軍工企業(yè)數(shù)字化制造系統(tǒng)建設(shè)方案初探

馮兆斌

摘 ?要：搞好信息化工作關(guān)鍵在于規(guī)劃，文章以建立基于三維模型的武器裝備數(shù)字化制造系統(tǒng)，提升生產(chǎn)決策、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品制造能力為目標，根據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)的研究和實踐成果，以軍工企業(yè)制造系統(tǒng)為背景，在繼承目前軍工企業(yè)生產(chǎn)平臺的基礎(chǔ)上，集成生產(chǎn)過程人員、流程、技術(shù)和資源管理要素，提出數(shù)字化制造系統(tǒng)的總體框架和推進要點，給軍工企業(yè)今后數(shù)字化制造系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：軍工企業(yè);數(shù)字化;制造系統(tǒng);方案;MBD

中圖分類號：TJ08;TP18 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0039-02

1 ?軍工企業(yè)制造系統(tǒng)信息化應(yīng)用的現(xiàn)狀

本文從工藝技術(shù)、生產(chǎn)管理和生產(chǎn)車間三個層面對軍工企業(yè)制造系統(tǒng)的信息化應(yīng)用現(xiàn)狀進行簡要的分析。

1.1 ?工藝技術(shù)及制造業(yè)務(wù)

在軍工產(chǎn)品的加工制造，特別是工藝技術(shù)對三維設(shè)計模型的承接方面，目前還是一個瓶頸，設(shè)計與工藝之間還存在數(shù)據(jù)斷層;當(dāng)前絕大部分企業(yè)生產(chǎn)制造均是根據(jù)二維設(shè)計圖紙，利用CAPP、PDM等工具進行二維工藝設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場加工需要臨時建立模型進行加工仿真、裝配仿真，產(chǎn)品設(shè)計信息多次轉(zhuǎn)換、傳遞緩慢，導(dǎo)致生產(chǎn)準備時間長，且無法實現(xiàn)從設(shè)計到工藝、從工藝到制造的快速推進。

1.2 ?生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)

軍工企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)主要涉及生產(chǎn)計劃管理、現(xiàn)場管理、物資管理、質(zhì)量管理等系統(tǒng)，部分優(yōu)秀企業(yè)已基本建立了精益生產(chǎn)協(xié)同管理體系，打通了從生產(chǎn)計劃到現(xiàn)場執(zhí)行、質(zhì)量檢驗、產(chǎn)品交付這一主價值鏈，但是該系統(tǒng)在生產(chǎn)策劃、運營管控、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)現(xiàn)場管理方面存在不足，并且系統(tǒng)側(cè)重于部門職能的實現(xiàn)，流程化管控較弱。

1.3 ?生產(chǎn)車間

經(jīng)過近幾年的信息化建設(shè)，各軍工企業(yè)生產(chǎn)車間的信息化應(yīng)用水平普遍有了較大提升，各類計算機和數(shù)控設(shè)備終端全部實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，MES系統(tǒng)的應(yīng)用使計劃下達、任務(wù)跟蹤、工時統(tǒng)計等生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)實現(xiàn)了信息化，DNC/CAM/CAE系統(tǒng)的應(yīng)用使數(shù)控機床的部分功能實現(xiàn)了數(shù)字化，但生產(chǎn)車間目前的應(yīng)用水平和數(shù)字化分廠的標準還相距甚遠。

2 ?軍工企業(yè)數(shù)字化制造系統(tǒng)構(gòu)想

2.1 ?總體目標

通過構(gòu)建數(shù)字化制造系統(tǒng)，將我國軍工企業(yè)武器裝備的研制水平提升至我國制造業(yè)先進行列，同時大幅縮短產(chǎn)品的研制周期，降低研制成本。

2.2 ?框架組成

本文在綜合考慮武器裝備的研制特點、軍工企業(yè)的信息化應(yīng)用現(xiàn)狀、數(shù)字化制造發(fā)展趨勢等因素的基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建軍工企業(yè)的數(shù)字化制造系統(tǒng)，主要包括數(shù)字化工藝設(shè)計平臺、精益生產(chǎn)協(xié)同管理平臺和數(shù)字化制造單元三大部分，框架的組成示意圖如圖1所示。

3 ?軍工企業(yè)數(shù)字化制造系統(tǒng)的推進方案

3.1 ?實現(xiàn)數(shù)字化條件下的產(chǎn)品制造

主要實現(xiàn)六大功能，分別是：

①設(shè)計制造的緊密高效協(xié)同。

②數(shù)字化可制造性審查。

③基于全三維數(shù)字量傳遞。

④零件精確加工的數(shù)字化應(yīng)用。

⑤裝配過程仿真。

⑥在線檢測技術(shù)的應(yīng)用。

主要從建立基于MBD的數(shù)字化制造模式、完善PDM系統(tǒng)在武器裝備制造過程的應(yīng)用和實現(xiàn)裝配過程數(shù)字化仿真三個層面進行推進。

