee driven by real-time data

圖5 總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線智能管控系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.5 Intelligent control system architecture of final assembly pulsation production line

以生產(chǎn)過(guò)程可視化為出發(fā)點(diǎn)，以動(dòng)態(tài)感知的生產(chǎn)智能管控系統(tǒng)為平臺(tái)，通過(guò)與總裝MES 以及生產(chǎn)物聯(lián)集成系統(tǒng)的集成，實(shí)時(shí)獲取人、機(jī)、料、法、環(huán)狀態(tài)，能夠從產(chǎn)品、項(xiàng)目、組織、質(zhì)量、時(shí)間、空間等多個(gè)維度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行展示。

（2）生產(chǎn)管理的智能決策。

在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化管理的基礎(chǔ)上，建立計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理等主要業(yè)務(wù)智能預(yù)警、分析和決策模型，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程大數(shù)據(jù)的不斷分析，對(duì)存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)能夠及時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并為發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行決策提供依據(jù)。

5 高度自動(dòng)化與智能化脈動(dòng)總裝現(xiàn)場(chǎng)

基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將智能加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、智能工裝設(shè)備、智能倉(cāng)儲(chǔ)與ERP、PDM、MES、數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)等集成應(yīng)用，構(gòu)建高度自動(dòng)柔性脈動(dòng)總裝生產(chǎn)線（圖6）。

（1）物聯(lián)集成管理系統(tǒng)。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制SCADA（Supervisory control and data acquisition）系統(tǒng)、網(wǎng)閘、防火墻等建立物聯(lián)集成管理系統(tǒng)，將生產(chǎn)線上的各類數(shù)控設(shè)備、工具工裝以及數(shù)字化檢測(cè)工具進(jìn)行集成，形成PDM、ERP、MES 等信息系統(tǒng)與生產(chǎn)線物理系統(tǒng)的互聯(lián)互通，支撐各類信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下行以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)能耗及故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

（2）裝配工業(yè)機(jī)器人。

通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，將搬運(yùn)機(jī)器人、水平對(duì)接裝配機(jī)器人和高精度質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人、焊接機(jī)器人等工作端與應(yīng)用系統(tǒng)集成。搬運(yùn)機(jī)器人用于物料在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)以及裝配工裝上的下料或裝配準(zhǔn)備，水平對(duì)接裝配機(jī)器人用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)主體自動(dòng)化調(diào)姿及姿態(tài)升降以及單元體自動(dòng)化水平對(duì)接，高精度質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人用于裝配質(zhì)量光學(xué)檢測(cè)等，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配效率和質(zhì)量。

（3）智能倉(cāng)儲(chǔ)與物流系統(tǒng)。

基于AGV/RGV 系統(tǒng)、碼垛機(jī)、物流機(jī)器人以及立體倉(cāng)庫(kù)等建立智能倉(cāng)儲(chǔ)與物流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)優(yōu)化調(diào)度、物料出入庫(kù)管理、庫(kù)存管理等，達(dá)到物流系統(tǒng)在智能工廠內(nèi)部的安全、高效、精確運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）數(shù)字化檢測(cè)。

通過(guò)數(shù)字化檢測(cè)規(guī)劃、檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)釆集、數(shù)字化在線檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)估，基于數(shù)字化檢測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的上下游傳遞及共享、分析、應(yīng)用，推動(dòng)傳統(tǒng)檢測(cè)由定性評(píng)價(jià)向定量分析的變革。

結(jié)論

圖6 高度自動(dòng)化脈動(dòng)裝配線示意圖Fig.6 Schematic diagram of highly automated pulsation assembly line

當(dāng)前，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)雖然具有一定的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)，但尚處于工業(yè)化的中后期，要實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到智能制造模式，需要技術(shù)升級(jí)換代、管理創(chuàng)新發(fā)展，是一個(gè)持續(xù)迭代的過(guò)程。需要抓住國(guó)家實(shí)施智能制造戰(zhàn)略機(jī)遇，從技術(shù)特點(diǎn)、物料供應(yīng)短板、管理問(wèn)題等方面進(jìn)行深度剖析，開展具有較強(qiáng)前瞻性、系統(tǒng)性、指導(dǎo)性的智能制造建設(shè)規(guī)劃方案，持之以恒開展建設(shè)，不斷挖掘數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，從而不斷邁向智能制造。智能制造沒(méi)有終點(diǎn)，永遠(yuǎn)在路上。