厲沙沙 丁寧 陳明偉 高康軍

（1.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2.空裝駐北京地區(qū)第六軍事代表室，北京 100095）

0.前言

隨著工業(yè)4.0及中國制造2025成為熱門話題[1]，并上升到了國家戰(zhàn)略高度，航天航空用戶信息化“十三五”“十四五”規(guī)劃中也將“夯實產品生產平臺基礎，開展智能制造示范應用”作為重點方向和任務之一。零件、部件及總裝生產制造過程已經開始進行數字化建設，這就要求其供應商具備同樣的能力以配合上游廠完成其產品整個生命周期數字化管理。因此軍用產品生產的數字化建設意義重大，首先，產品制造過程的數字化、信息化與可視化的要求、方法和工具相結合，將極大地縮短對制造過程問題的響應時間，保障產品有序高效的交付。其次，產品的信息化也利于后續(xù)搭建多型號、多廠所、跨地域的數字化協同研制與應用環(huán)境，以實現與上游廠所間的項目管理協同、技術狀態(tài)協同、工程數據協同、制造數據協同、協作溝通協同和供應廠商協同。

文章以鋁合金產品生產線為實踐載體，以提高產線生產保障能力為目標，聚焦產品質量、成本、效率等突出問題，探討如何提升生產過程數字化、自動化和智能化應用水平，開展生產線數字化管理探索，為產品制造平臺的信息化建設提供實踐依據。

1.生產現場數字化的主要途徑

本文以精益生產[2]為重要指導思想，運用5S管理、TPM、可視化看板等精益管理方法結合DNC（Distributed Numeric Control ）、MDC（Manufacturing Data Collection & Status Management 制造數據收集與狀態(tài)管理）等數字化、信息化技術手段，參照GB/T 37393-2019(數字化車間通用技術要求)的數字化車間模型），開展生產過程數據實時采集與分析、產品質量狀態(tài)實時分析與監(jiān)控、生產作業(yè)計劃實時調度與優(yōu)化、生產現場作業(yè)流程驅動管理等技術研究與探索。

1.1 基礎條件建設

（1）通過加裝數字化模塊使“啞”設備“智巧”化（見圖1）。通過傳統控溫儀表升級PLC[3]系統可加強加工過程的安全性及工業(yè)情況控制；通過TCPIP接口，預留接口，實現遠程數據傳輸，使設備具備無紙化自動記錄數據的能力；采用PWM方式控制調功器，降低電氣故障造成的設備事故，提升了設備的有效使用率；通過PLC自帶PID溫度整定模塊，實現溫度的更精準平穩(wěn)控制。

圖1 智巧化工作內容

（2）通過二維碼的應用加強生產過程追溯。物料、成品及在制品、人員、工裝模具等生產資源全部進行編碼（見圖2），并通過條形碼和二維碼技術實現半自動讀取。通過二維碼，實現產品的網絡接入，達到生產全過程追溯的目的。同時，自動化信息化建設加速了產線的精益化建設，在降本增效、減少在制品庫存及縮短周期方面可獲得較大成效。

圖2 利用二維碼建立資源臺帳

（3）建立重點工序設備（熱處理爐）的數據采集及監(jiān)控數字化算法模型。對設備屬性進行結構化建模和職能化分工，將設備與有權限的操作人員以及可以執(zhí)行的工藝流程進行綁定；為實現產品對設備可追溯，需要將設備唯一編碼與工藝流程進行關聯，設備編號與各爐次號建立一對多關聯，爐次號與爐內產品進行一對多關聯；在制定生產計劃時為實現智能排產功能，需建立設備履歷，標注生命周期，采集詳細的使用及維護保養(yǎng)數據，記錄設備生產、空轉、停止時間等數據，并進行數據挖掘，按需產出多維度報表，對設備情況進行智能評估，按產品維度產出設備維度的排產計劃；為實現當前生產過程中對設備的實時監(jiān)控，創(chuàng)建設備分布圖，實時采集并展示所有設備當前狀態(tài)。

1.2 車間計劃及調度

（1）利用數字化管理進行詳細排產，加快排產效率。由于軍工行業(yè)的需求特點，下游研制生產單位多為多品種小批量的生產模式。在這種生產模式下，傳統紙質生產計劃方式對原有的物料庫存、產品庫存及設備的完好性等信息獲取延遲導致排產計劃反復作出調整。

