基于RFID的民用飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)模型研究*

趙蘇陽，李艷軍，錢小燕，曹愈遠，許振騰，喬 磊，汪 雷

（南京航空航天大學民航學院，南京 211100）

飛機裝配是飛機制造過程中的重要一環(huán)，十分復雜。為了提高飛機裝配效率，確保飛機裝配質量，提高車間裝配信息化水平，需深入分析飛機裝配過程，研究飛機裝配制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）運行原理，設計裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，連接企業(yè)ERP系統(tǒng)與裝配車間MES系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)管理人員與車間操作人員信息互通，使得AO（裝配大綱）在裝配現(xiàn)場得到很好的執(zhí)行，并且能夠實時優(yōu)化各個部門協(xié)同裝配作業(yè)[1]。

應用RFID采集飛機裝配車間的各種裝配信息有以下優(yōu)勢：RFID標簽的可識讀距離較遠，能夠讀取隱藏的標簽，并發(fā)操作，性較好即能夠同時讀取多個電子標簽，可重復讀寫。而與目前廣泛使用的條形碼技術相比,RFID技術的優(yōu)勢很明顯。表1為RFID技術與條碼技術的比較[2]。

本文針對飛機裝配的特殊性探討如何有效地將RFID技術充分結合到飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的建設中，探討RFID應用于飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的可行性，為飛機制造企業(yè)提高信息化能力并建立飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供科學的依據(jù)和方法。

1 飛機裝配

開發(fā)設計飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)必須立足于飛機裝配過程實際，結合飛機裝配過程特點，并且協(xié)同企業(yè)ERP和MES系統(tǒng)。

1.1 飛機裝配特點

飛機裝配過程的特點主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

表1 RFID技術與條形碼的比較

圖1 飛機裝配制造執(zhí)行系統(tǒng)基本業(yè)務流程Fig.1 Basic business process of aircraft assembly manufacturing execution system

圖3 飛機裝配信息管理系統(tǒng)功能模塊Fig.3 Aircraft assembly information management system function module

（1）結構復雜，變更頻繁；

（2）物料配套復雜且動態(tài)多變。

1.2 飛機裝配MES及其業(yè)務流程

飛機裝配企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）更加注重架次生產(chǎn)裝配的管理。圖1是國內某型飛機裝配生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的基本業(yè)務流程，此流程強調了裝配大綱和制造物料清單管理、物料出入庫、裝配過程控制等環(huán)節(jié)的重要性[3-4]。

1.3 飛機裝配流程分析

飛機裝配流程非常復雜，目前用的比較多的數(shù)字化裝配工作流程如圖 2所示[5]。

2 基于RFID的飛機裝配信息管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)目標

數(shù)字化裝配技術、信息技術與現(xiàn)代管理技術的融合是增強企業(yè)競爭力的最佳選擇。目前，ERP是計劃層管理信息系統(tǒng)的代表，PCS作為自動控制系統(tǒng)的代表，已被制造裝配業(yè)大規(guī)模應用，兩者之間的有效合作被忽略，使兩系統(tǒng)不能進行信息交換。因此，有必要建立飛機裝配過程中的信息管理系統(tǒng)來有效解決這一問題[6]。

建立系統(tǒng)的目標如下：

（1）實現(xiàn)飛機裝配過程中零部件配送環(huán)節(jié)的透明管理；

（2）利用RFID技術對裝配現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動收集處理，實現(xiàn)對裝配零部件的識別和追蹤，提升飛機部件裝配過程中的精細化管理；

（3）為質量追溯提供信息支撐；（4）提高生產(chǎn)效率[2]。

2.2 系統(tǒng)功能

基于RFID的飛機裝配信息管理系統(tǒng)的功能模塊如圖3所示。

2.2.1 基礎數(shù)據(jù)管理

基礎數(shù)據(jù)管理模塊主要是對RFID卡的信息、車間班組信息、人員信息、設備基本信息、生產(chǎn)商信息的管理。

2.2.2 備件存儲管理

備件存儲管理模塊主要分為入庫管理、存儲管理、備件管理、出庫管理。利用RFID技術可完成對入庫、存儲狀態(tài)、出庫、備件的高效統(tǒng)計。同時系統(tǒng)與倉儲位置數(shù)據(jù)的結合分析可為操作人員明確指出工裝設備的存儲位置和存儲狀態(tài)。

