◎北京衛(wèi)星制造廠有限公司 徐磊 劉金山

面對(duì)航天產(chǎn)品研制任務(wù)功能多樣化、技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求高、多型號(hào)并行、研制周期短等要求對(duì)生產(chǎn)能力提出的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，北京衛(wèi)星制造廠有限公司以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，以數(shù)字化技術(shù)為主要推動(dòng)力，重點(diǎn)開(kāi)展了以AVIDM4.0、TC 、ERP、MES、電子數(shù)據(jù)包為核心、以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)、物料激光打標(biāo)系統(tǒng)、智能裝備系統(tǒng)等為支撐的航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造的探索與實(shí)踐工作，顯著提升了航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造全過(guò)程的數(shù)字化管控水平和先進(jìn)制造能力。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)制造業(yè)在國(guó)家信息化與工業(yè)化融合的戰(zhàn)略指引下，已將如何利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方式組織生產(chǎn)列為了制造強(qiáng)國(guó)發(fā)展的主線。智能車(chē)間、智能工廠也成為了完成智能制造的重要載體。從發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)到新興工業(yè)化國(guó)家，傳統(tǒng)制造業(yè)向先進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流。在世界制造業(yè)領(lǐng)域，全球化、高技術(shù)化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、敏捷化、集成化等各種生產(chǎn)模式的創(chuàng)新層出不窮，呈現(xiàn)出繽紛多彩的變化。

未來(lái)，航天型號(hào)任務(wù)需求仍然較為強(qiáng)烈，一批國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)工程已經(jīng)立項(xiàng)并開(kāi)展實(shí)施，還有一批正在論證并有望近期立項(xiàng)，航天產(chǎn)品研制將呈現(xiàn)任務(wù)功能多樣化、技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求高、多型號(hào)并行、研制周期短等特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外，航天器用戶(hù)對(duì)質(zhì)量、性能指標(biāo)和快速響應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，要求成本越來(lái)越低，也要求企業(yè)不斷提升能力。

根據(jù)集團(tuán)“三高”要求、五院宇航智造工程和質(zhì)量提升工程等要求，面對(duì)型號(hào)嚴(yán)峻的質(zhì)量形勢(shì)，北京衛(wèi)星制造廠有限公司以數(shù)字化技術(shù)為主要推動(dòng)力，針對(duì)航天產(chǎn)品研制全流程質(zhì)量管理的需求，從頂層著手，以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，系統(tǒng)規(guī)劃并整體推進(jìn)智能制造建設(shè)工作，應(yīng)用先進(jìn)的模式、方法、工具、手段優(yōu)化研制模式，重點(diǎn)開(kāi)展了以AVIDM4.0、TC、ERP、MES、電子數(shù)據(jù)包為核心、以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)、物料激光打標(biāo)系統(tǒng)、智能裝備系統(tǒng)等為支撐的航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造的探索與實(shí)踐工作，推動(dòng)公司航天產(chǎn)品先進(jìn)制造能力逐步提升。

一、航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造總體思路

面向航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量提升、效率提升、效益提升的需求，開(kāi)展新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)的建設(shè)和完善工作，以“航天器結(jié)構(gòu)制造全過(guò)程全要素可控可管”為核心，以“全面精細(xì)化管控”為宗旨，以“產(chǎn)品干不錯(cuò)、系統(tǒng)用不錯(cuò)、質(zhì)量能追溯、效率有提升”為目標(biāo)，利用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)化工藝的制造過(guò)程數(shù)字化管控、基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的研制過(guò)程數(shù)據(jù)100%在線記錄與追溯、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)全集實(shí)時(shí)采集、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)包一鍵收集等，從而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化制造十化”，即數(shù)據(jù)同源化、信息結(jié)構(gòu)化、審查工具化、全程無(wú)紙化、管控精細(xì)化、分析智能化、裝備智能化、物流自動(dòng)化、生產(chǎn)精益化、知識(shí)服務(wù)化，最終支撐航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造全過(guò)程數(shù)字化管控能力的全面提升。

●數(shù)據(jù)同源化：以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)（BOM）為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源

