◎西安航天發(fā)動機有限公司 劉天陽 雍楚曼

面對“十三五”期間“數(shù)量多、難度大、要求高、周期緊”的航天液體動力制造“新常態(tài)”，為提高工廠研制能力，適應繁重的生產(chǎn)任務及型號研制需求，進一步提升液體動力核心制造能力，西安航天發(fā)動機有限公司積極探索液體動力制造技術與信息化技術融合應用，建立了一套符合工廠多品種、小批量離散制造特色的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化質量管控新模式，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場全流程數(shù)字化管理，進一步提升現(xiàn)場質量控制水平。

液體火箭發(fā)動機作為運載火箭的“心 臟”，是影響火箭發(fā)射成敗的重要因素。液體火箭發(fā)動機是高溫、高壓和高熱流密度的復雜熱力學循環(huán)系統(tǒng)，工作環(huán)境惡劣，制造要求極高。發(fā)動機研制流程復雜，涉及機械加工、鍛造、鑄造、鈑金、焊接、特種加工、裝配等22 個制造專業(yè)，67 種工藝方法，專業(yè)之間交叉頻繁，工序高達十萬多道。

西安航天發(fā)動機有限公司是我國大型液體火箭發(fā)動機研制生產(chǎn)專業(yè)廠，主要從事常規(guī)運載、新一代運載液氧煤油等型號發(fā)動機的研制生產(chǎn)。

面對“十三五”期間“數(shù)量多、難度大、要求高、周期緊”的航天液體動力制造“新 常態(tài)”，為提高工廠研制能力，適應繁重的生產(chǎn)任務及型號研制需求，進一步提升液體動力核心制造能力，工廠積極探索液體動力制造技術與信息化技術融合應用。使信息化條件成為工廠進一步加強生產(chǎn)過程控制、確保發(fā)動機產(chǎn)品質量的重要手段，不斷提高產(chǎn)品質量和交付能力，滿足不斷增加的型號任務需求。

一、需求分析

工廠現(xiàn)階段生產(chǎn)現(xiàn)場質量控制模式難以適應精細化質量管理需求，制約了發(fā)動機質量管理水平的提高。在技術狀態(tài)控制方面，紙質工藝規(guī)程和跟蹤卡樣本依靠人為編制，存在技術狀態(tài)不一致風險；在制造資源保障方面，原材料領料發(fā)錯料、零組件配套出庫錯誤、現(xiàn)場使用的工裝、量具存在超期使用風險；在過程控制與量化控制方面，現(xiàn)場質量數(shù)據(jù)記錄存在錯填、漏填風險，不同車間協(xié)作數(shù)據(jù)傳遞存在出錯的風險；在質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總方面，質量數(shù)據(jù)包存在數(shù)據(jù)轉抄錯誤的風險。

面對上述實際情況和嚴格的質量管控要求，需借助信息化手段，從“質量數(shù)據(jù)定義、采集、傳遞與應用”層面，以信息化驅動質量管理，積極探索液體動力制造技術與信息化技術的融合應用。使得信息化成為加強生產(chǎn)過程控制、確保發(fā)動機產(chǎn)品質量的重要手段。從而進一步提高液體動力產(chǎn)品質量和交付能力。

二、建設目標

為滿足發(fā)動機全制造過程數(shù)字化質量管控目標，需在工藝、資源、計劃、現(xiàn)場生產(chǎn)、質量數(shù)據(jù)包等方面借助信息化手段，建設以質量管控為目的的液體火箭發(fā)動機數(shù)字化質量管控新模式，通過工藝、計劃、資源、生產(chǎn)之間的互聯(lián)、互通，協(xié)同作業(yè)進一步加強現(xiàn)場生產(chǎn)質量管控能力、提高發(fā)動機產(chǎn)品質量可靠性。具體包括：

實現(xiàn)從零件原材料領用——零件生產(chǎn)——部組件裝配——整機裝配制造全過程數(shù)字化質量管理，使各環(huán)節(jié)生產(chǎn)信息透明化、生產(chǎn)過程可控化，并形成豐富的統(tǒng)計和分析報表，直觀反映產(chǎn)品生產(chǎn)進度及異常情況，為生產(chǎn)管理提供決策支持和幫助。

