航天器制造新型調(diào)度管控模式的研究與實踐

王 彬，周 勇，劉金山

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

航天器制造新型調(diào)度管控模式的研究與實踐

王 彬，周 勇，劉金山

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

針對航天器制造形勢和面臨的問題，結合航天器制造特點，提出了基于過程實時監(jiān)控的航天器制造新型調(diào)度管控模式的總體構想和方案規(guī)劃，進行了航天器制造過程管控平臺總體架構的研究與設計；在平臺框架基礎上，針對業(yè)務分析流程，構建了產(chǎn)品制造管控平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)了型號研制計劃流程、零部件研制進度、計劃執(zhí)行情況、質量信息和設備運行狀態(tài)等的實時監(jiān)控與分析。實施應用達到了預期效果。

制造管控；調(diào)度模式；航天器

0　引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展和軍事建設等需求的增長，國家對航天器應用需求持續(xù)快速增長。衛(wèi)星研制數(shù)量快速增長，且覆蓋了諸多領域，使得衛(wèi)星狀態(tài)復雜、種類繁多，對衛(wèi)星研制生產(chǎn)的管理能力提出了更高要求。同時，衛(wèi)星產(chǎn)品是小子樣研制和單件小批生產(chǎn)，隨著任務量的增加和研制周期持續(xù)縮短，呈現(xiàn)多型號并行交叉、多生產(chǎn)模式并存、技術狀態(tài)復雜、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包要求嚴格的特色，如何按時保質完成快速增長的生產(chǎn)任務，成為航天器制造面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。任務形勢上需要航天制造系統(tǒng)實現(xiàn)總體上的轉變，從生產(chǎn)過程入手，全面提升型號生產(chǎn)過程調(diào)度管控與決策能力，快速定位并解決生產(chǎn)瓶頸問題，促進生產(chǎn)效率全面提升。

1　現(xiàn)狀與問題

當前，航天事業(yè)已進入跨越式發(fā)展階段，科研生產(chǎn)管理能力和效率急需提升。依靠增加人員和設備，資金投入大、建設周期長；依靠加班加點雖能應對突發(fā)性任務增長，但長期加班加點增加了低層次質量概率，產(chǎn)品研制過程進度與質量控制的矛盾突現(xiàn)。主要問題體現(xiàn)在：

1）各個型號以項目為主線組織生產(chǎn)，生產(chǎn)計劃調(diào)度管控以人為為主，控制粒度、手段和方法因人而異，除部分關鍵任務節(jié)點通過周調(diào)度會統(tǒng)一協(xié)調(diào)外，其他節(jié)點的進度、質量信息只由型號調(diào)度個人掌握，不能對零件、工序等不同級別的計劃進行優(yōu)化控制，生產(chǎn)過程計劃與綜合協(xié)調(diào)成本居高不下。

2）車間執(zhí)行情況信息不透明，車間任務和資源情況不能有效共享，生產(chǎn)計劃安排缺乏資源信息支撐，型號生產(chǎn)過程不能從全局視角進行整體考量，生產(chǎn)調(diào)度仍然擺脫不了“信息基本靠吼、調(diào)度基本靠走”的方式，難以保證進度信息獲取和總體計劃優(yōu)化，生產(chǎn)不良狀態(tài)無法事前預防與快速定位。

3）型號綜合管控信息獲取手段相對落后（主要依賴電話、會議等進行交流溝通），效率低、不及時；信息化作為有效提升管理能力的重要手段，單個信息系統(tǒng)在型號研制過程中也逐漸發(fā)揮了作用，但是科研生產(chǎn)信息分散于多個應用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分散性導致管理層難以直觀快速地獲取型號研制整體情況，影響了對型號研制全過程進度與質量等的實時監(jiān)測、分析與精準決策，制約了研制效率和生產(chǎn)能力的進一步提升。

2　航天器制造新型調(diào)度管控模式總體構想

針對上述問題，型號制造調(diào)度管控模式的變革勢在必行。充分考慮當前型號任務需求，從戰(zhàn)略上全面規(guī)劃適應型號特色的航天器制造新型調(diào)度管控模式，實現(xiàn)過程實時監(jiān)控，結果綜合分析，調(diào)度快速反應，以適應型號和企業(yè)轉型發(fā)展需要。