●信息結(jié)構(gòu)化：生產(chǎn)全過(guò)程信息結(jié)構(gòu)化采集和記錄

●審查工具化：以各類(lèi)工具支撐工藝內(nèi)容的審查

●全程無(wú)紙化：制造全過(guò)程100%無(wú)紙化記錄

●管控精細(xì)化：基于系統(tǒng)進(jìn)行制造過(guò)程精細(xì)化管控

●分析智能化：對(duì)制造全過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析

●裝備智能化：制造裝備智能化執(zhí)行與管控

●物流自動(dòng)化：制造過(guò)程準(zhǔn)時(shí)化自動(dòng)化物流配送

●生產(chǎn)精益化：面向制造全過(guò)程的生產(chǎn)精益化

●知識(shí)服務(wù)化：工藝知識(shí)自動(dòng)推送服務(wù)于工藝設(shè)計(jì)

圖1 航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造總體目標(biāo)

圖2 航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造總體架構(gòu)

二、航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造主要建設(shè)內(nèi)容

以實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品研制全流程管控?cái)?shù)字化為目標(biāo)，提出了“一體化、平臺(tái)化、三維化、數(shù)字化、智能化”的總體思路，重點(diǎn)圍繞“十化”目標(biāo)，建設(shè)和完善新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)和智能裝備，以AVIDM4.0、TC、ERP、MES、電子數(shù)據(jù)包等新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)為核心，以數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)等為支撐，以智能裝備為實(shí)現(xiàn)手段，基于各系統(tǒng)全面集成實(shí)現(xiàn)科研生產(chǎn)信息全面貫通，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化、精準(zhǔn)化、高效化控制。

（1）建設(shè)新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)，打通設(shè)計(jì)、工藝、加工、檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)包交付等產(chǎn)品研制全流程的信息流貫通，將過(guò)程管控相關(guān)制度固化到信息系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)基于信息系統(tǒng)的制造過(guò)程管控，提升設(shè)計(jì)制造協(xié)同、工藝設(shè)計(jì)、制造執(zhí)行等方面的管控能力。

（2）建設(shè)智能物流系統(tǒng)和智能裝備軟硬件系統(tǒng)，以裝備信息采集和集成控制為目標(biāo)，打通信息流和實(shí)物流，提升物料準(zhǔn)備、制造加工、檢驗(yàn)測(cè)試等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的智能化水平，從而提升質(zhì)量一次檢驗(yàn)合格率，為質(zhì)量追溯和質(zhì)量分析提供支撐，最終提高質(zhì)量保證能力。

（3） 以AVIDM4.0、TC 、ERP、MES、電子數(shù)據(jù)包等新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)為核心，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)等為輔助，以智能物流系統(tǒng)、智能裝備軟硬件系統(tǒng)為支撐，建設(shè)智能生產(chǎn)線，全面提升航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造過(guò)程智能化水平，全面提升制造過(guò)程管控能力。

三、航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造應(yīng)用實(shí)踐

（一）基于三維模型的制造全過(guò)程高效協(xié)同

作為“五院全三維設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用”數(shù)字化制造牽頭單位，抓住三維模型在工藝環(huán)節(jié)應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題，堅(jiān)持“下得去、接得住、提得出、交得回”的原則，以“產(chǎn)品研制過(guò)程統(tǒng)一數(shù)據(jù)源與信息閉環(huán)”為核心，以“虛擬世界與物理世界的融合與統(tǒng)一”為目標(biāo)，構(gòu)建了三維數(shù)字化制造模式，并重點(diǎn)從“六類(lèi)典型產(chǎn)品、五條主線，兩個(gè)體系”推進(jìn)建設(shè)，即通過(guò)六類(lèi)典型產(chǎn)品（即金屬結(jié)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)板、管路、電纜網(wǎng)、復(fù)材結(jié)構(gòu)件、部件裝配）實(shí)施途徑與推廣，打通產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、裝配、檢驗(yàn)、交付的全過(guò)程信息流，加速信息傳遞和閉環(huán)追溯；同時(shí)健全兩個(gè)體系（制度保障體系和資源保障體系），提升產(chǎn)品制造數(shù)字化、自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)模式創(chuàng)新變革與推廣，支撐型號(hào)產(chǎn)品的“好、快、省”研制。

結(jié)合航天產(chǎn)品特性，深入開(kāi)展了多項(xiàng)突破性的三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與研制技術(shù)攻關(guān)。重構(gòu)后的三維數(shù)字化研制過(guò)程由三維設(shè)計(jì)、三維發(fā)放與接收、三維工藝設(shè)計(jì)、三維虛擬仿真驗(yàn)證、三維生產(chǎn)加工檢驗(yàn)、三維裝配集成、三維試驗(yàn)檢測(cè)、產(chǎn)品交付、后續(xù)服務(wù)、歸檔等關(guān)鍵環(huán)節(jié)構(gòu)成。

