曹永樂(lè)、桑慶宏、黃汕、姚謙、李思佳 /北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所

北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所主要從事箭上控制技術(shù)、執(zhí)行技術(shù)和高性能運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的研究及其試驗(yàn)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)的研究，燃?xì)庖簤核欧聵I(yè)部是研究所專業(yè)承擔(dān)各類伺服產(chǎn)品總成裝調(diào)一體化的生產(chǎn)部門(mén)。伺服產(chǎn)品生產(chǎn)為典型的多品種、小批量、離散生產(chǎn)模式，每種系列產(chǎn)品的制造批量大小不一，且隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，交付數(shù)量在逐年大幅度提升。原有生產(chǎn)模式是依據(jù)生產(chǎn)通知單和調(diào)度協(xié)調(diào)會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)，生產(chǎn)過(guò)程為每一項(xiàng)工作獨(dú)立進(jìn)行，相關(guān)工作狀態(tài)全部依靠人工傳遞；生產(chǎn)使用文件如質(zhì)量跟蹤卡、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)圖紙、工藝文件等指導(dǎo)性文件與實(shí)際操作及測(cè)試儀等相互隔離，無(wú)法互聯(lián)互通；原有模式如測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果、手動(dòng)導(dǎo)通絕緣、手動(dòng)控制能源、手動(dòng)配套錄入等相關(guān)操作，給操作人員帶來(lái)大量的繁冗工作；原有生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)試軟件、信號(hào)流程、數(shù)據(jù)流程等相關(guān)測(cè)試軟件不同型號(hào)之間無(wú)法兼容，導(dǎo)致存在多款測(cè)試軟件，測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果只能在固定的測(cè)試儀上使用，每一個(gè)測(cè)試儀均有固定的上下位機(jī)。

隨著任務(wù)量的增加，暴露出多項(xiàng)弊端，主要包括：生產(chǎn)齊套時(shí)間傳遞速度慢；開(kāi)工準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)；問(wèn)題處理周期長(zhǎng)；產(chǎn)品生產(chǎn)狀態(tài)與進(jìn)度把控不嚴(yán)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)整理周期長(zhǎng)；設(shè)備的自動(dòng)化程度低；生產(chǎn)過(guò)程信息化集成度低。這些問(wèn)題導(dǎo)致原有生產(chǎn)模式不能適應(yīng)大批量交付的需求。

一、內(nèi)涵和主要做法

1.內(nèi)涵

建設(shè)伺服裝調(diào)智能生產(chǎn)線，使其解決未來(lái)5 ～10 年批生產(chǎn)任務(wù)需求和達(dá)到“十四五”發(fā)展規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化和精益化建設(shè)目標(biāo)。

信息化。生產(chǎn)計(jì)劃制定下達(dá)、所有生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試數(shù)據(jù)等聯(lián)網(wǎng)，避免信息孤島，包括生產(chǎn)、質(zhì)量、倉(cāng)儲(chǔ)、流轉(zhuǎn)等資源的計(jì)劃調(diào)度，確保生產(chǎn)資源的自動(dòng)優(yōu)化與高效利用，實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)與精益化生產(chǎn)，減少人員操作、不必要的腦力勞動(dòng)。

自動(dòng)化。能夠自動(dòng)調(diào)用設(shè)備，實(shí)時(shí)閉環(huán)控制生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)時(shí)反饋，自動(dòng)判讀測(cè)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成產(chǎn)品數(shù)據(jù)及包絡(luò)，自動(dòng)生成產(chǎn)品交付文件，自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)并填寫(xiě)裝調(diào)數(shù)據(jù)、質(zhì)量跟蹤冊(cè)文件等相關(guān)功能，減少操作人員的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

精益化。既是智能制造的基礎(chǔ)，同時(shí)也是建設(shè)目標(biāo)，時(shí)刻關(guān)注局部變化和全局變化，并進(jìn)行適度的生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整。幫助降低成本、提升品質(zhì)、縮短交期，這與事業(yè)部生產(chǎn)目標(biāo)一致，指引自動(dòng)化、信息化不斷提高。