2.1總體思路

綜合現(xiàn)有應用系統(tǒng)、基礎設施和新型管理決策模式的優(yōu)勢，搭建一個可擴展的支撐企業(yè)發(fā)展的統(tǒng)一數(shù)據(jù)架構和數(shù)據(jù)分析平臺，從全局視角，實現(xiàn)科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢，研制進度、質量信息、關鍵設備狀態(tài)等的直觀實時監(jiān)控，提高制造過程調(diào)度管控能力和生產(chǎn)溝通效率，最終達到轉變目前以電話和會議為主進行科研生產(chǎn)調(diào)度的型號管理模式。同時，通過經(jīng)營、財務、設備物資、人力資源等信息的分析與應用，支撐企業(yè)綜合經(jīng)營管控與資源優(yōu)化配置。在此基礎上，構建企業(yè)戰(zhàn)略決策模型和運營模型，實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略價值評價、財務和成本預測分析以及動態(tài)利潤管理優(yōu)化等，形成支撐企業(yè)戰(zhàn)略轉型的宇航產(chǎn)品制造管控體系，讓管理層及時掌控企業(yè)整體運行狀況，實現(xiàn)從經(jīng)驗決策向數(shù)據(jù)決策的支撐轉變。

圖1　航天器制造新型調(diào)度管控模式構建總體思路

2.2方案規(guī)劃

航天型號產(chǎn)品設計和生產(chǎn)過程屬于研制類型，需要在制造過程中進行不斷完善，整個型號項目研制全過程的各個環(huán)節(jié)都將對研制質量和成敗產(chǎn)生影響。因此，調(diào)度管控以產(chǎn)品零部件為對象，緊密圍繞科研生產(chǎn)實現(xiàn)精細化全過程管理，實現(xiàn)整體任務和零部件進度監(jiān)控和質量追溯[1]?；诖颂攸c，依據(jù)上述總體思路，對航天型號產(chǎn)品制造調(diào)度管控模式進行規(guī)劃。

1）基于數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)源集成框架體系

在充分利用數(shù)據(jù)中心對大型產(chǎn)品數(shù)據(jù)過程和狀態(tài)管理以及產(chǎn)品結構關系組織等數(shù)據(jù)集成的基礎上，實現(xiàn)對工藝、生產(chǎn)、質量、裝配、物資、財務、人力、經(jīng)營等信息的統(tǒng)一管理，形成一套適合航天型號產(chǎn)品制造全過程的數(shù)據(jù)模型和體系，為生產(chǎn)制造全過程信息綜合管控提供基礎支撐[2,3]。

2）以工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)為源頭，以生產(chǎn)計劃為主線貫穿航天型號產(chǎn)品制造全過程的信息三級（廠級、車間級和生產(chǎn)現(xiàn)場級）管控模式

在數(shù)據(jù)源集成框架體系基礎上，以工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)為源頭，以生產(chǎn)計劃為主線，結合航天型號產(chǎn)品精細化過程管控要求，在產(chǎn)品制造過程中，形成由廠級管控、車間級管控、現(xiàn)場級管控構成的“三級”管控策略。廠級管控實現(xiàn)型號研制任務整體狀態(tài)實時監(jiān)控、綜合經(jīng)營分析以及戰(zhàn)略決策支撐等；車間級管控實現(xiàn)對車間任務的實時監(jiān)控與統(tǒng)計等；生產(chǎn)現(xiàn)場級管控實現(xiàn)生產(chǎn)線監(jiān)控、問題報警等?！叭墶惫芸刂g以信息共享方式，實現(xiàn)宏觀微觀結合的型號產(chǎn)品進度管控和綜合分析。

圖2　航天器制造新型調(diào)度管控模式總體方案

3　航天器制造新型調(diào)度管控模式的實踐

在航天器制造新型調(diào)度管控模式規(guī)劃的總體框架下，北京衛(wèi)星制造廠一直在積極推動新的調(diào)度管控模式在制造過程中的實踐。構建了航天器產(chǎn)品制造管控平臺，通過電視墻的展示形式，集中將考核任務包、型號計劃流程、零部件研制進度、質量信息、關鍵設備狀態(tài)、生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等內(nèi)容進行綜合分析與展現(xiàn)，使生產(chǎn)過程狀態(tài)得到實時監(jiān)控，輔助及時決策和問題快速響應。