系統(tǒng)不僅可以提高物料的配送速度，還可以減少人工參與。

2.2.3 工裝現(xiàn)場管理

裝配現(xiàn)場典型流程圖、車間裝配操作工的工作流程時序圖分別如圖4、圖5所示。

該模塊主要由下面幾個子模塊組成：

（1）計劃任務管理。

該模塊在獲得裝配計劃后，結合裝配過程中所需資源如工裝工具，生成裝配計劃以及裝配所需的物料清單，實時的部署及調整生產(chǎn)計劃。

（2）工藝指導。

在飛機裝配之前，工藝部和生產(chǎn)部已經(jīng)制定了MBOM（制造物料清單）和AO（裝配大綱），可以在此模塊將MBOM和AO導入到系統(tǒng)中，并且可以管理每個裝配大綱中的工序以及各種裝配參數(shù)，以維護裝配大綱的正確性和有效性，保證裝配的順利進行。

當裝配人員掃描需要裝配的產(chǎn)品時，會獲得與該產(chǎn)品相關的BOM信息、裝配工藝、作業(yè)指導書、裝配示例照片、視頻及零件條碼等技術數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)裝配人員可以快速準確地完成裝配工作，避免了裝配中零件漏裝、錯裝等工作失誤，降低了返修成本。

圖4 裝配現(xiàn)場工作流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of working flow of assembly site

（3）裝配進度監(jiān)控。

利用RFID讀寫器讀取電子標簽上的信息，可以實時地查詢現(xiàn)場裝配情況，為AO和MBOM的更改提供依據(jù)，還可以將零部件信息和裝配要求動態(tài)地呈現(xiàn)到工位顯示屏上。目的是為管理者提供車間的實時裝配信息，以督促和調整各個工序段的裝配[7]。

（4）返修品管理。

質檢部門發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)品時，讀取電子標簽可獲得產(chǎn)品的所有生產(chǎn)信息，然后將所發(fā)現(xiàn)問題寫入電子標簽，將產(chǎn)品移至返修位。完成返修后，操作人員將故障原因、解決方案、返修工位等維修信息寫入電子標簽。該部分信息通過網(wǎng)絡傳輸至計算機相應數(shù)據(jù)庫，通過計算機即可實現(xiàn)對返修產(chǎn)品信息的查詢與管理。

（5）工時與效益。

電子標簽中記錄著每一道工序的操作人員及起始時間，并且通過系統(tǒng)可隨時查看以上信息，方便統(tǒng)計企業(yè)的生產(chǎn)情況及效益、項目所用工時及人力成本，同時，為員工的考核提供重要的標準。

（6）位置信息。

工裝過程中設備的位置查找嚴重制約著裝配的進度，通過電子標簽和RFID讀取設備在每次讀取電子標簽信息時定位設備所在位置，并且寫入標簽中，通過信息處理生成裝配車間各種設備分布的分布圖，便于直觀地定位指定設備所在位置，并且可以給特定設備規(guī)定指定的活動范圍。當讀取設備讀取的位置信息超過指定范圍時可以發(fā)出警報，提高工裝現(xiàn)場的裝配效率。

（7）可靠性管理。

對工裝設備的可靠性管理可以提高設備的安全性與使用壽命，可以大大提高設備使用效率，增加生產(chǎn)效益?？煽啃怨芾碇饕ǎ侯A計壽命管理、定期維護管理、測試與試驗、故障與排故。

·預計壽命管理：通過計算、工程經(jīng)驗、試驗分析等手段評估設備的預期使用壽命，對預期壽命進行管理，合理規(guī)劃設備的檢測、維護周期，提高設備實際使用壽命。