實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場流程化與約束化。將結構化工藝數(shù)據(jù)快速準確傳遞至現(xiàn)場，為現(xiàn)場提供唯一的制造要求；現(xiàn)場嚴格按照工藝文件要求，以約束性流程控制為基礎，現(xiàn)場串行流轉，隨源錄入和存儲產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)，并實時判讀校驗產(chǎn)品質量超差超包絡情況，提升現(xiàn)場控制水平。

實現(xiàn)質量數(shù)據(jù)包快速生成。借助信息化條件，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺。集成獲取工藝管理系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并按照液體火箭發(fā)動機質量管理要求，快速生成質量數(shù)據(jù)包，提升質量復查效率，滿足型號交付要求。

三、技術路徑

工廠緊密結合發(fā)動機生產(chǎn)研制過程，圍繞工藝、生產(chǎn)、資源、質量四大業(yè)務主線，以數(shù)字化、信息化驅動質量管理，并將它們作為開展質量精細化管理的有力工具。

為此，選擇以制造執(zhí)行系統(tǒng)為核心系統(tǒng)，按照“隨源錄入”與唯一數(shù)據(jù)源、信息傳遞鏈路貫通、制造管理的模型化與信息化三大原則，主要建設四大系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)框架示意圖

1、工藝管理系統(tǒng)：以TeamCenter為平臺建設工藝管理系統(tǒng)（下文稱TC）。建立產(chǎn)品工藝BOM、完成編制工藝路線、工藝規(guī)程編制，為生產(chǎn)現(xiàn)場質量控制提供數(shù)據(jù)源頭。

2、生產(chǎn)計劃與資源管理系統(tǒng)：以Dynamics AX 為平臺建設企業(yè)生產(chǎn)計劃與資源管理系統(tǒng)（下文稱AX）。依據(jù)TC 傳遞的BOM、工藝路線下達生產(chǎn)任務，同時，管理原材料、型號成品、工藝裝備等庫存、建立信息臺賬，為生產(chǎn)現(xiàn)場質量控制提供基礎資源保障。

3、制造執(zhí)行系統(tǒng)：以Camstar 為平臺建設制造執(zhí)行系統(tǒng)（下文稱MES）。圍繞產(chǎn)品質量跟蹤卡，進行跟蹤卡創(chuàng)建、原材料領料、零組件配套、產(chǎn)品派工、參數(shù)填寫記錄、產(chǎn)品報工與檢驗的全流程管理，對產(chǎn)品全生產(chǎn)過程的質量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)隨源記錄和存儲。

4、質量數(shù)據(jù)包生成系統(tǒng)：通過提取制造執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃與資源管理系統(tǒng)等系統(tǒng)中數(shù)據(jù)獲取五單信息、質量參數(shù)、配套信息等，對數(shù)據(jù)進行分類匯總生成五單信息統(tǒng)計、三類關鍵特性數(shù)據(jù)匯總、產(chǎn)品功能性能數(shù)據(jù)匯總、焊縫建檔統(tǒng)計、力矩擰緊記錄匯總、多媒體數(shù)據(jù)匯總等表格，形成完整的質量數(shù)據(jù)包。

四、建設內(nèi)容

（一）發(fā)動機裝配全過程數(shù)字化質量管控架構

隨著工廠信息化工作推進，工廠信息系統(tǒng)體系架構逐漸完善，基本形成以工藝設計、任務下達與資源管控、生產(chǎn)執(zhí)行、質量管理為四大核心業(yè)務的體系架構。初步建立以裝配計劃為龍頭、以裝配工藝規(guī)程為指導、以現(xiàn)場執(zhí)行為主線、以數(shù)據(jù)采集為基礎、以質量管控為目的的裝配生產(chǎn)執(zhí)行控制平臺，實現(xiàn)對工廠生產(chǎn)過程的數(shù)字化質量管控，實時記錄、存儲及共享實時的裝配過程質量數(shù)據(jù)，并最終快速生成質量數(shù)據(jù)包。

（二）基于TC 平臺的工藝結構化管理

結構化工藝數(shù)據(jù)作為下游生產(chǎn)、質量、資源等信息系統(tǒng)的直接數(shù)據(jù)源頭。通過以產(chǎn)品BOM 為主線的結構化工藝數(shù)據(jù)管理模式應用研究，改變目前工藝數(shù)據(jù)紙質管理模式，統(tǒng)一表達、管理各環(huán)節(jié)產(chǎn)品相關的各種結構化工藝數(shù)據(jù)，避免信息數(shù)據(jù)的轉換、冗余，初步建立適應三維業(yè)務模式的管理機制，充分發(fā)揮數(shù)字化應用的優(yōu)勢。