通過(guò)三者之間的有效結(jié)合，協(xié)同工作，達(dá)到良性循環(huán)，帶動(dòng)生產(chǎn)線的全面進(jìn)步。該生產(chǎn)線為基于裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，是從任務(wù)下發(fā)一直到驅(qū)動(dòng)設(shè)備層應(yīng)用的智能化生產(chǎn)線。平臺(tái)中人員管理、設(shè)備控制與管理、WES系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)、測(cè)控集控平臺(tái)與底層的測(cè)試儀、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用與接口等多個(gè)模塊互相連通，互相調(diào)用。通過(guò)信息共享、問(wèn)題顯示等關(guān)鍵信息，達(dá)到信息化、自動(dòng)化、精益化的智能生產(chǎn)線建設(shè)要求。

該生產(chǎn)線為基于MES 系統(tǒng)、裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)、WMS 系統(tǒng)、測(cè)控集控平臺(tái)、底層的測(cè)試儀、能源集控系統(tǒng)、電源集控系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)通絕緣測(cè)試儀等多種層級(jí)設(shè)備及軟件互聯(lián)、互通的信息化、自動(dòng)化，該系統(tǒng)分為4 個(gè)層級(jí)，MES 系統(tǒng)是下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)的最高級(jí)，裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)為所有信息收集的層級(jí)，測(cè)控系統(tǒng)集控為中間層，其余為產(chǎn)品生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)的最底層，生產(chǎn)線基本原理結(jié)構(gòu)如圖1 所示，生產(chǎn)線特點(diǎn)如圖2 所示。

圖1 生產(chǎn)線基本原理結(jié)構(gòu)圖

圖2 生產(chǎn)線特點(diǎn)

2.主要?jiǎng)?chuàng)新

一是全流程信息化管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程精細(xì)化在線監(jiān)控確認(rèn)。通過(guò)裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)、MES 系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)三者有機(jī)結(jié)合及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中物料狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備運(yùn)行情況、人員配置情況等全流程中的信息在線監(jiān)聽(tīng)。

二是多系統(tǒng)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)與測(cè)控系統(tǒng)集控平臺(tái)、能源集控系統(tǒng)、電源集控系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)通絕緣測(cè)試儀之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，關(guān)鍵信息控制閉環(huán)，指令應(yīng)答反饋等功能完善。測(cè)控系統(tǒng)集控平臺(tái)與測(cè)試儀之間實(shí)時(shí)通訊，測(cè)控系統(tǒng)集控平臺(tái)發(fā)送指令，測(cè)試儀接收并發(fā)送，將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)上傳。

三是高效MES+裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)管理生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)效率提升。MES 系統(tǒng)接收生產(chǎn)通知單，將相關(guān)要求下發(fā)至裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，平臺(tái)將要求下發(fā)至指定設(shè)備，各設(shè)備將結(jié)果反饋至管控平臺(tái)，并實(shí)時(shí)與MES系統(tǒng)共享信息，避免了生產(chǎn)中多個(gè)環(huán)節(jié)反饋不及時(shí)，有效提高生產(chǎn)效率。

四是自動(dòng)化集成測(cè)試、處理、判讀，精益化生產(chǎn)提高。生產(chǎn)線所有測(cè)試儀使用的測(cè)試流程編制格式、數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行統(tǒng)一，避免了不同測(cè)試儀之間產(chǎn)生的測(cè)量誤差。所有數(shù)據(jù)結(jié)果均可以自動(dòng)判讀，并將不合格項(xiàng)用紅色標(biāo)注。部分?jǐn)?shù)據(jù)為曲線，通過(guò)裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)專用的處理方法單獨(dú)處理，自動(dòng)顯示處理結(jié)果，解決了由于人員判讀導(dǎo)致的視讀誤差，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的精益化。

五是產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)自動(dòng)輸出應(yīng)用。由于產(chǎn)品配套、測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)量結(jié)果等關(guān)鍵信息需要在多個(gè)文件中共享，通過(guò)配置固定模板文件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)完全實(shí)時(shí)共享，如產(chǎn)品配套表自動(dòng)從WMS 系統(tǒng)中導(dǎo)入產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤冊(cè)、裝箱單、交接表、工藝報(bào)告、證明文件、設(shè)計(jì)報(bào)告等中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全實(shí)時(shí)共享。

