生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索實踐

■ 馬紅濤 余治國 楊軍 / 中國航發(fā)西航

近年來，為提升核心制造能力，中國航發(fā)（AECC）開始大力發(fā)展運營管理體系（AEOS）的建設(shè)，形成了初具規(guī)模的信息化應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)境。但對標世界一流航空發(fā)動機企業(yè)，信息化建設(shè)依然存在應(yīng)用范圍覆蓋不全、普及力度不夠等問題，而聚焦一線操作者的數(shù)字化實踐，則是解決上述問題的有效途徑之一。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)在企業(yè)管理中應(yīng)用的逐步深入，數(shù)字化成為創(chuàng)新企業(yè)管理模式的主流方向之一。中國航發(fā)西航大修中心結(jié)合中國航發(fā)運營管理體系（AEOS）的推進，將信息化融入到了管理生態(tài)環(huán)境中。但由于信息系統(tǒng)多是為部門及管理者提供支撐，產(chǎn)品數(shù)字化、工藝數(shù)字化、生產(chǎn)準備數(shù)字化僅處在探索和局部應(yīng)用階段，數(shù)字化應(yīng)用的關(guān)鍵對象——生產(chǎn)現(xiàn)場操作者——普遍缺乏先進的工具和手段來傳遞和采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對核心制造能力與管理水平的提高帶來較大制約。自2016年起，隨著中國航發(fā)AEOS建設(shè)的推進，通過“三步僵化”“五步優(yōu)化”“一步固化”的管理三步曲，中國航發(fā)西航大修中心從基礎(chǔ)建設(shè)、現(xiàn)場改進、工藝提升等方面進行細化完善，取得了一定實踐效果，特別是2019年以數(shù)字化應(yīng)用“最后一公里”試點建設(shè)為契機，開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索實踐，初步打通了一條貫穿信息系統(tǒng)到生產(chǎn)操作者的數(shù)字化橋梁。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體框架

中國航發(fā)西航大修中心的發(fā)動機修理數(shù)字化應(yīng)用“最后一公里”實踐，是圍繞從訂單到交付（OTD）的生產(chǎn)制造全流程梳理形成的標準化管理體系，對生產(chǎn)組織方式進行精益化改造，并以此為基礎(chǔ)，連接技術(shù)、生產(chǎn)、服務(wù)和管理一線的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打通一條貫穿信息系統(tǒng)到生產(chǎn)過程最前端操作者的數(shù)字化橋梁，解決了一線操作者信息化手段缺乏、標準化工程數(shù)據(jù)不足等問題。這種將標準化體系、精益生產(chǎn)管理與數(shù)字化管控充分融合，服務(wù)于生產(chǎn)一線的運行管理模式，是提高企業(yè)柔性生產(chǎn)效率、提升企業(yè)競爭力最直接的手段。在數(shù)字化應(yīng)用“最后一公里”實踐過程中，以建設(shè)目標為引領(lǐng)，統(tǒng)籌考慮數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)應(yīng)用、過程管理等業(yè)務(wù)域內(nèi)容，兼顧操作者、管理者、顧客關(guān)系管理，提出了“1234”總體建設(shè)框架體系，指導后續(xù)建設(shè)工作的開展與實施。

圖1 數(shù)字化“最后一公里”總體框架

數(shù)字化生產(chǎn)線的特點分析

通過西航大修中心的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前期實踐探索，數(shù)字化轉(zhuǎn)型生產(chǎn)線應(yīng)具有以下幾個主要特點。

作業(yè)數(shù)據(jù)直達工位

航空發(fā)動機由于其結(jié)構(gòu)的復雜性和零件的多樣性，目前普遍采取集體作業(yè)的人工裝配方式。工位作為航空發(fā)動機作業(yè)的最小單元， 需要精準的獲取包含作業(yè)計劃、裝配指令、物料齊套等數(shù)據(jù)。通過在工位配置一體機，并開發(fā)門戶界面，保證操作者能夠在單界面上獲取所有的生產(chǎn)作業(yè)信息，消除操作者在作業(yè)等待和信息查詢等過程中的時間浪費。