結構化工藝數(shù)據(jù)管理業(yè)務流程主要涉及設計BOM 接收、產(chǎn)品BOM 重構、結構化工藝路線管理、結構化材料定額管理、結構化工藝規(guī)程管理、工藝更改、信息系統(tǒng)集成等。

通過系統(tǒng)集成，將結構化信息傳輸至MES，工藝結構信息用于MES 中驅動生成約束性控制流程，工序結構化信息工藝規(guī)程現(xiàn)場展示，指導工人現(xiàn)場生產(chǎn)。

（三）基于AX 平臺的資源電子化管控

發(fā)動機生產(chǎn)計劃與資源管理系統(tǒng)主要現(xiàn)了實生產(chǎn)任務投產(chǎn)、原材料庫存管理、型號產(chǎn)品庫存管理等。完成了生產(chǎn)任務的快速下達，原材料出庫的包絡控制、型號產(chǎn)品的精準配套等工作，為現(xiàn)場質量管控提供制造資源數(shù)據(jù)。

（四）基于Camstar 平臺的生產(chǎn)執(zhí)行約束

建設制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，主要實現(xiàn)了工藝、計劃、原材料領料、零組件配套、現(xiàn)場報工、參數(shù)填寫、協(xié)作調(diào)度、檢驗、系統(tǒng)集成等過程的全數(shù)字化管控。同時，通過MES 平臺與各系統(tǒng)進行集成聯(lián)動，打通和AX、TC之間的數(shù)據(jù)鏈路，自動接收提取相關工藝和生產(chǎn)任務信息，記錄產(chǎn)品制造的過程數(shù)據(jù)和質量數(shù)據(jù)，反饋產(chǎn)品制造進度和質量信息，提高工廠生產(chǎn)管理水平，進一步滿足制造過程科學化、規(guī)范化和精細化管理的需要，圖2 為生產(chǎn)車間報表。

（五）質量數(shù)據(jù)包快速生成

根據(jù)目前工廠現(xiàn)狀，需在產(chǎn)品出廠交付前，生成產(chǎn)品數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)按照液體火箭發(fā)動機產(chǎn)品數(shù)據(jù)包要求，以產(chǎn)品生產(chǎn)過程中實際物流為依托，以跟蹤卡、合格證為質量數(shù)據(jù)的載體，以產(chǎn)品裝配BOM 為核心，抽取、整理、匯總TC、制造執(zhí)行、庫存管理、物資管理等業(yè)務系統(tǒng)中的產(chǎn)品配套關系、電子質量跟蹤卡信息、原材料領料記錄、“五單”單據(jù)等質量數(shù)據(jù)，自動形成以設計關鍵特性數(shù)據(jù)、工藝關鍵特性數(shù)據(jù)、過程關鍵特性數(shù)據(jù)、發(fā)動機系統(tǒng)功能性能數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程多媒體記錄、超差情況統(tǒng)計、代料情況統(tǒng)計等為主要內(nèi)容的產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)包，以滿足型號交付要求。

五、自主可控情況

本項目已通過國防科工局技改條件及中國航天科技集團有限公司課題立項，整個項目由工廠牽頭開展，信息化系統(tǒng)二次開發(fā)100%具備國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權，項目實施過程中的知識產(chǎn)權全歸工廠所有。其中，《基于MES 的結構化質量參數(shù)動態(tài)展示平臺》《基于TC工藝質量參數(shù)結構化管理系統(tǒng)》《基于AX 的自動化配套庫存管理系統(tǒng)》已獲國家計算機軟件著作權。

六、應用效果與經(jīng)驗

通過項目實施，工廠所有專業(yè)均已應用以MES 為核心平臺的發(fā)動機全過程數(shù)字化質量管控新模式，建立了一套符合工廠多品種、小批量離散制造特色的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化質量管控新模式，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場全流程數(shù)字化管理，進一步提升現(xiàn)場質量控制水平。具體應用效果如下：

