固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥稱量過(guò)程管控系統(tǒng)

◎西安航天化學(xué)動(dòng)力有限公司 白濤

稱量工序是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥的關(guān)鍵工序，其準(zhǔn)確性是決定固體發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵因素。本文圍繞固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥稱量過(guò)程管控系統(tǒng)，分析其總體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用效果和技術(shù)創(chuàng)新，并提出了未來(lái)發(fā)展建議。

稱量工序是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥的首道工序，也是推進(jìn)劑質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序，主要分為三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，即原材料準(zhǔn)備和預(yù)處理、原材料稱量、原材料加料和預(yù)混。生產(chǎn)過(guò)程主要是手工作業(yè)，自動(dòng)化、信息化程度低，容易產(chǎn)生錯(cuò)拿錯(cuò)用、原材料稱量、加料錯(cuò)誤等問(wèn)題，數(shù)字化管控手段欠缺。整個(gè)推進(jìn)劑生產(chǎn)過(guò)程不可逆，一旦出現(xiàn)原材料的稱量加料量錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)劑配比發(fā)生變化，推進(jìn)劑各組分間的交聯(lián)反應(yīng)方式變化，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，影響推進(jìn)劑力學(xué)、燃速等性能，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此，稱量工序的準(zhǔn)確性是決定固體發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵因素。

一、系統(tǒng)構(gòu)建目標(biāo)

以產(chǎn)品質(zhì)量為核心，運(yùn)用信息化、自動(dòng)化控制技術(shù)為手段，構(gòu)建基于稱量工序從任務(wù)、工藝、管理、資源協(xié)同的一體化生產(chǎn)制造體系，形成固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑稱量工序過(guò)程質(zhì)量管控的新模式及可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化體系。實(shí)現(xiàn)小組份原材料在預(yù)處理、稱量、加料生產(chǎn)過(guò)程中的人員、物料、設(shè)備、工藝、環(huán)境等的過(guò)程精細(xì)化質(zhì)量管控；實(shí)現(xiàn)大宗原材料KZ、703 膠、鋁粉控制系統(tǒng)與MES 系統(tǒng)協(xié)同生產(chǎn)，形成稱量工序全過(guò)程的工藝過(guò)程數(shù)據(jù)信息在線自動(dòng)采集、產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)程預(yù)警、預(yù)判管控、生產(chǎn)過(guò)程信息數(shù)據(jù)展示，為稱量工序向數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。

二、構(gòu)建思路

稱量過(guò)程質(zhì)量管控系統(tǒng)以稱量任務(wù)為指引，以質(zhì)量控制為核心，從結(jié)構(gòu)化工藝分解為始，到產(chǎn)品數(shù)據(jù)包的形成與應(yīng)用為終，以“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”的統(tǒng)一編碼、標(biāo)準(zhǔn)定義、過(guò)程管控、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用貫穿稱量全過(guò)程，形成稱量全過(guò)程閉環(huán)管理。

稱量過(guò)程質(zhì)量管控系統(tǒng)涵蓋從獲取技術(shù)通知單，稱量工序工藝記錄（稱量工藝）編制、稱量工藝卡、稱量過(guò)程系統(tǒng)控制、車間現(xiàn)場(chǎng)物料管理等整個(gè)稱量生產(chǎn)過(guò)程，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)稱量工序的生產(chǎn)過(guò)程信息、生產(chǎn)操作記錄等稱量過(guò)程的控制和數(shù)據(jù)的管理及產(chǎn)品質(zhì)量綜合管控。

三、關(guān)鍵技術(shù)

（一）人臉匹配驗(yàn)證技術(shù)

通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的帶班長(zhǎng)、主副操作、操作員進(jìn)行身份識(shí)別、資質(zhì)匹配驗(yàn)證、權(quán)限設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的精細(xì)化管理，控制人員的知悉范圍，防止生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員的交叉作業(yè)。

（二）物料、設(shè)備精確管控技術(shù)

通過(guò)對(duì)（不同精度、分度、量程）電子秤、小組分原材料的條碼標(biāo)識(shí)，在稱量過(guò)程中對(duì)每一種原材料、使用的電子秤進(jìn)行掃碼確認(rèn)，并匹配該型號(hào)生產(chǎn)的工藝要求，系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)證原材料（名稱、批次、有效期、廠家）、電子秤（分度值、量程、精度、規(guī)格），實(shí)現(xiàn)小組份原材料、電子秤的精確使用，用系統(tǒng)驗(yàn)證替代人檢查確認(rèn)，防止出現(xiàn)原材料、電子秤的錯(cuò)拿、錯(cuò)用的現(xiàn)象。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 原材料過(guò)程掃碼與工藝驗(yàn)證

（三）數(shù)字化工藝技術(shù)

通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化的工藝方法，可快速編制工藝規(guī)程；通用材料處理規(guī)程，可以直接引用到工藝規(guī)程編制中；技術(shù)規(guī)范文件的集中管理，便于工藝員隨時(shí)翻閱查看。

通過(guò)對(duì)稱量過(guò)程中原材料準(zhǔn)備階段總量、各組份鍋次需求量，工藝技術(shù)參數(shù)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，替代人工計(jì)算、錄入數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)人為差錯(cuò)帶來(lái)的質(zhì)量隱患。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的制定、審批、下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)及工藝質(zhì)量技術(shù)（工藝規(guī)程、工藝卡片、工藝技術(shù)通知單），實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)質(zhì)量文件的在線審批，自動(dòng)分發(fā)至生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，提高工藝技術(shù)人員的管理效率，控制文件、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。