數字化生產系統中的設備管理（顯示實時的設備狀態(tài)維修、保養(yǎng)、已被其他計劃預約等）、物料管理（提供原材料的剩余數量、狀態(tài)等）、產品結構特性管理、生產過程管理、成品庫存管理等模塊，可針對現場的人、機、料、法、環(huán)等數據進行統計監(jiān)控。通過以上模塊的數據關聯，對信息進行聚合串聯，以合同為觸發(fā)條件建立相關產品的整體生產計劃。

（2）數字化與可視化相結合，實時獲取生產過程信息，提升快速反應能力。生產現場狀態(tài)可視化：結合可視化管理，對生產現場指標狀態(tài)實時監(jiān)控，針對現場生產單元自動匯總的設備運轉數據、現場存在的各種異常因素、產品質量數據、任務完成情況、生產計劃執(zhí)行以及人員狀態(tài)，實時顯示現場生產的整體進度風險，以日歷形式實時顯示每日問題、設備狀態(tài)、計劃完成進度等，以折線圖的形式統計每月內變化趨勢，形成直觀顯示生產數據，達到數據實時共享，時時提醒相關人員對異常情況進行處理并跟蹤處理進度。

物料及產品狀態(tài)可視化：現場物料庫存、產品庫存一目了然，實時查看物料出入庫記錄以及產品庫存記錄，以建立列表的形式轉換成數字化數據關聯至目視管理看板，以速率表形式展示，優(yōu)化庫存管理，根據物料的基本信息和采購周期及時合理提報物料需求計劃，為計劃排產及計劃進度風險提示提供依據。

1.3 工藝執(zhí)行與質量控制

（1）提高工藝文件的可獲得性和指導性。在信息化系統中設置工藝的快捷查詢，工段可通過關鍵詞快速查詢要執(zhí)行的工藝或操作者標準作業(yè)指導書的歷史版本及最新版本。減少工藝執(zhí)行錯誤、工藝混淆的狀況；信息化系統中的標準作業(yè)指導書以圖文和動畫“靜動”結合的方式呈現給操作者，對不易描述的關鍵動作采用視頻的直觀形式展現，提升文件的實際指導價值。

（2）提高產品生產過程可追溯性及追溯的效率。成功的實驗與生產需要積累大量工藝方法、操作過程、檢測結果等大量數據做奠基，而人工記錄需要耗費人力、時間以及大量紙質記錄等問題，并且在搜尋目標歷史數據也費時費力。采用信息化系統可自動采集實驗過程的數據，形成Excel列表式的明細，在搜尋目標數據時可在搜索框中輸入關鍵詞直接查詢，提高了數據追溯的效率，同時杜絕了記錄丟失、信息不全等現象的發(fā)生。

（3）現場求助快速響應。為應對生產現場出現安全、工藝、質量、人員等問題，系統中專門建立了一項生產求助專欄。當操作人員發(fā)現問題時可第一時間填寫此項，該項中有問題分類、問題描述、責任部門、重要程度、緊急程度信息，對應部門收到信息后可立即做出回應。

2.結語

（1）生產現場信息化應從簡單改造做起，夯實基礎，做到低投入高收益。在生產現場數字化管理實踐過程中，需升級改造的設備眾多，如何能做到易入手、好操控、低投入、高收益？答案是從簡單的設備做起，夯實基礎。鋁合金數字化改造時從改造配電柜做起，共改造升級了某臺配電柜，在通過加裝數字化模塊使“啞”設備“智巧”化，實現了生產信息的自動提取和存儲。

（2）生產現場信息化應從關鍵工序做起，嚴格控制產品質量。在數字化設備改造過程中，應重點著眼于影響產品質量的關鍵工序。鍛造、鑄造和熱處理是影響鋁合金產品質量的三大主工序，本次數字化設備的改造升級以上三工序已覆蓋80%。這樣既實現生產現場的數字化管理，也能從質量控制和提升方面也得到卓越效果。

（3）鋁合金生產現場數字化探索具有一定的實踐借鑒意義。鋁合金產品制造平臺的信息化建設中建立的金屬熱加工車間生產現場數字化管理模型、三種類型加熱設備的數據采集及監(jiān)控數字化算法模型、金屬熱加工工藝參數數字化模型、淬火熱處理 “智能”單元可為其他生產現場的數字化管理提供借鑒。