基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)全過程數(shù)字化質(zhì)量管控應(yīng)用

◎西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 劉天陽(yáng) 雍楚曼

面對(duì)“十三五”期間“數(shù)量多、難度大、要求高、周期緊”的航天液體動(dòng)力制造“新常態(tài)”，為提高工廠研制能力，適應(yīng)繁重的生產(chǎn)任務(wù)及型號(hào)研制需求，進(jìn)一步提升液體動(dòng)力核心制造能力，西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司積極探索液體動(dòng)力制造技術(shù)與信息化技術(shù)融合應(yīng)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(chǎng)數(shù)字化質(zhì)量管控新模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)全流程數(shù)字化管理，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制水平。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為運(yùn)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(dòng)機(jī)是高溫、高壓和高熱流密度的復(fù)雜熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，工作環(huán)境惡劣，制造要求極高。發(fā)動(dòng)機(jī)研制流程復(fù)雜，涉及機(jī)械加工、鍛造、鑄造、鈑金、焊接、特種加工、裝配等22 個(gè)制造專業(yè)，67 種工藝方法，專業(yè)之間交叉頻繁，工序高達(dá)十萬多道。

西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司是我國(guó)大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)專業(yè)廠，主要從事常規(guī)運(yùn)載、新一代運(yùn)載液氧煤油等型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制生產(chǎn)。

面對(duì)“十三五”期間“數(shù)量多、難度大、要求高、周期緊”的航天液體動(dòng)力制造“新 常態(tài)”，為提高工廠研制能力，適應(yīng)繁重的生產(chǎn)任務(wù)及型號(hào)研制需求，進(jìn)一步提升液體動(dòng)力核心制造能力，工廠積極探索液體動(dòng)力制造技術(shù)與信息化技術(shù)融合應(yīng)用。使信息化條件成為工廠進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制、確保發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和交付能力，滿足不斷增加的型號(hào)任務(wù)需求。

一、需求分析

工廠現(xiàn)階段生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制模式難以適應(yīng)精細(xì)化質(zhì)量管理需求，制約了發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量管理水平的提高。在技術(shù)狀態(tài)控制方面，紙質(zhì)工藝規(guī)程和跟蹤卡樣本依靠人為編制，存在技術(shù)狀態(tài)不一致風(fēng)險(xiǎn)；在制造資源保障方面，原材料領(lǐng)料發(fā)錯(cuò)料、零組件配套出庫(kù)錯(cuò)誤、現(xiàn)場(chǎng)使用的工裝、量具存在超期使用風(fēng)險(xiǎn)；在過程控制與量化控制方面，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)記錄存在錯(cuò)填、漏填風(fēng)險(xiǎn)，不同車間協(xié)作數(shù)據(jù)傳遞存在出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)；在質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總方面，質(zhì)量數(shù)據(jù)包存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

面對(duì)上述實(shí)際情況和嚴(yán)格的質(zhì)量管控要求，需借助信息化手段，從“質(zhì)量數(shù)據(jù)定義、采集、傳遞與應(yīng)用”層面，以信息化驅(qū)動(dòng)質(zhì)量管理，積極探索液體動(dòng)力制造技術(shù)與信息化技術(shù)的融合應(yīng)用。使得信息化成為加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制、確保發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。從而進(jìn)一步提高液體動(dòng)力產(chǎn)品質(zhì)量和交付能力。

二、建設(shè)目標(biāo)

為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)全制造過程數(shù)字化質(zhì)量管控目標(biāo)，需在工藝、資源、計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、質(zhì)量數(shù)據(jù)包等方面借助信息化手段，建設(shè)以質(zhì)量管控為目的的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化質(zhì)量管控新模式，通過工藝、計(jì)劃、資源、生產(chǎn)之間的互聯(lián)、互通，協(xié)同作業(yè)進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)質(zhì)量管控能力、提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性。具體包括：