·定期維護管理：根據(jù)設備的預期壽命和使用程度以及損壞程度合理制定設備的維護周期、維護方法。本模塊即是對維護策略規(guī)劃與執(zhí)行的管理。

·測試與試驗：將測試與試驗信息，如測試內容、測試時間、測試人員、測試結果等信息寫入電子標簽，掃描電子標簽將測試與試驗信息上傳至系統(tǒng)，實現(xiàn)對測試與試驗信息的記錄與共享。同時，對于測試不合格的產(chǎn)品，將測試遇到的問題寫入電子標簽，返回至指定生產(chǎn)工序，該工序的負責人通過掃描電子標簽可以快速獲得問題信息，加快生產(chǎn)效率。

·故障與排故：裝備在使用過程中如發(fā)現(xiàn)故障，在排故的同時，將故障信息、排故人員、時間、解決方案等信息寫入電子標簽，掃描電子標簽將此信息上傳系統(tǒng)，該模塊記錄的裝備問題及解決方案與客戶信息相關聯(lián)。

2.2.4 客戶端管理

飛機裝配信息管理系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)裝配現(xiàn)場的實時監(jiān)測管理還可以實現(xiàn)遠程終端的領導層決策管理。

（1）現(xiàn)場監(jiān)測管理：工裝現(xiàn)場通過有線傳輸技術，采集裝配過程中產(chǎn)生的信息，授權用戶通過客戶端登陸即可對相關的信息進行操作處理或者發(fā)出指令來指導裝配生產(chǎn)。實現(xiàn)這一功能只需要在工裝現(xiàn)場配備一個臨時數(shù)據(jù)庫即可。

圖5 車間裝配操作工的工作流程時序圖Fig.5 Work flow timing diagram of workshop assembly operator

圖6 裝配系統(tǒng)層次結構Fig.6 Hierarchy structure of assembly system

（2）遠程移動辦公：對于子公司與總公司、各個裝配車間之間、裝配廠與公司之間的信息傳輸需要運用遠程傳輸與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫技術，將信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中，異地的客戶端可以通過賬號登陸網(wǎng)絡客戶端訪問網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的資源。遠程決策層或者管理層發(fā)布的指令也可以通過網(wǎng)絡終端傳輸?shù)礁鱾€子數(shù)據(jù)庫或者臨時數(shù)據(jù)庫[8]。

2.3 系統(tǒng)設計

2.3.1 系統(tǒng)層次結構

裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)分為業(yè)務管理層、過程監(jiān)控層以及數(shù)據(jù)采集層，它們相互聯(lián)系和支撐，如圖 6所示。

數(shù)據(jù)采集層，主要是利用RFID技術，為整個裝配過程收集物流配送和裝配線上的信息提供支持[9]。

過程監(jiān)控層：負責管理裝配過程中飛機零部件的裝配信息以及裝配生產(chǎn)線的狀態(tài)信息，通過企業(yè)級管理信息系統(tǒng)接口實時地將信息傳遞給生產(chǎn)管理部門，使企業(yè)管理層以及現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員可以及時地掌握現(xiàn)場車間裝配生產(chǎn)作業(yè)的情況。同時，管理部門可以依據(jù)從數(shù)據(jù)采集層獲得的信息對裝配現(xiàn)場進行控制，及時調整車間裝配生產(chǎn)計劃，確保AO（裝配大綱）能夠被很好地執(zhí)行。

業(yè)務管理層：指ERP、SCM、PDM等企業(yè)級信息系統(tǒng)，為車間級生產(chǎn)管理、調度的中心[10]。

2.3.2 系統(tǒng)技術架構

系統(tǒng)技術架構如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)技術架構Fig.7 Technical architecture of the system

3 結束語

本文提出的基于RFID技術的飛機裝配生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)可以有效提高飛機裝配企業(yè)的現(xiàn)場管理效率，提高飛機制造企業(yè)的快速響應能力。本研究具體分析了飛機裝配過程的特點，給出了系統(tǒng)功能模塊、層次結構及技術架構，為建立飛機裝配生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供了可行的參考模型。

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