3.1產(chǎn)品制造管控平臺架構

3.1.1總體架構

依據(jù)航天器制造新型調(diào)度管控模式總體方案，提出如圖3所示的基于數(shù)據(jù)中心的航天器制造過程管控平臺總體架構，由源系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)抽取層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)展現(xiàn)層、信息交付層等五大部分組成。

源數(shù)據(jù)層：即北京衛(wèi)星制造廠正在使用或即將建設的業(yè)務系統(tǒng)，主要包括計劃調(diào)度系統(tǒng)、物資系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、質量系統(tǒng)和電裝系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)抽取層：完成從源系統(tǒng)到數(shù)據(jù)存儲平臺（數(shù)據(jù)中心）的數(shù)據(jù)抽取、檢查、轉換及加載，將各業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合到數(shù)據(jù)存儲平臺，后續(xù)將在數(shù)據(jù)存儲平臺中進行數(shù)據(jù)的進一步處理。

數(shù)據(jù)存儲層：負責存儲全部業(yè)務數(shù)據(jù)，包括科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)、財務數(shù)據(jù)、人力數(shù)據(jù)等，作為企業(yè)級數(shù)據(jù)中心，存放來自各源系統(tǒng)的明細數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)；

圖3　基于數(shù)據(jù)中心的航天器制造過程管控平臺架構

數(shù)據(jù)展現(xiàn)層：以直觀化圖表、圖形化預警器等對零部件研制進度、質量信息、設備資源狀態(tài)等進行分析與展示；

信息交付層：作為終端用戶訪問數(shù)據(jù)信息的入口，包括web方式、大屏幕、會議系統(tǒng)等多種形式，為最終用戶提供圖表瀏覽、報表查詢等功能。另外，兼容以財務、人力等業(yè)務數(shù)據(jù)源為基礎的業(yè)務分析擴展。

3.1.2數(shù)據(jù)中心架構

數(shù)據(jù)管理是產(chǎn)品制造過程管控平臺的技術核心，針對數(shù)據(jù)的存儲和業(yè)務邏輯處理均在數(shù)據(jù)中心完成，在進行數(shù)據(jù)的存儲和業(yè)務邏輯處理時，充分考慮擴展性，數(shù)據(jù)中心架構分成以下三層：

圖4　航天器制造數(shù)據(jù)中心架構

1）基礎數(shù)據(jù)層：原始數(shù)據(jù)的臨時存儲，未來增加更多的業(yè)務系統(tǒng)時，將在本層增加更多的明細報表。

2）數(shù)據(jù)轉換層：存儲和管理對基礎數(shù)據(jù)區(qū)進行業(yè)務合并后的數(shù)據(jù)，按照業(yè)務進行分類，如根據(jù)型號或產(chǎn)品的節(jié)點信息，將各節(jié)點涉及的工藝流程、備料流程、入庫流程、質量單據(jù)等相關信息按照類別進行存儲，通過型號/產(chǎn)品關聯(lián)所有的信息。

3）業(yè)務分析層：業(yè)務分析層中的數(shù)據(jù)使用星型模式進行數(shù)據(jù)的存儲，按照型號、部門、產(chǎn)品等維度對產(chǎn)品進度和質量等進行分析，增加新的產(chǎn)品時，只需要在產(chǎn)品維表中維護產(chǎn)品的編碼信息，無需調(diào)整產(chǎn)品制造過程的業(yè)務分析模型。

數(shù)據(jù)中心作為統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲平臺，負責數(shù)據(jù)的整合、存儲、訪問支持等功能，重點考慮架構可擴展性。

1）可擴展的數(shù)據(jù)接口

業(yè)務系統(tǒng)目前使用Oracle和SQL Server數(shù)據(jù)庫作為底層數(shù)據(jù)庫，未來將會增加新的業(yè)務系統(tǒng)，架構的數(shù)據(jù)采集部分使用SAP軟件平臺，支持廣泛的數(shù)據(jù)接口，在具體實現(xiàn)時，根據(jù)業(yè)務系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)庫軟件來選擇適當?shù)脑L問接口。

2）可擴展的數(shù)據(jù)中心架構

（1）針對應用模塊的擴展。數(shù)據(jù)中心在設計上對數(shù)據(jù)分層存儲，每層的功能和用途保證明確和單一，在最大程度上保證每個數(shù)據(jù)層次間的獨立性。