3.具體做法

（1）伺服裝調(diào)生產(chǎn)線生產(chǎn)流程

智能生產(chǎn)線產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程如圖3 所示。

圖3 智能生產(chǎn)線生產(chǎn)流程圖

在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)過(guò)程中的各種信息自動(dòng)流轉(zhuǎn)，環(huán)環(huán)相扣，且裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠準(zhǔn)確及時(shí)地獲取生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)信息，信息準(zhǔn)確可靠，避免了信息孤島和人員傳遞導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。

（2）MES 系統(tǒng)

MES 系統(tǒng)的作用是將上級(jí)下達(dá)的任務(wù)發(fā)送至裝調(diào)一體化管控平臺(tái)、調(diào)取WMS 系統(tǒng)的物流信息進(jìn)行判斷、發(fā)送導(dǎo)通絕緣指令至導(dǎo)通絕緣測(cè)試、發(fā)送測(cè)試信息至測(cè)試儀等功能，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的信息互通，產(chǎn)品狀態(tài)信息實(shí)時(shí)交互，有效提高生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)速度和反饋速度，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程精益化控制。

MES 系統(tǒng)是一套生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，包括任務(wù)看板、下達(dá)任務(wù)、查看任務(wù)、查看產(chǎn)品、處理延期任務(wù)、班組任務(wù)計(jì)劃等功能模塊，通過(guò)這些模塊精準(zhǔn)控制生產(chǎn)中遇到的涉及MES 系統(tǒng)和產(chǎn)品狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)以及計(jì)劃管理。

（3）裝調(diào)一體化數(shù)據(jù)管控平臺(tái)

裝調(diào)一體化管控平臺(tái)是整個(gè)智能化生產(chǎn)線的核心，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的高效管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備、測(cè)試數(shù)據(jù)、電源、能源、物料信息等全部信息均可以檢索，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程精細(xì)化在線監(jiān)控確認(rèn)。同時(shí)，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品有效數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)自動(dòng)輸出，即測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果、記錄產(chǎn)品狀態(tài)、導(dǎo)通絕緣測(cè)試結(jié)果等信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)完全共享，減少了由于信息孤島導(dǎo)致的大量重復(fù)性工作，有效節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了效率的大幅提升；能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，將測(cè)試曲線判讀出可靠的數(shù)據(jù)，避免了人員判讀誤差；能夠?qū)χ付ǖ臏y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)分析，對(duì)把控產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)起到極大的貢獻(xiàn)。

該平臺(tái)將產(chǎn)品運(yùn)行中生產(chǎn)線中的設(shè)備運(yùn)行情況、能源集控系統(tǒng)、電源集控系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)等5 個(gè)模塊進(jìn)行通信、控制、信息互聯(lián)互通。

（4）WMS 系統(tǒng)

WMS 系統(tǒng)能夠?qū)a(chǎn)品生產(chǎn)所需要的零件、組件、標(biāo)準(zhǔn)件、單機(jī)等錄入，同時(shí)能夠?qū)a(chǎn)品及零件的合格證明文件進(jìn)行電子化錄入，有編號(hào)的產(chǎn)品生成二維碼，能夠完全識(shí)別所有產(chǎn)品零件狀態(tài)，同時(shí)能夠?qū)a(chǎn)品的信息反饋至MES 系統(tǒng)，MES 系統(tǒng)能夠按照物料狀態(tài)進(jìn)行配套，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的精準(zhǔn)化控制，避免因物料不完整下發(fā)任務(wù)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。

（5）測(cè)控集控平臺(tái)

該系統(tǒng)能夠接受MES 系統(tǒng)下發(fā)的測(cè)試任務(wù)，并調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試流程，將該流程下發(fā)至底層測(cè)試儀。測(cè)試完成后將測(cè)試結(jié)果及文件上傳至管控平臺(tái)，該平臺(tái)可以完全實(shí)現(xiàn)一控多，并有效控制測(cè)試流程和數(shù)據(jù)處理流程，打通了控制測(cè)試儀的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化集成測(cè)試、處理、判讀，生產(chǎn)更加精準(zhǔn)和質(zhì)量更加可控，有效提高了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)的互聯(lián)互通，避免了人為操作導(dǎo)致的質(zhì)量不可控。

