高 燕，羅 飛，曹 亮

GAO Yan,LUO Fei,CAO Liang

（成都信息工程學院，成都 610225）

0 引言

隨著CAD技術的發(fā)展，產(chǎn)品定義日益朝著數(shù)字化發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)字化定義（DPD）技術日益成為現(xiàn)代航空的支撐技術。飛機制造技術正向全數(shù)字化的設計、制造和試驗一體化的方向發(fā)展。數(shù)字化技術貫穿了整個產(chǎn)品研制過程，從根本上改變了飛機產(chǎn)品研制的方式和方法。MBD(Model Based Definition)技術將設計、制造、檢驗和管理信息融為一體，是目前被航空業(yè)普遍認同的解決數(shù)字化設計和制造的先進技術，是數(shù)字化制造的關鍵技術之一[2]。

目前，國內(nèi)有些公司生產(chǎn)仍處于以二維圖為中心，三維模型為輔的制造模式，這種方式造成數(shù)據(jù)傳遞過程中管理復雜，效率較低，成本高昂，信息利用率低。而根據(jù)飛機制造技術向數(shù)字化設計、制造及試驗一體化發(fā)展的趨勢，需要推行獨立三維模型定義的MBD方式，在MBD制造模式下，通過三維數(shù)字化產(chǎn)品及三維裝配工藝仿真設計，在形成飛機裝配工藝流程信息的同時，設計基于MBD的飛機三維結(jié)構生產(chǎn)圖解與多媒體裝配過程仿真動畫，用于在裝配工位現(xiàn)場指導裝配[3]。因此，建立面向飛機三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的裝配現(xiàn)場可視化應用系統(tǒng)，即“裝配現(xiàn)場可視化制造執(zhí)行系統(tǒng)（V-MES）”，在數(shù)字化環(huán)境中指導工人進行飛機裝配工作是制造業(yè)發(fā)展的趨勢。

1 V-MES建立背景及任務目標

制造業(yè)的軟件發(fā)展與其他行業(yè)的發(fā)展一樣需經(jīng)歷各職能部門獨立為陣到系統(tǒng)整體融合，資源共享階段，因此V-MES建立前，已建立起CAPP、ERP（財務管理、人力資源管理等）、PDM等系統(tǒng)，而V-MES作為生產(chǎn)核心系統(tǒng)，能夠很好的將三者聯(lián)系并整合起來，充分實現(xiàn)資源共享。圖1給出了V-MES與CAPP、ERP和PDM的整合關系圖，其中，綠色方框（執(zhí)行級制造作業(yè)管理）內(nèi)包含了V-MES與零件MES的關系，二者在很多資源上是共享的。

圖1 V-MES與其他系統(tǒng)的關系

基于以上關系圖及V-MES在實際生產(chǎn)中完成的任務，整個V-MES需實現(xiàn)以下任務：

1）以裝配MES中的作業(yè)計劃執(zhí)行管理為主線，實現(xiàn)裝配專業(yè)廠計劃編制、評估、調(diào)整及下達；派工管理；完工提交；質(zhì)檢管理；工時核算；現(xiàn)場管理等執(zhí)行層生產(chǎn)作業(yè)計劃的數(shù)字化閉環(huán)管理。

2）承接ERP計劃模塊下達的公司生產(chǎn)計劃，裝配專業(yè)廠進行全年的生產(chǎn)任務分工，確定承制工段。與ERP 的計劃、庫房和工裝等模塊進行信息交互。

3）與CAPP、PDM系統(tǒng)集成，從中獲取相應的工藝信息，制造工序輕量化模型文件等信息以及裝配制造資源需求信息，實現(xiàn)工作操作指令可視化。

4）實現(xiàn)裝配物料（零件/成品/標準件）配送管理等。

5）實現(xiàn)現(xiàn)場裝配質(zhì)量信息采集以及不合格處置過程管理，質(zhì)量單據(jù)的審理過程管理，保證裝配生產(chǎn)制造過程質(zhì)量信息的采集、處理及歸零。

6）實現(xiàn)企業(yè)人力資源管理系統(tǒng)（HR）集成，以獲取專業(yè)廠人員組織結(jié)構，生產(chǎn)任務適應的人員上崗培訓要求、操作工人的上崗資格認證與工種等信息。

7）實現(xiàn)裝配現(xiàn)場動態(tài)電子看板管理。

8）實現(xiàn)與企業(yè)門戶的集成，與門戶集成，實現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理。