工檢文件多卡合一

發(fā)動機裝配時，需要大量的工藝文件和質(zhì)量記錄指導現(xiàn)場作業(yè)。傳統(tǒng)的工藝文件和質(zhì)量記錄表單均為紙質(zhì)文件，無法實現(xiàn)現(xiàn)場的快速查詢和作業(yè)數(shù)據(jù)的及時、準確記錄，不利于后期質(zhì)量數(shù)據(jù)的追溯和統(tǒng)計分析工作。通過體系建設(shè)和工藝載體優(yōu)化，將班產(chǎn)計劃、工藝規(guī)程、質(zhì)量控制卡等多卡合一，并依托信息化平臺，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的無紙化辦公。作業(yè)數(shù)據(jù)的電子化管理，既能提高現(xiàn)場的技術(shù)狀態(tài)管控，又為后期的質(zhì)量追溯和統(tǒng)計分析提供了保障，同時還能有效降低一線操作者的作業(yè)采集負擔。

制檢一體與數(shù)字化采集

航空發(fā)動機的裝配過程涉及大量參數(shù)需要采集記錄，如高度、質(zhì)量、配合間隙、跳動量、擰緊力矩、平整度等。傳統(tǒng)的手工測量難免會存在人為因素引起的誤差，即便是二檢、三檢也難以保證航空發(fā)動機的高精度要求。通過推廣使用數(shù)字化檢測工具和設(shè)備，不僅能夠有效提高測量的準確性，同時采集數(shù)據(jù)直接被系統(tǒng)記錄，降低了人為因素的影響，提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。同時，發(fā)動機裝配往往需要設(shè)置檢驗人員對裝配過程進行監(jiān)控。檢驗工作或多或少會占用操作者的有效工作時間，同時也缺乏有效的手段保證檢驗人員的全程參與。探索制檢一體的作業(yè)模式，利用高清攝像頭和圖像對比技術(shù)，對裝配過程中的漏裝、錯裝、裝配不到位等進行監(jiān)控，實現(xiàn)裝配和檢驗工作的同步進行，及時預(yù)警，提高作業(yè)質(zhì)量和效率。

精準配送與信息化管理

傳統(tǒng)的配送方式為按臺配送，一次性為現(xiàn)場配置了單臺發(fā)動機裝配所需的所有零件、工具和輔材等資源，物料的堆放侵占了作業(yè)現(xiàn)場的有效生產(chǎn)面積。通過生產(chǎn)計劃的精準下發(fā)與配送計劃的自動生成，實現(xiàn)物料到現(xiàn)場的精準配送，作業(yè)現(xiàn)場只存放當班的物料資源，有效地改善現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。同時要實現(xiàn)物料的精準配送，必須先實現(xiàn)物料資源的信息化管理，利用數(shù)字化立體庫，結(jié)合物料清單，實現(xiàn)零件的自動配套，并采用條形碼識別技術(shù)，實現(xiàn)零件的快速周轉(zhuǎn)。

問題快反和保障機制

要實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的高效運轉(zhuǎn)，必須保證現(xiàn)場生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的技術(shù)、質(zhì)量、缺件等問題能夠在第一時間內(nèi)被解決。傳統(tǒng)的人工傳遞方式無法保證問題反饋的準確性和及時性，通過安燈系統(tǒng)和物理地址識別技術(shù)，讓操作者能夠在工位上直接發(fā)起問題，業(yè)務(wù)部門也能夠即時獲取出現(xiàn)問題的臺份、部件、工位、計劃等信息，以便能夠針對問題快速解決。

人機工程和助力裝配

良好的人機工程設(shè)計能夠降低作業(yè)人員的勞動強度，提升裝配效率和質(zhì)量。多自由度裝配平臺，助力翻轉(zhuǎn)、搬運設(shè)備，可升降裝配架，通過自動化設(shè)備的應(yīng)用，保證操作者在工作時能夠保持健康、舒適的姿態(tài)。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型場景分析和需求分析

實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首先需對生產(chǎn)現(xiàn)場進行場景分析，并確定數(shù)字化轉(zhuǎn)型的建設(shè)內(nèi)容和改善點。