（2）針對數(shù)據(jù)量的擴展，使用兩種方式來改進數(shù)據(jù)利用效率：充分利用關系型數(shù)據(jù)的優(yōu)化機制來改進數(shù)據(jù)查詢效率，如按照時間、產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)分區(qū)；通過緩存報表對數(shù)據(jù)進行預先存儲，前端圖表從緩存報表取數(shù)據(jù)，不影響最終用戶的查看。

3.2業(yè)務流程

以型號計劃流程進度監(jiān)控為主線，通過考核包任務→計劃流程監(jiān)控→計劃執(zhí)行（工藝、備料、計劃執(zhí)行、計劃報警、關鍵設備狀態(tài)和入庫）詳情→工序進度監(jiān)控→質量信息追蹤，實現(xiàn)從宏觀到微觀、從整體到細節(jié)、宏觀微觀結合的型號產(chǎn)品進度監(jiān)控和分析。整體業(yè)務分析流程如圖5所示。

1）考核包實現(xiàn)型號和產(chǎn)品整體完成情況，包括型號和產(chǎn)品年、季度和月完成情況分析等。

2）型號調(diào)度基于考核包結構樹，在相應的任務節(jié)點下完成計劃流程的編制，編制的計劃流程實行版本管理；通過流程與各類計劃關聯(lián)，實現(xiàn)工藝編制、零件備料、計劃執(zhí)行、入庫情況等的進度監(jiān)控；已完成的型號任務能夠自動在計劃流程上用綠色顯示；對于不能按時完成的流程節(jié)點用紅色顯示。

3）工藝完成情況能夠追蹤到工藝審批進度；備料完成情況能夠追蹤到備料流程進度；生產(chǎn)計劃（裝配計劃）完成情況顯示零件的工序完成狀態(tài)，對于有問題的工序能夠追蹤到質量單據(jù)情況。

4）生產(chǎn)計劃展示周生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況；質量信息實現(xiàn)型號的質量信息分析統(tǒng)計；同時，實現(xiàn)關鍵設備（如：數(shù)控機床）的運行狀態(tài)監(jiān)控。

圖5　航天器制造過程數(shù)據(jù)分析業(yè)務流程

3.3平臺組成與功能

3.3.1平臺組成

平臺分為硬件和軟件兩部分，硬件是軟件執(zhí)行和顯示載體。廠級管控平臺硬件采用電視墻形式，由前維護50寸DLP拼接單元（LED光源）以2×5的方式進行安裝，全屏幕觸；車間級管控平臺硬件使用高亮度顯示的投影系統(tǒng)；現(xiàn)場級管控平臺硬件通過在現(xiàn)場部署60寸大屏幕液晶顯示屏實現(xiàn)。

3.3.2平臺功能

基于SAP BO平臺定制開發(fā)，使用Java語言實現(xiàn)B/S架構，保證部署和維護的方便。

1）廠級管控平臺

實現(xiàn)考核任務包、型號研制計劃流程、零部件研制進度、周計劃執(zhí)行情況、質量信息和設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控等?？己巳蝿瞻鼜男吞柡彤a(chǎn)品兩個維度，實現(xiàn)院下發(fā)的年度考核包的整體完成情況，包括科研生產(chǎn)年、季度和月完成情況和節(jié)點完成率分析等。型號研制計劃流程動態(tài)展示產(chǎn)品部裝或主要結構件的實時節(jié)點完成情況，包括工裝、齊套、外部保障條件的到位情況等，方便協(xié)調(diào)管理任務進度。零部件研制進度實現(xiàn)了零部件的工藝完成、備料完成、生產(chǎn)工序完成，工序質量單據(jù)、理化檢測和入庫進度的綜合展現(xiàn)。周計劃執(zhí)行情況對下周完成計劃和上周計劃執(zhí)行情況（包括未完成任務等）進行匯總分析，適時協(xié)調(diào)管理任務進展。質量信息對型號質量信息統(tǒng)計分析、各部門一次交驗合格率和外協(xié)供方管理，提升質量決策能力。設備運行狀態(tài)監(jiān)控實現(xiàn)了數(shù)控機床運行狀態(tài)、利用率等監(jiān)控與分析，為設備調(diào)度與高效利用提供支撐。

圖6　航天器制造廠級管控平臺功能框架

2）車間級管控平臺

通過間任務實時監(jiān)控展現(xiàn)本車間科研生產(chǎn)任務完成時間節(jié)點要求以及計劃的執(zhí)行進度等，車間任務統(tǒng)計從型號和產(chǎn)品兩個維度顯示全年、每季度、每月的任務完成情況統(tǒng)計等。