3.1.1 ?建立基于MBD的數(shù)字化制造模式

武器裝備的研制過程主要經(jīng)歷產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、產(chǎn)品制造和檢驗檢測等五個環(huán)節(jié)。新一代武器裝備設(shè)計部分已采用了MBD（Model Based Definition，基于模型的定義）技術(shù)，為滿足新一代武器裝備及未來軍工產(chǎn)品的工藝承接和快速交付，以及對產(chǎn)品可靠性、安全性、可測試性、可維護性等使用要求，有必要建立基于MBD模型的數(shù)字化制造流程。

3.1.2 ?完善PDM系統(tǒng)在武器裝備制造過程的應(yīng)用

近年來，依托新一代武器裝備的研制，PDM系統(tǒng)在軍工企業(yè)開始逐步進行應(yīng)用，但我們的應(yīng)用規(guī)模、應(yīng)用水平等與歐美先進企業(yè)仍存在較大的差距，不能有效支持新一代武器裝備的研制生產(chǎn)。面對我國未來武器裝備研制對數(shù)字化技術(shù)的要求，借鑒PDM技術(shù)在國內(nèi)外武器裝備產(chǎn)業(yè)成功應(yīng)用經(jīng)驗和軍工企業(yè)制造系統(tǒng)的特點，完善軍工企業(yè)基于PDM的武器裝備制造系統(tǒng)平臺，重點實現(xiàn)產(chǎn)品工藝數(shù)字化設(shè)計方面的應(yīng)用。

3.1.3 ?實現(xiàn)裝配過程數(shù)字化仿真

在裝配車間引入三維數(shù)字化仿真技術(shù)，它是在軟件虛擬裝配環(huán)境中，調(diào)入產(chǎn)品三維數(shù)模、資源三維數(shù)模和設(shè)計的裝配工藝過程，通過軟件模擬完成零件、組件、成品等數(shù)模上架、定位、裝夾、裝配（連接）、下架等工序的虛擬操作，實現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程的三維動態(tài)仿真，驗證工藝設(shè)計的準確度，以發(fā)現(xiàn)裝配過程工藝設(shè)計中的錯誤;仿真是一個反復(fù)迭代的過程，不斷地調(diào)整工藝設(shè)計，不斷地仿真，直到得到最優(yōu)的方案。

3.2 ?建立面向供應(yīng)鏈的精益生產(chǎn)協(xié)同管理平臺

基于用戶訂單管理，融入精益生產(chǎn)的管理思想和理念，對“用戶訂單—生產(chǎn)計劃—物資采購—制造執(zhí)行—質(zhì)量檢驗—產(chǎn)品交付—銷售回款”等生產(chǎn)核心價值鏈全過程進行有效管理，建立面向供應(yīng)鏈的精益生產(chǎn)協(xié)同管理平臺。協(xié)同管理平臺主要涵蓋了生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)管控、成本管理和質(zhì)量管理五個系統(tǒng)。

3.2.1 ?生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)

建立基于信息化的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)：面向生產(chǎn)的計劃業(yè)務(wù)過程，采用PDCA循環(huán)的方法搭建基于信息化的生產(chǎn)計劃管控結(jié)構(gòu)，通過制定生產(chǎn)計劃、執(zhí)行生產(chǎn)計劃、檢查計劃執(zhí)行和問題處理四個過程實現(xiàn)對生產(chǎn)整個計劃的管理和控制。從而一方面實現(xiàn)軍工企業(yè)生產(chǎn)計劃管理的統(tǒng)一和閉環(huán)，另一方面形成科學(xué)的計劃節(jié)拍，實現(xiàn)準時化生產(chǎn)。

3.2.2 ?生產(chǎn)準備管理系統(tǒng)

主要包括物資供應(yīng)管理和工裝管理兩大業(yè)務(wù)。通過ERP系統(tǒng)的進一步完善，實現(xiàn)采購計劃編制、供應(yīng)商選擇及評價、采購管理、合同簽訂、評審及執(zhí)行等物資業(yè)務(wù)全過程的信息化，消除信息流和物流之間的障礙，從而提高整個物資供應(yīng)過程的效率，使物資供應(yīng)環(huán)節(jié)更好地服務(wù)于生產(chǎn)。通過實施全面的工裝管理，使工裝申請、設(shè)計、更改、投產(chǎn)、狀態(tài)監(jiān)控、報廢等業(yè)務(wù)的實現(xiàn)全生命周期管理;建立軍工企業(yè)統(tǒng)一的工裝信息庫，基于三維模型實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工裝設(shè)計以及工藝設(shè)計的并行進行，同時將三維工裝模型及其幾何、加工能力等參數(shù)信息關(guān)聯(lián)到數(shù)控編程過程中。