9）實現(xiàn)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)進展統(tǒng)計、交檢合格率統(tǒng)計、內(nèi)部現(xiàn)場問題處理統(tǒng)計等綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 V-MES整體設計框架

依據(jù)MBD思想，充分考慮與其他已有系統(tǒng)的融合及裝配制造執(zhí)行的任務目標，V-MES整體框架設計如圖2所示。

2.1 裝配生產(chǎn)計劃管理

裝配廠各生產(chǎn)單位根據(jù)工廠架次需求計劃，利用MBOM基礎數(shù)據(jù)，參考結(jié)構化的裝配順序圖以及部件制造周期，倒排出部件需求計劃及AO生產(chǎn)計劃（倒排算法見后面第3部分），同時具備計劃根據(jù)生產(chǎn)實際進行重排、微調(diào)功能；實現(xiàn)根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行計劃評估以及計劃調(diào)整；根據(jù)配套情況實現(xiàn)下達AO計劃、對應物料配送到工段現(xiàn)場；對影響生產(chǎn)的工裝、工具等定檢情況具有跟蹤查詢功能；對零星內(nèi)部計劃及零星外部計劃進行跟蹤管理；對臨時AO計劃進行跟蹤執(zhí)行管理。

子模塊為整個V-MES系統(tǒng)的核心，所有其他零件MES的生產(chǎn)周期將嚴格按照其生成的零件需求計劃進行生產(chǎn)加工，其流程如圖3所示。

圖2 V-MES模塊設計

圖3 生產(chǎn)計劃流程

圖4 報廢單處理工作流

根據(jù)訂單生成的ERP節(jié)點計劃，依據(jù)MBOM結(jié)構信息、段位工裝占用和輪用約束對裝配廠生產(chǎn)計劃進行倒排，生成段位計劃、工位計劃和AO計劃，作為執(zhí)行和調(diào)整的動態(tài)計劃。將其按年度、月度、周為時間段劃分為年度計劃、月度計劃和周計劃的視圖，作為各月和各周評估計劃的目標依據(jù)。

2.2 裝配物料配送管理

實現(xiàn)與ERP 3.0庫房管理模塊的集成，獲取經(jīng)虛擬配套的實時架次配套信息以及物料缺件清單信息，實現(xiàn)庫房配送與工段之間的物料交接管理。

2.3 裝配現(xiàn)場管理

實現(xiàn)對下達AO計劃的派工，對裝配工段現(xiàn)場工作管理，查詢和跟蹤當日工作任務，對AO計劃進行工序級的開工和完工跟蹤管理，查詢AO計劃配套的零、標、鉚、材和工裝信息，輕量化仿真模型可視化展現(xiàn)；工段現(xiàn)場可查詢AO同時跟蹤管理相關的如保留單報表的錄入、查詢、維護及輸出；對部裝廠和總裝廠生產(chǎn)工段在生產(chǎn)過程中工位現(xiàn)場出現(xiàn)的如工程技術問題、生產(chǎn)管理問題、生產(chǎn)保障問題等進行提出、反饋、解決及歸零的處理管理，用電子看板展示生產(chǎn)動態(tài)情況；生產(chǎn)現(xiàn)場日生產(chǎn)動態(tài)上報。

2.4 工藝技術管理

實現(xiàn)對工藝技術資料的借閱登記以及歸還的管理，獲取相應生產(chǎn)所需的工藝狀態(tài)（AO發(fā)放狀態(tài)，AO復查情況等）信息。

2.5 質(zhì)檢管理

實現(xiàn)采集生產(chǎn)現(xiàn)場的工序級質(zhì)量檢驗結(jié)果（合格、不合格）信息、故障信息；跟蹤管理故障單處置過程，管理輕度不合格品、不合格品、報廢和返修等故障單據(jù)過程審批處理過程，跟蹤內(nèi)部保留單、外部保留單的處理情況；建立實際裝配物料配套關系，建立可追溯的完整質(zhì)量配套結(jié)構。質(zhì)檢管理采用工作流方式，即為每一類型的單據(jù)建立單獨的工作流，由質(zhì)檢員填寫單據(jù)后發(fā)起流程直至歸零。