（6）測(cè)試儀

按照管控平臺(tái)要求的格式和處理方式，對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行改造，對(duì)完全統(tǒng)一的測(cè)試流程、數(shù)據(jù)處理流程、生成數(shù)據(jù)報(bào)告格式等多方面進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)效率達(dá)到新的高度，且消除了不同測(cè)試儀之間的測(cè)量結(jié)果誤差，測(cè)試的質(zhì)量一致性更加高，測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)，測(cè)試儀的使用更加合理。

（7）能源集控系統(tǒng)、電源集控系統(tǒng)

能源集控系統(tǒng)是在管控平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)置、發(fā)送并實(shí)時(shí)顯示，原生產(chǎn)模式為全手動(dòng)，導(dǎo)致設(shè)備啟停不能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，且能源分布非常分散。

電源集控系統(tǒng)是在管控平臺(tái)上鎖定測(cè)試儀與電源的對(duì)應(yīng)關(guān)系并且實(shí)時(shí)顯示，集控平臺(tái)能夠向管控平臺(tái)發(fā)送電源指令，并回讀數(shù)據(jù)，并按照要求進(jìn)行判讀，通過(guò)該平臺(tái)能夠有效避免誤操作，提高產(chǎn)品測(cè)試的可靠性。

（8）自動(dòng)導(dǎo)通絕緣測(cè)試儀

該測(cè)試儀能夠接受MES 下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，然后用專用軟件進(jìn)行調(diào)用測(cè)試儀軟件測(cè)試，測(cè)試結(jié)果自動(dòng)判讀，并上傳至數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)可測(cè)可控，避免了人員操作導(dǎo)致的產(chǎn)品故障，保證了產(chǎn)品測(cè)試質(zhì)量。

二、實(shí)施效果

伺服裝調(diào)生產(chǎn)線是在深入分析研究所未來(lái)5 ～10 年批生產(chǎn)任務(wù)需求和“十四五”發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)基礎(chǔ)上，通過(guò)工藝流程優(yōu)化、自動(dòng)化提升、工業(yè)互聯(lián)、數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)利用等信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)融合，探索實(shí)踐工業(yè)互聯(lián)、人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)本地化應(yīng)用，建設(shè)形成“先進(jìn)制造+工業(yè)互聯(lián)”新形態(tài)航天伺服產(chǎn)品裝調(diào)生產(chǎn)示范線。

1.管理效益與經(jīng)濟(jì)效益

生產(chǎn)線產(chǎn)能提升了1.6 ～3倍。通過(guò)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了流程再造、生產(chǎn)組織及數(shù)據(jù)管理賦能等業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的跨部門(mén)、跨場(chǎng)景、跨業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，設(shè)備及軟件運(yùn)用穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和測(cè)試；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序的自動(dòng)化裝調(diào)；以人機(jī)結(jié)合為導(dǎo)向，降低對(duì)人工的依賴程度；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)和自動(dòng)化物流，設(shè)備100%接入管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、集中管理、遠(yuǎn)程控制、多維分析，體現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)的設(shè)計(jì)思路；提升了車間信息化系統(tǒng)管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間內(nèi)所有產(chǎn)品、物料、工裝、工具等的動(dòng)態(tài)管理，生產(chǎn)流程和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全維度管控。

2.生態(tài)效益

通過(guò)將裝調(diào)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、客戶端和測(cè)試儀、能源集控系統(tǒng)、導(dǎo)通絕緣測(cè)試和WMS 系統(tǒng)融合在一起，打通了不同設(shè)備之間的技術(shù)壁壘，解決了自動(dòng)化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線上所有信息共享，使生產(chǎn)線上的所有操作更加精益，并能夠提供更加可靠、更加及時(shí)、生產(chǎn)過(guò)程更加精煉高效，裝調(diào)生產(chǎn)更加穩(wěn)定的伺服裝調(diào)生產(chǎn)線?！?/p>