3.2.3 ?生產(chǎn)運營管控中心

借鑒平衡計分卡思想，覆蓋“計劃、工藝、制造、質(zhì)量、財務(wù)”等各主要生產(chǎn)，以面向流程和問題管控為主動力，利用系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)可視化等信息化技術(shù)，建立由計劃部門主導(dǎo)、多部門參與的生產(chǎn)運營管控中心，實時監(jiān)控生產(chǎn)主價值鏈流程的運行狀況，推進企業(yè)制造能力建設(shè)，促進生產(chǎn)流程的優(yōu)化，從而達到提升企業(yè)“價值目標與客戶評價”的目的。

3.2.4 ?基于信息化的成本管理系統(tǒng)

利用ERP等軟件工具建立成本管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對產(chǎn)品標準成本的管理和實際成本的自動歸集，進行成本統(tǒng)計及分析，比較標準成本與實際成本揭示成本差異，建立成本預(yù)算、核算及過程控制的關(guān)聯(lián)。生產(chǎn)成本管理子系統(tǒng)與全面預(yù)算管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)集成，實現(xiàn)動力燃料、固定資產(chǎn)折舊和人工費用等信息的傳遞，同時實現(xiàn)對產(chǎn)成品或零組件實際成本的自動計算。

3.2.5 ?質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

建立面向產(chǎn)品追溯性的質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，進一步完善包括現(xiàn)場質(zhì)量檢驗、不合格品流程審理、計量器具檢定、理化試驗委托、外場排故、質(zhì)量體系審核、質(zhì)量成本匯總和質(zhì)量信息上報等功能模塊，實現(xiàn)對型號產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，從而使生產(chǎn)質(zhì)量管理工作更加規(guī)范化、程序化，提高其處理工作的速度和準確性，也便于動態(tài)查詢，提高決策水平。

3.3 ?建設(shè)數(shù)字化車間

3.3.1 ?建立基于信息化的車間計劃管理模式

①建立裝配需求拉動生產(chǎn)的計劃管理模式。改變當(dāng)前計劃管理模式，建立總裝配套需求拉動車間生產(chǎn)組織的計劃管理模式。車間合格零件直接入庫總裝庫房，可使總裝廠對配套零件庫存及在制品情況準確掌握;總裝廠直接下發(fā)配套計劃，可使車間將有限的生產(chǎn)資源高效的利用。

②建立基于系統(tǒng)排產(chǎn)的作業(yè)計劃管理模式。利用ERP、APS等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的自動排產(chǎn)，將配套訂單計劃分解成工序級作業(yè)計劃，并通過生產(chǎn)準備服務(wù)體系的建立及各項制度的支撐，保證每道工序按節(jié)點完成，繼而保證每個訂單按節(jié)點完成，最終保證整個零件配套計劃及總裝生產(chǎn)計劃按時完成。

3.3.2 ?建立基于信息化的車間生產(chǎn)準備管理模式

①工藝技術(shù)準備。在PDM中實現(xiàn)電子簽署，即省去了各物理區(qū)域的來回奔走，提高了效率，又保證了工藝文件的可靠性;將協(xié)作工藝編制和工藝文件審核、審簽并行進行，優(yōu)化了簽署流程;與其他管理系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)工藝文件的無紙化管理。

②生產(chǎn)物資的信息化管理。通過對刀量具、原材料、輔料等生產(chǎn)物資建立信息臺帳，進行數(shù)字化管理，對已有的物資能實現(xiàn)快速查找、數(shù)據(jù)共享，對未到位物資進行自動識別和預(yù)警，縮短生產(chǎn)物資準備時間。

③實現(xiàn)隨行文件電子化。通過實施產(chǎn)品隨行文件電子化管理，借助對外購/外協(xié)檢驗及生產(chǎn)現(xiàn)場檢驗的信息化管理，對產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的質(zhì)量信息進行有效采集和記錄，保證從物資器材到組件產(chǎn)品的質(zhì)量信息清晰、明確。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可通過電子化隨行文件快速實現(xiàn)對產(chǎn)品的配套件、加工制造過程、加工人員等信息進行篩查。

3.3.3 ?完善車間數(shù)據(jù)收集、傳輸系統(tǒng)

完善DNC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)NC程序的有效管理與傳送，同時實現(xiàn)機床狀態(tài)在線監(jiān)控，保證車間管理層對底層設(shè)備狀態(tài)的有效掌握。建立生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)等信息反饋終端及展示看板，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場顯性化管理，使生產(chǎn)管理、工程技術(shù)、生產(chǎn)保障、物資供應(yīng)等部門以生產(chǎn)現(xiàn)場為中心，對生產(chǎn)活動做出快速響應(yīng)，使問題產(chǎn)生即暴露、暴露即解決。

參考文獻：

[1] 吳偉仁.軍工制造業(yè)數(shù)字化[M].北京：原子能出版社，2007.