基于精益裝配線描繪業(yè)務(wù)全景

圍繞生產(chǎn)準備、生產(chǎn)計劃、技術(shù)質(zhì)量和過程控制等4條主線，力求真實再現(xiàn)操作者在日常生產(chǎn)過程中的動作和節(jié)拍，然后通過信息化手段的應(yīng)用，改善操作者的信息傳遞效率和數(shù)據(jù)采集效率，通過優(yōu)化作業(yè)流程和作業(yè)環(huán)境，提高現(xiàn)場作業(yè)效率，形成最終的場景框架。

分析子流程輸入、輸出，明確建設(shè)內(nèi)容及改善點

以O(shè)TD流程組梳理為基礎(chǔ)，利用供應(yīng)者、輸入、流程、輸出和客戶（SIPOC）組織系統(tǒng)分析法，關(guān)注各子流程輸入、輸出，從“開工前、作業(yè)過程、質(zhì)量控制、完工”4個階段梳理操作者每日工作內(nèi)容，按照作業(yè)順序?qū)⒉僮髡哧P(guān)注的內(nèi)容直接推送至工位，提升操作者過程能力。

操作者開工前需求包括生產(chǎn)計劃、物料、生產(chǎn)保障。其建設(shè)重點為：一是通過排產(chǎn)實現(xiàn)作業(yè)計劃的編制、下發(fā)以及班產(chǎn)任務(wù)的可視化推送，使操作者在工位直接獲取當日生產(chǎn)任務(wù)；二是通過流程與庫存的銜接，實現(xiàn)物料齊套性檢查的自動化、數(shù)字化管理；三是利用二維碼和條碼技術(shù)實現(xiàn)零組件的快速周轉(zhuǎn)交接；四是基于班產(chǎn)任務(wù)實現(xiàn)工裝輔材的主動配送；五是建立點檢表管理，可使用平板電腦進行移動點檢，并以圖像、視頻形式對檢查結(jié)果進行記錄。

操作者作業(yè)過程需求包括進度反饋、數(shù)據(jù)采集、問題快反。其建設(shè)重點為：一是基于操作者標準作業(yè)指導卡建立發(fā)動機分解、故障檢查、修理、裝配過程的數(shù)字化管理，實現(xiàn)計劃執(zhí)行的實時監(jiān)控、反饋；二是作業(yè)表單電子化和數(shù)字化檢測工具、手段的集成應(yīng)用，提高操作者作業(yè)數(shù)據(jù)采集的效率和準確性；三是開發(fā)安燈系統(tǒng)，成立快反團隊，實現(xiàn)現(xiàn)場問題的快速暴露與解決。

圖2 數(shù)字化“最后一公里”應(yīng)用場景

操作者質(zhì)量控制需求包括可視化引導、質(zhì)量警示、不合格品審理。其建設(shè)重點為：一是通過制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)的集成應(yīng)用，實現(xiàn)工藝規(guī)程推送，操作者在工位可直接查看規(guī)程文件；二是具備以圖像、視頻為媒介的裝配引導功能，以及更直觀的展示裝配關(guān)系；三是工檢一體，通過圖像識別技術(shù)和數(shù)字化檢測系統(tǒng)，自動檢測作業(yè)數(shù)據(jù)是否合格，作業(yè)流程是否規(guī)范，警示操作者；四是通過故障提交功能，實現(xiàn)不合格品的在線提交、審理和閉環(huán)。

操作者完工需求包括工時結(jié)算、統(tǒng)計報表。其建設(shè)重點為：一是基于定額數(shù)據(jù)的應(yīng)用，自動進行工時核算，實時反饋工時完成情況；二是對操作工班產(chǎn)任務(wù)狀態(tài)監(jiān)控、計劃完成率和生產(chǎn)周期進行統(tǒng)計分析。