實(shí)現(xiàn)從零件原材料領(lǐng)用——零件生產(chǎn)——部組件裝配——整機(jī)裝配制造全過程數(shù)字化質(zhì)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(jì)和分析報(bào)表，直觀反映產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度及異常情況，為生產(chǎn)管理提供決策支持和幫助。

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)流程化與約束化。將結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確傳遞至現(xiàn)場(chǎng)，為現(xiàn)場(chǎng)提供唯一的制造要求；現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照工藝文件要求，以約束性流程控制為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)串行流轉(zhuǎn)，隨源錄入和存儲(chǔ)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)判讀校驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量超差超包絡(luò)情況，提升現(xiàn)場(chǎng)控制水平。

實(shí)現(xiàn)質(zhì)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(tái)。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(dòng)機(jī)質(zhì)量管理要求，快速生成質(zhì)量數(shù)據(jù)包，提升質(zhì)量復(fù)查效率，滿足型號(hào)交付要求。

三、技術(shù)路徑

工廠緊密結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)研制過程，圍繞工藝、生產(chǎn)、資源、質(zhì)量四大業(yè)務(wù)主線，以數(shù)字化、信息化驅(qū)動(dòng)質(zhì)量管理，并將它們作為開展質(zhì)量精細(xì)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(shè)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(tái)建設(shè)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(chǎng)質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)源頭。

2、生產(chǎn)計(jì)劃與資源管理系統(tǒng)：以Dynamics AX 為平臺(tái)建設(shè)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)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(dá)生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)，管理原材料、型號(hào)成品、工藝裝備等庫(kù)存、建立信息臺(tái)賬，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制提供基礎(chǔ)資源保障。

3、制造執(zhí)行系統(tǒng)：以Camstar 為平臺(tái)建設(shè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（下文稱MES）。圍繞產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤卡，進(jìn)行跟蹤卡創(chuàng)建、原材料領(lǐng)料、零組件配套、產(chǎn)品派工、參數(shù)填寫記錄、產(chǎn)品報(bào)工與檢驗(yàn)的全流程管理，對(duì)產(chǎn)品全生產(chǎn)過程的質(zhì)量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)隨源記錄和存儲(chǔ)。

4、質(zhì)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(jì)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(zhì)量參數(shù)、配套信息等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總生成五單信息統(tǒng)計(jì)、三類關(guān)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(jì)、力矩?cái)Q緊記錄匯總、多媒體數(shù)據(jù)匯總等表格，形成完整的質(zhì)量數(shù)據(jù)包。

四、建設(shè)內(nèi)容

（一）發(fā)動(dòng)機(jī)裝配全過程數(shù)字化質(zhì)量管控架構(gòu)

隨著工廠信息化工作推進(jìn)，工廠信息系統(tǒng)體系架構(gòu)逐漸完善，基本形成以工藝設(shè)計(jì)、任務(wù)下達(dá)與資源管控、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量管理為四大核心業(yè)務(wù)的體系架構(gòu)。初步建立以裝配計(jì)劃為龍頭、以裝配工藝規(guī)程為指導(dǎo)、以現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行為主線、以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)、以質(zhì)量管控為目的的裝配生產(chǎn)執(zhí)行控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠生產(chǎn)過程的數(shù)字化質(zhì)量管控，實(shí)時(shí)記錄、存儲(chǔ)及共享實(shí)時(shí)的裝配過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，并最終快速生成質(zhì)量數(shù)據(jù)包。