通過(guò)對(duì)稱量、加料工藝過(guò)程的視頻監(jiān)控，可通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)型號(hào)任務(wù)，為事后的全過(guò)程質(zhì)量追溯提供依據(jù)。

（四）在線數(shù)據(jù)檢測(cè)預(yù)警技術(shù)

通過(guò)對(duì)環(huán)境溫濕度（稱量間、工房、室外環(huán)境）的在線檢測(cè)，并比對(duì)工藝對(duì)環(huán)境的要求，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度的時(shí)實(shí)質(zhì)量預(yù)警提示，輔助生產(chǎn)作業(yè)。

四、攻克的技術(shù)難點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新點(diǎn)

（一）提高數(shù)字化工藝編制效率

系統(tǒng)對(duì)配方材料的計(jì)算公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置、對(duì)產(chǎn)品配方物料進(jìn)行模板化維護(hù)、對(duì)通用規(guī)程及典型工序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化模板設(shè)置，使在工藝數(shù)據(jù)編制環(huán)節(jié)中可進(jìn)行參照、引用、輸入?yún)?shù)值即可計(jì)算等方式，極大提高了工藝人員在系統(tǒng)中進(jìn)行工藝拆解的效率，讓工藝人員從原本繁重復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化工藝編制工作中解放出來(lái)，提高工作效率。

（二）車間班組的任務(wù)縱向貫通

系統(tǒng)根據(jù)稱量工藝路線自動(dòng)進(jìn)行工序任務(wù)分解；自動(dòng)為工序任務(wù)匹配工藝卡，如果出現(xiàn)多個(gè)版本，則進(jìn)行手工指定；自動(dòng)根據(jù)工序材料與工藝裝備清單進(jìn)行資源齊套檢查，提示材料和工藝裝備欠缺和占用情況以及工房占用情況；資源齊套后，可以進(jìn)行工序任務(wù)下達(dá)，生成派工單傳遞到班組現(xiàn)場(chǎng)觸摸終端。

（三）生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)據(jù)的管控透明化

各工序完成后需要錄入生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)，作為工藝改進(jìn)和質(zhì)量追朔的依據(jù)；結(jié)合各工序生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)提取、關(guān)聯(lián)，形成相對(duì)完整的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)積累，可以作為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)生產(chǎn)工藝的依據(jù)。

圖3 環(huán)境溫濕度的檢測(cè)預(yù)警

圖4 車間調(diào)度計(jì)劃

圖5 班組生產(chǎn)執(zhí)行任務(wù)分發(fā)

五、應(yīng)用效果與經(jīng)驗(yàn)

（1）對(duì)稱量工序生產(chǎn)過(guò)程中人員、原材料、工藝、環(huán)境溫濕度等要素的質(zhì)量管控，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程操作進(jìn)行步步管控，提升了產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、一致性和減少人為差錯(cuò)。

（2）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)稱量工藝參數(shù)實(shí)時(shí)采集，對(duì)工藝視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處置，降低損失。

（3）形成了完備的稱量過(guò)程數(shù)據(jù)包，方便后期進(jìn)行質(zhì)量追溯以及質(zhì)量分析與改進(jìn)。

（4）形成了稱量工序級(jí)知識(shí)庫(kù)，便于長(zhǎng)期的知識(shí)積累和重復(fù)利用，提升生產(chǎn)管理效率。

目前項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)及質(zhì)量管控模式，已向裝藥車間混合、澆注、硫化工序進(jìn)行推廣，后續(xù)可推廣至7416 廠田王廠區(qū)、成東城區(qū)及輞川廠區(qū)原材料準(zhǔn)備車間、殼體絕熱包覆車間、發(fā)動(dòng)機(jī)總裝車間的具體應(yīng)用。

六、總結(jié)與展望

稱量工序質(zhì)量管控系統(tǒng)建設(shè)的范圍包括小組份原材料的稱量、加料過(guò)程的質(zhì)量管控，該工序還包含大宗原材料KZ、703 膠、鋁粉的自動(dòng)稱量、加料、預(yù)混。

根據(jù)廠兩化融合的整體規(guī)劃，2020年將聚焦田王廠區(qū)稱量工序，開(kāi)展數(shù)字化單元建設(shè)工作，通過(guò)對(duì)稱量工序信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)的新建、升級(jí)、改造、整合，來(lái)實(shí)現(xiàn)稱量工序從原材料生產(chǎn)準(zhǔn)備、原材料自動(dòng)稱量、加料預(yù)混全過(guò)程的數(shù)字化協(xié)同生產(chǎn)以及人機(jī)料法環(huán)測(cè)的過(guò)程質(zhì)量管控，打通廠、車間、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝、資源、計(jì)劃任務(wù)信息數(shù)據(jù)縱向的雙向傳遞，橫向聯(lián)動(dòng)MES 系統(tǒng)、DNC 系統(tǒng)、粘液自動(dòng)稱量系統(tǒng)、鋁粉過(guò)篩預(yù)烘加料系統(tǒng)的協(xié)同生產(chǎn)控制，構(gòu)建基于稱量工序從任務(wù)、工藝、管理、資源協(xié)同的一體化生產(chǎn)制造模式。

同時(shí)結(jié)合廠生產(chǎn)管理特性，利用現(xiàn)有的信息化、自動(dòng)化的條件，梳理裝藥車間混合、澆注、硫化工序的質(zhì)量控制點(diǎn)，根據(jù)稱量工序過(guò)程質(zhì)量管控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推廣實(shí)施，使裝藥車間逐步形成體系化的數(shù)字化質(zhì)量管控。