2.6 經(jīng)營管理

實現(xiàn)對檢驗合格確認完工的AO進行工時分配核算，對經(jīng)過裝配廠裝配加工的物料（零件、成品、標件、輔材）進行資金統(tǒng)計。

2.7 綜合查詢統(tǒng)計

實現(xiàn)對系統(tǒng)中各模塊的信息實現(xiàn)單獨授權查詢；實現(xiàn)對生產(chǎn)進展情況、計劃完成率、交檢合格率和生產(chǎn)問題處理統(tǒng)計等的系統(tǒng)信息綜合統(tǒng)計。

2.8 基礎數(shù)據(jù)管理

實現(xiàn)對系統(tǒng)中常用、復用的如工段代碼，工段AO分工、不合格原因代碼、質(zhì)量編號代碼、保留期限代碼等基礎數(shù)據(jù)進行定義和管理。

3 裝配計劃倒排算法

倒排算法需依據(jù)訂單生成的ERP年度節(jié)點交付計劃，充分考慮MBOM的結(jié)構信息、工裝占用、輪用信息、段位之間計劃約束信息來倒排計算生成多架次段位計劃、工位計劃、AO計劃。

3.1 段位計劃加入段位工裝的占用、輪用情況的約束

倒排算法需首先定義批架次號、段位與段位工裝占用、輪用及后續(xù)批架次號的關系，具體結(jié)構如表1、表2所示。

表1 段位、批架次號與段位工裝以及后續(xù)批架次號的輪用關系

表2 工裝輪用定義

算法思路：

4P4的A1開工時間 = 4P1的A2結(jié)束時間+間隔周期；

4P4的B1開工時間 = 4P1的B2 結(jié)束時間+間隔周期；

在段位計劃評估中將根據(jù)此算法調(diào)整段位計劃使其滿足工裝的約束條件。

若在計劃執(zhí)行中，出現(xiàn)工裝定檢、返修情況，計劃員人工調(diào)整匹配的工裝號，并調(diào)整對應架次的段位計劃開、完工時間，同時調(diào)整受之影響的后續(xù)段位計劃。

若1#定檢，一般為15天，則1#狀態(tài)為不可用。后續(xù)輪用工裝為2#，3#，直至1#可用時，恢復1#，2#，3#輪用，調(diào)整相應的計劃時間。

若1#返修，一般為3天，一般情況下，不影響后續(xù)計劃的執(zhí)行，直接調(diào)整對應段位的計劃時間。

3.2 段位之間固定關聯(lián)關系約束

1）1#油箱段（A）+ 座艙段（B）+ 進氣道段（C）= 三段（D）；

獲取A、B、C三段最晚完工日期 + 1 = 三段（D）的開始日期，自動排出“三段D”的計劃；

2）三段（D）+ 中機身（E）+ 后機身（F ）= 五段（G）；

獲取D、E、F三段最晚完工日期 + 1 = 五段G的開始日期，自動排出“五段G”的計劃；

3）機身+機翼+垂尾依理可以計算出總裝計劃。

3.3 按生產(chǎn)流程編制AO計劃

建立符合生產(chǎn)流程的段位、工位結(jié)構，并保持相對固定，將AO掛入此結(jié)構中，通過AO與PDM中MBOM的AO建立對應關系，并存入表3中。在后續(xù)AO計劃執(zhí)行中，獲取MBOM中的AO信息。

依據(jù)表3結(jié)構層次關系及流水作業(yè)周期和指定第一本AO開工時間，計算出各AO的計劃開工、計劃完工日期并存入其中。

表3 AO層次關系及開完工表結(jié)構

依此結(jié)構可按大段位單獨順排計劃，在派工中，以分包形式派出。

4 結(jié)束語

建立一套切實可行的飛機裝配車間數(shù)字化制造執(zhí)行閉環(huán)管理方案，不僅使制造生產(chǎn)過程信息的管理更具合理性、具體性、可操作性和快速反應性，而且也加強了生產(chǎn)計劃的精細化，提高了管控的透明度，為精益化制造管理提供了必要而有力的技術支持。

[1] 范玉順,黃雙喜,等.企業(yè)信息化整體解決方案[M].北京:科學出版社,2005.

[2] 徐圣 劉曉明等.基于MBD的飛機數(shù)字化定義技術[J].科技創(chuàng)新導報.2011(27):48-49.

[3] 梅中義.基于MBD的飛機數(shù)字化裝配技術[J].航空制造技術.2010(18):42-45.

[4] 常建功,王向華.搞定J2EE核心技術與企業(yè)應用:Ajax，JSP,Struts2,Spring,Hibernate[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.