（二）基于TC 平臺(tái)的工藝結(jié)構(gòu)化管理

結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)作為下游生產(chǎn)、質(zhì)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(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)管理模式應(yīng)用研究，改變目前工藝數(shù)據(jù)紙質(zhì)管理模式，統(tǒng)一表達(dá)、管理各環(huán)節(jié)產(chǎn)品相關(guān)的各種結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)，避免信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、冗余，初步建立適應(yīng)三維業(yè)務(wù)模式的管理機(jī)制，充分發(fā)揮數(shù)字化應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)流程主要涉及設(shè)計(jì)BOM 接收、產(chǎn)品BOM 重構(gòu)、結(jié)構(gòu)化工藝路線管理、結(jié)構(gòu)化材料定額管理、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)化信息傳輸至MES，工藝結(jié)構(gòu)信息用于MES 中驅(qū)動(dòng)生成約束性控制流程，工序結(jié)構(gòu)化信息工藝規(guī)程現(xiàn)場(chǎng)展示，指導(dǎo)工人現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

（三）基于AX 平臺(tái)的資源電子化管控

發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)計(jì)劃與資源管理系統(tǒng)主要現(xiàn)了實(shí)生產(chǎn)任務(wù)投產(chǎn)、原材料庫(kù)存管理、型號(hào)產(chǎn)品庫(kù)存管理等。完成了生產(chǎn)任務(wù)的快速下達(dá)，原材料出庫(kù)的包絡(luò)控制、型號(hào)產(chǎn)品的精準(zhǔn)配套等工作，為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控提供制造資源數(shù)據(jù)。

（四）基于Camstar 平臺(tái)的生產(chǎn)執(zhí)行約束

建設(shè)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，主要實(shí)現(xiàn)了工藝、計(jì)劃、原材料領(lǐng)料、零組件配套、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)工、參數(shù)填寫、協(xié)作調(diào)度、檢驗(yàn)、系統(tǒng)集成等過程的全數(shù)字化管控。同時(shí)，通過MES 平臺(tái)與各系統(tǒng)進(jìn)行集成聯(lián)動(dòng)，打通和AX、TC之間的數(shù)據(jù)鏈路，自動(dòng)接收提取相關(guān)工藝和生產(chǎn)任務(wù)信息，記錄產(chǎn)品制造的過程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，反饋產(chǎn)品制造進(jìn)度和質(zhì)量信息，提高工廠生產(chǎn)管理水平，進(jìn)一步滿足制造過程科學(xué)化、規(guī)范化和精細(xì)化管理的需要，圖2 為生產(chǎn)車間報(bào)表。

（五）質(zhì)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(dòng)機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包要求，以產(chǎn)品生產(chǎn)過程中實(shí)際物流為依托，以跟蹤卡、合格證為質(zhì)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(kù)存管理、物資管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的產(chǎn)品配套關(guān)系、電子質(zhì)量跟蹤卡信息、原材料領(lǐng)料記錄、“五單”單據(jù)等質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動(dòng)形成以設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)、工藝關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)、過程關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)、代料情況統(tǒng)計(jì)等為主要內(nèi)容的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)包，以滿足型號(hào)交付要求。

五、自主可控情況

本項(xiàng)目已通過國(guó)防科工局技改條件及中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司課題立項(xiàng)，整個(gè)項(xiàng)目由工廠牽頭開展，信息化系統(tǒng)二次開發(fā)100%具備國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，項(xiàng)目實(shí)施過程中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)全歸工廠所有。其中，《基于MES 的結(jié)構(gòu)化質(zhì)量參數(shù)動(dòng)態(tài)展示平臺(tái)》《基于TC工藝質(zhì)量參數(shù)結(jié)構(gòu)化管理系統(tǒng)》《基于AX 的自動(dòng)化配套庫(kù)存管理系統(tǒng)》已獲國(guó)家計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)。

六、應(yīng)用效果與經(jīng)驗(yàn)

通過項(xiàng)目實(shí)施，工廠所有專業(yè)均已應(yīng)用以MES 為核心平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)全過程數(shù)字化質(zhì)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(chǎng)數(shù)字化質(zhì)量管控新模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)全流程數(shù)字化管理，進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制水平。具體應(yīng)用效果如下：