3）現(xiàn)場級管控平臺

實現(xiàn)對生產(chǎn)線任務實時監(jiān)控、任務統(tǒng)計以及問題反饋報警等。通過視頻監(jiān)控車間現(xiàn)場工作情況，可調(diào)整攝像頭觀測角度，鏡頭拉伸，便于即時監(jiān)控工位工作情況。

4）可視化協(xié)同

通過可視化協(xié)同工具，實現(xiàn)“三級”管控平臺之間圖像數(shù)據(jù)共享，輔助快速決策。

4　應用效果

目前平臺已進入全型號試運行狀態(tài)，實現(xiàn)了星船產(chǎn)品生產(chǎn)進度、質量信息、關鍵設備狀態(tài)等的實時監(jiān)控與分析，提高了生產(chǎn)過程綜合管控與實時決策水平，在轉變以電話和會議為主進行科研生產(chǎn)管理的型號調(diào)度指揮方式，提升溝通效率等方面作用明顯?；谛吞栍媱澚鞒踢M度監(jiān)控，直觀快速定位生產(chǎn)瓶頸問題（如：物料沒到位，工裝不配套，裝配不齊套等），大大縮短了生產(chǎn)準備時間。通過數(shù)控機床運行狀態(tài)監(jiān)控和運行效率分析，從全局視角考量設備利用狀況，為車間任務實時調(diào)度調(diào)配提供支撐，并為相關管理決策和能力提升提供量化依據(jù)。通過生產(chǎn)現(xiàn)場問題快速反饋，搭建了車間管理與生產(chǎn)現(xiàn)場的信息溝通平臺，實現(xiàn)問題快速解決，僅焊接成形制造中心單月問題處理周期縮短20%以上，特別是實現(xiàn)了問題的不漏項處理，完全杜絕以前靠人為溝通經(jīng)常出現(xiàn)問題太多而漏項進而影響任務進度的狀況。平臺典型應用界面如圖7～圖9所示。

圖7　航天器制造廠級管控平臺

圖8　某型號計劃流程進度監(jiān)控

圖9　數(shù)控機床利用率分析

【】【】

5　結束語

航天器制造新型調(diào)度管控模式是科研生產(chǎn)管理方式變革的要求，是一個本質的生產(chǎn)流程、質量流程變化，是多年型號管理方法、信息化技術應用量化積累的結果。當前，依據(jù)航天器制造新型調(diào)度管控模式的總體規(guī)劃，在型號制造過程中開展了調(diào)度管控模式轉變的一些嘗試，為型號調(diào)度指揮提供了嶄新的技術手段支撐，取得了較好效果，為后續(xù)全方位（包括綜合經(jīng)營管控、戰(zhàn)略決策分析等）推行新型調(diào)度管控模式打下良好的基礎。然而，必須認識到新型調(diào)度管控模式的構建是一個逐步深入和完善的過程，需要依賴業(yè)務流程優(yōu)化、業(yè)務系統(tǒng)完善、生產(chǎn)和經(jīng)營數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)關聯(lián)貫通等，也需要在管理方式、人員習慣和思維意識上進行變革，最終達到轉變當前調(diào)度指揮管控模式，取消周調(diào)度會，提升生產(chǎn)效率、綜合管控能力和決策水平的目的。

[1] Jasserre J B.An integrated model for job shop planning and scheduling[J].Management Sci,1992,38(8)：1201-1211.

[2] 李響爍,祁國寧.基于PLM系統(tǒng)開發(fā)實施的集成產(chǎn)品模型[J].浙江大學學報（工學版）,2008,43(3)：421-423.

[3] 謝洪彥,余志強,許旭東.企業(yè)集成應用系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].航空制造技術,2012,(6)：64-67.

Research and application on new dispatch and management control paradigm for spacecrafts manufacturing

WANG Bin, ZHOU Yong, LIU Jin-shan

TP311.51

A

1009-0134(2016)07-0104-05

2016-04-25

國防基礎科研計劃項目衛(wèi)星數(shù)字化研制綜合集成應用（C0320110002）；國家科技支撐計劃課題航天重大裝備創(chuàng)新設計工程知識管理技術研究與應用（2015BAF18B00）

王彬（1972 -），男，湖北麻城人，高級工程師，博士，研究方向為數(shù)字化制造和數(shù)字化檢測。