面向各類(lèi)典型產(chǎn)品（金屬結(jié)構(gòu)件、管路、結(jié)構(gòu)板、電纜網(wǎng)等）分別構(gòu)建與優(yōu)化了三維數(shù)字化制造技術(shù)途徑，并結(jié)合空間站后端框、貨運(yùn)飛船壁板、管路及衛(wèi)星導(dǎo)管、結(jié)構(gòu)板、電纜網(wǎng)等航天產(chǎn)品開(kāi)展了廣泛的應(yīng)用驗(yàn)證，形成了具有專(zhuān)業(yè)化的流程、工具、配套裝備。

（二）基于信息系統(tǒng)的科研生產(chǎn)全過(guò)程精細(xì)化管控

1、基于AVIDM4.0 和TC 系統(tǒng) 的技術(shù)狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)源統(tǒng)一

為加強(qiáng)設(shè)計(jì)輸入技術(shù)狀態(tài)控制能力，提升設(shè)計(jì)制造協(xié)同質(zhì)量，杜絕因技術(shù)狀態(tài)控制不及時(shí)不到位引起的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)，統(tǒng)一產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)三維模型的技術(shù)狀態(tài)控制、以及基于三維模型的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)信息的上下游貫通，確保產(chǎn)品研制全過(guò)程數(shù)據(jù)可以有效關(guān)聯(lián)，提升質(zhì)量追溯能力。開(kāi)展了AVIDM4.0 和TC系統(tǒng)的升級(jí)建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)了三維模型信息傳遞和閉環(huán)以及技術(shù)狀態(tài)的閉環(huán)控制，工藝內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、細(xì)化、量化，形成了生產(chǎn)過(guò)程規(guī)范的數(shù)據(jù)源，以及工藝知識(shí)的主動(dòng)推動(dòng)，提升了工藝設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

2、基于ERP 系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和物料管控追溯

為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃、物料計(jì)劃的聯(lián)動(dòng)控制和閉環(huán)管理、以及物料信息的全生命周期管理，為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際使用的物料信息。開(kāi)展了ERP 系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目計(jì)劃、產(chǎn)品計(jì)劃、零件級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、物料計(jì)劃的聯(lián)動(dòng)控制及閉環(huán)管理，提高了生產(chǎn)過(guò)程的可控性，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品物料的全生命周期質(zhì)量追溯，為電子數(shù)據(jù)包系統(tǒng)提供產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際使用的物料信息。

3、基于MES 系統(tǒng)的制造過(guò)程質(zhì)量記錄和管控

為實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)品研制全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)數(shù)字化在線記錄、支持生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)三維模型及工藝的在線查看和簽署，實(shí)現(xiàn)基于工藝的制造過(guò)程自動(dòng)化管控，提升制造過(guò)程管控精細(xì)化程度，進(jìn)一步提升質(zhì)量管控能力，開(kāi)展了MES 系統(tǒng)建設(shè)，打造了適應(yīng)航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品研制所有專(zhuān)業(yè)的統(tǒng)一MES 平臺(tái)，支撐三維下廠，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全過(guò)程數(shù)字化在線記錄，全面提升了制造執(zhí)行過(guò)程質(zhì)量管控能力、精細(xì)化管控程度以及智能化程度。

4、基于電子數(shù)據(jù)包系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包一鍵收集和分析

為實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包從策劃到交付的全過(guò)程管理，“一鍵式”快速生成產(chǎn)品交付電子數(shù)據(jù)包以及各項(xiàng)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄，并實(shí)現(xiàn)過(guò)程記錄的快速查詢(xún)和分析利用，提升產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)收集效率，為質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐，開(kāi)展了電子數(shù)據(jù)包系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包從策劃到交付的全過(guò)程管理、“一鍵式”快速生成、快速查詢(xún)和分析利用，提升了企業(yè)質(zhì)量管理能力和管理效率。

（三）基于智能軟硬件裝備的高效高質(zhì)量制造

1、基于實(shí)物條碼和激光打標(biāo)的實(shí)物信息自動(dòng)采集

建設(shè)了物料激光打標(biāo)系統(tǒng)，采用條碼、激光打標(biāo)等數(shù)字化技術(shù)，標(biāo)識(shí)產(chǎn)品實(shí)物，自動(dòng)識(shí)別實(shí)物身份、跟蹤與追溯流轉(zhuǎn)路線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物的精細(xì)化管理，為MES 系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)實(shí)物的位置數(shù)據(jù)，支撐以實(shí)物變遷、事件驅(qū)動(dòng)為主的高效研制流程。