（一）建立了符合工廠特色的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化質(zhì)量管控模式

通過圍繞質(zhì)量精細(xì)化管理開展信息化條件建設(shè)，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(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配全過程數(shù)字化質(zhì)量管控應(yīng)用新模式。同時(shí)，還建立了數(shù)字化工藝師團(tuán)隊(duì)，積累了大量數(shù)字化工作實(shí)施與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

（二）以結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)為核心，為制造過程的質(zhì)量控制提供唯一數(shù)據(jù)源

工藝數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、開具跟蹤卡源頭數(shù)據(jù)，也是現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量參數(shù)記錄的源頭數(shù)據(jù)，通過實(shí)施TC 系統(tǒng)將工藝文件顆粒度細(xì)化、關(guān)鍵工藝參數(shù)量化、質(zhì)量參數(shù)結(jié)構(gòu)化，提升工藝文件指導(dǎo)性，保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)質(zhì)量。在質(zhì)量參數(shù)定義時(shí)明確參數(shù)要求值上下限，為現(xiàn)場(chǎng)合格校驗(yàn)提供依據(jù)，同時(shí)，工藝更改與工藝文件關(guān)聯(lián)，確保工藝更改全過程可追溯。

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

通過實(shí)施AX 系統(tǒng)，管理原材料、成品庫(kù)存、工裝、量具、合格證臺(tái)賬，實(shí)現(xiàn)制造過程資源數(shù)據(jù)的信息化管理。同時(shí)，在AX 中進(jìn)行原材料出庫(kù)包絡(luò)、成品出庫(kù)批次、地面件、試車件等驗(yàn)證，進(jìn)一步保證產(chǎn)品質(zhì)量。此外，依據(jù)產(chǎn)品BOM 和工藝路線制定車間任務(wù)，為MES 開具質(zhì)量跟蹤卡提供任務(wù)源頭數(shù)據(jù)。建立統(tǒng)一工裝、量具、物資編碼，實(shí)現(xiàn)工裝、量具、物資條碼化管理，規(guī)范工廠業(yè)務(wù)。

（四）以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控為主體，執(zhí)行約束化現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理作為發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)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(shí)施，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量跟蹤卡的自動(dòng)生成，無紙化原材料領(lǐng)料，零組件配套，多媒體記錄，現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)錯(cuò)填、漏填、合格、包絡(luò)校驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)所用工裝、量具超期校驗(yàn)，同時(shí)，在MES 中實(shí)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(chǎng)質(zhì)量管控。此外，基于工廠統(tǒng)一的MES 平臺(tái)實(shí)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(zhì)量。

（五）以質(zhì)量數(shù)據(jù)包的自動(dòng)生成為落腳點(diǎn)，確保生產(chǎn)質(zhì)量

質(zhì)量數(shù)據(jù)包生成系統(tǒng)目前已在工廠廣泛應(yīng)用，自動(dòng)提取MES、AX 中數(shù)據(jù)形成五單統(tǒng)計(jì)、原材料裝機(jī)清單、三類關(guān)鍵特性、包絡(luò)分析等產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，大幅減輕工藝人員質(zhì)量復(fù)查的工作量，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

七、示范推廣情況

工廠依據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)和生產(chǎn)流程，建立了數(shù)字化質(zhì)量管控體系，打通了工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量、資源之間的數(shù)據(jù)通路，建立了符合液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造特點(diǎn)的信息化框架體系。該項(xiàng)目在離散制造型企業(yè)，特別是航空航天領(lǐng)域，具備很強(qiáng)的代表性，其統(tǒng)一平臺(tái)模式和各系統(tǒng)集成模式也具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

八、后續(xù)發(fā)展思路及計(jì)劃

結(jié)合工廠信息化建設(shè)整體規(guī)劃，后續(xù)將進(jìn)入效益提升階段和價(jià)值鏈提升階段，工廠還將重點(diǎn)開展包括通過與工業(yè)控制網(wǎng)的集成，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備質(zhì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、商務(wù)智能應(yīng)用、智能制造新模式探索等工作。