（一）建立了符合工廠特色的液體火箭發(fā)動機數(shù)字化質量管控模式

通過圍繞質量精細化管理開展信息化條件建設，工廠初步建立了一套完備的離散制造業(yè)，多品種、小批量研制模式下的基于數(shù)據(jù)驅動的發(fā)動機裝配全過程數(shù)字化質量管控應用新模式。同時，還建立了數(shù)字化工藝師團隊，積累了大量數(shù)字化工作實施與應用的經(jīng)驗。

（二）以結構化工藝數(shù)據(jù)為核心，為制造過程的質量控制提供唯一數(shù)據(jù)源

工藝數(shù)據(jù)作為指導現(xiàn)場生產(chǎn)、開具跟蹤卡源頭數(shù)據(jù)，也是現(xiàn)場質量參數(shù)記錄的源頭數(shù)據(jù)，通過實施TC 系統(tǒng)將工藝文件顆粒度細化、關鍵工藝參數(shù)量化、質量參數(shù)結構化，提升工藝文件指導性，保證現(xiàn)場生產(chǎn)質量。在質量參數(shù)定義時明確參數(shù)要求值上下限，為現(xiàn)場合格校驗提供依據(jù)，同時，工藝更改與工藝文件關聯(lián)，確保工藝更改全過程可追溯。

（三）以數(shù)字化資源庫存管理為基礎，為制造過程質量控制提供基礎資源保證

通過實施AX 系統(tǒng)，管理原材料、成品庫存、工裝、量具、合格證臺賬，實現(xiàn)制造過程資源數(shù)據(jù)的信息化管理。同時，在AX 中進行原材料出庫包絡、成品出庫批次、地面件、試車件等驗證，進一步保證產(chǎn)品質量。此外，依據(jù)產(chǎn)品BOM 和工藝路線制定車間任務，為MES 開具質量跟蹤卡提供任務源頭數(shù)據(jù)。建立統(tǒng)一工裝、量具、物資編碼，實現(xiàn)工裝、量具、物資條碼化管理，規(guī)范工廠業(yè)務。

（四）以生產(chǎn)現(xiàn)場質量管控為主體，執(zhí)行約束化現(xiàn)場質量管控

生產(chǎn)現(xiàn)場管理作為發(fā)動機質量管控具體執(zhí)行階段，目前已在工廠全專業(yè)覆蓋基于MES 的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。通過MES 的實施，實現(xiàn)質量跟蹤卡的自動生成，無紙化原材料領料，零組件配套，多媒體記錄，現(xiàn)場參數(shù)錯填、漏填、合格、包絡校驗，現(xiàn)場所用工裝、量具超期校驗，同時，在MES 中實現(xiàn)依據(jù)工藝規(guī)程工序、工步規(guī)定的約束性流程生產(chǎn)，保證現(xiàn)場質量管控。此外，基于工廠統(tǒng)一的MES 平臺實現(xiàn)不同車間協(xié)作，各車間數(shù)據(jù)隨源錄入，多次利用，保證唯一數(shù)據(jù)源和透明化生產(chǎn)，提升生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質量。

（五）以質量數(shù)據(jù)包的自動生成為落腳點，確保生產(chǎn)質量

質量數(shù)據(jù)包生成系統(tǒng)目前已在工廠廣泛應用，自動提取MES、AX 中數(shù)據(jù)形成五單統(tǒng)計、原材料裝機清單、三類關鍵特性、包絡分析等產(chǎn)品質量相關數(shù)據(jù)，大幅減輕工藝人員質量復查的工作量，保證產(chǎn)品質量。

七、示范推廣情況

工廠依據(jù)自身產(chǎn)品特點和生產(chǎn)流程，建立了數(shù)字化質量管控體系，打通了工藝、生產(chǎn)、質量、資源之間的數(shù)據(jù)通路，建立了符合液體火箭發(fā)動機生產(chǎn)制造特點的信息化框架體系。該項目在離散制造型企業(yè)，特別是航空航天領域，具備很強的代表性，其統(tǒng)一平臺模式和各系統(tǒng)集成模式也具有較強的推廣價值。

八、后續(xù)發(fā)展思路及計劃

結合工廠信息化建設整體規(guī)劃，后續(xù)將進入效益提升階段和價值鏈提升階段，工廠還將重點開展包括通過與工業(yè)控制網(wǎng)的集成，實現(xiàn)底層設備質量數(shù)據(jù)自動采集、商務智能應用、智能制造新模式探索等工作。