2、基于智能物流系統(tǒng)的準(zhǔn)時(shí)化物料配送

針對(duì)航天型號(hào)研制和小批產(chǎn)快速響應(yīng)的需求，以物資業(yè)務(wù)管控為核心，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、物料及信息管控的聯(lián)通聯(lián)動(dòng)，打通了從物資采購(gòu)、計(jì)劃、備料、領(lǐng)料、出庫(kù)、物料精準(zhǔn)配送、反饋、齊套的整個(gè)縱向物資鏈路，采用了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、AGV 等自動(dòng)化物流裝備，實(shí)現(xiàn)了物流管理自動(dòng)化、智能化，提升了產(chǎn)品齊套保障能力。

3、基于數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集

針對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)人工填寫(xiě)、紙質(zhì)記錄導(dǎo)致的易出錯(cuò)、效率低等問(wèn)題，建設(shè)了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、完整采集，為產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)包生成提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

4、基于數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)

全面采用了基于模型的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)，建設(shè)了各類(lèi)數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)，覆蓋所有新研型號(hào)產(chǎn)品，檢測(cè)過(guò)程以三維模型為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析及質(zhì)量評(píng)價(jià)，并形成了完整的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，有效提升了質(zhì)量檢測(cè)效率。

5、基于可移動(dòng)機(jī)器人的原位智能制造

針對(duì)空間站大型艙體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程存在的主要瓶頸問(wèn)題，研制了以全向移動(dòng)機(jī)器人智能加工和檢測(cè)為核心的空間站大型艙體原位智能制造裝備，建立了實(shí)時(shí)檢測(cè)、自主決策、在線加工、主動(dòng)配送、信息融合有機(jī)結(jié)合的智能制造體系，提升了空間站大型艙體組合加工生產(chǎn)效率、加工精度和制造柔性，形成了典型航天產(chǎn)品智能制造示范。

圖3 航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化制造實(shí)踐

四、應(yīng)用效果與未來(lái)展望

2019 年6 月， 以AVIDM4.0、TC、ERP、MES、電子數(shù)據(jù)包等為核心的新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)正式上線運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了125 個(gè)型號(hào)、30000 多項(xiàng)計(jì)劃的投產(chǎn)應(yīng)用，標(biāo)志著北京衛(wèi)星制造廠有限公司航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)字化研制新體系基本建成，覆蓋了公司全部專(zhuān)業(yè)、全部新投產(chǎn)型號(hào)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)貫通和數(shù)字管控，細(xì)化了21 類(lèi)工藝要素90 余個(gè)實(shí)測(cè)記錄要素，全面取消了工藝文件和實(shí)測(cè)記錄表的紙質(zhì)流轉(zhuǎn)，杜絕了不按照工藝路線執(zhí)行的問(wèn)題，杜絕了過(guò)程記錄漏填、補(bǔ)填、丟失等問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程反饋效率提升了200%，過(guò)程數(shù)據(jù)采集和記錄效率提升了100%，物料管控和追溯效率提升了60%，產(chǎn)品質(zhì)量追溯效率提升了100%，數(shù)據(jù)包收集組包時(shí)間縮短了90%，顯著提升了面向航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造全過(guò)程的數(shù)字化管控水平。

后續(xù)，北京衛(wèi)星制造廠有限公司將緊密?chē)@集團(tuán)“三高”要求、五院“宇航智造工程”、“質(zhì)量提升工程”，以及航天器結(jié)構(gòu)制造全過(guò)程數(shù)字化管控需求，完善新一代科研生產(chǎn)信息系統(tǒng)功能，深化型號(hào)應(yīng)用，強(qiáng)化數(shù)據(jù)利用，支撐企業(yè)戰(zhàn)略決策，實(shí)現(xiàn)航天器研制模式和業(yè)務(wù)流程的不斷優(yōu)化，不斷提升質(zhì)量管控能力。

（1）強(qiáng)化產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與仿真，進(jìn)行預(yù)防性質(zhì)量管理；

（2）開(kāi)展TDM 平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)，提升試驗(yàn)、檢測(cè)數(shù)據(jù)采集和管理水平；

（3）開(kāi)展自動(dòng)化裝備及生產(chǎn)線建設(shè)，減少人工環(huán)節(jié)，提升產(chǎn)品質(zhì)量一致性；

（4）開(kāi)展企業(yè)數(shù)據(jù)治理，建設(shè)航天器數(shù)據(jù)中心，提升生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化能力。