圖3 3P模擬效果

數(shù)字化轉(zhuǎn)型流程設(shè)計

根據(jù)數(shù)字化總體框架和數(shù)字化生產(chǎn)線的特點并針對上述需求，對數(shù)字化轉(zhuǎn)型進行流程設(shè)計。

聚焦一個中心

數(shù)字化應(yīng)用“最后一公里”的建設(shè)始終圍繞一線操作者，通過對操作者需求進行分析，明確改進內(nèi)容，并借助流程優(yōu)化、人員配備和信息化技術(shù)，使操作者在工位上，直接獲取生產(chǎn)計劃、物料、工藝文件、數(shù)控程序、問題快反等的生產(chǎn)資源和生產(chǎn)保障。

完善兩大基礎(chǔ)

為確保生產(chǎn)運行流程清晰、通暢、無斷點，圍繞“管理基礎(chǔ)”“信息化環(huán)境”，查找打通“最后一公里”的堵點、難點、問題點。在管理基礎(chǔ)方面，編制實施細則114份、管理制度73份、可視化指導手冊、工藝規(guī)程547份，有效保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的順利運行。在信息化方面依托生產(chǎn)管控系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成，實現(xiàn)MES、企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)和數(shù)字化檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的連通，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的全流程數(shù)字化管理。同時通過在工位配置一體機、掃碼槍、電子看板等基礎(chǔ)設(shè)備，完善信息化硬件環(huán)境。

圖4 生產(chǎn)線仿真

優(yōu)化三條流程

一是開展價值流分析，促進加工流改善。使用甘特圖、面條圖和價值流程圖等工具，開展生產(chǎn)布局流程分析優(yōu)化，對各個單元體部件的資源情況進行改進，通過在紙面討論分析，提出改進意見，包括工作臺間隔距離、人員工位站位等，識別過程中存在的“爆炸點”，為后續(xù)精益生產(chǎn)線改進提供依據(jù)。

二是工藝布局模擬，確定物流優(yōu)化路徑。著眼系統(tǒng)整體高效運行，以廠房搬遷為契機，開展“沙盤模擬、3P模擬和生產(chǎn)線仿真”，優(yōu)化“物流、信息流、加工流”。

三是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，明確信息流流轉(zhuǎn)。大修中心在技術(shù)管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理和成本管理等方面運用信息化手段對業(yè)務(wù)流程和作業(yè)數(shù)據(jù)進行管理。系統(tǒng)建設(shè)依托公司現(xiàn)有信息化管理平臺，通過系統(tǒng)集成和功能開發(fā)，形成完整的發(fā)動機維修信息化管理平臺，實現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)共享，提高公司整體信息化水平。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)構(gòu)建

數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)的構(gòu)建的關(guān)鍵在于打通4個方面的“最后一公里”。

一是打通生產(chǎn)計劃“最后一公里”。應(yīng)用MES系統(tǒng)和高級計劃與排程系統(tǒng)（APS），以及從ERP中獲取的生產(chǎn)訂單信息，依據(jù)發(fā)動機工廠日歷、設(shè)備日歷、設(shè)備負荷、排產(chǎn)規(guī)則、人員出勤等資源信息，生成工區(qū)可執(zhí)行的作業(yè)及工序計劃；工段長再將計劃細化至班產(chǎn)任務(wù)，方便操作者通過工人門戶進行接收、操作與完工上報。為了便于操作者對生產(chǎn)計劃、工藝流程和質(zhì)量要求的全面掌握，設(shè)計時采用以工藝流程為載體的計劃管理、質(zhì)量管理和定額管理，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、工藝要求、質(zhì)量控制卡、定額工時四卡合一。操作者在作業(yè)采集時，系統(tǒng)能夠自動抓取生產(chǎn)進度，即時反饋至管理部門，并能通過不同的色標展示出現(xiàn)場作業(yè)的狀態(tài)，如正常執(zhí)行為綠色，超期執(zhí)行為黃色，出現(xiàn)問題停工為紅色等。此外，為保證班產(chǎn)計劃的準確性和可執(zhí)行性，以訂單計劃為依據(jù)，結(jié)合發(fā)動機齊套性檢查功能，自動生成零件需求計劃、成附件需求計劃等，拉動現(xiàn)場資源配套，保證生產(chǎn)任務(wù)能夠按計劃開展。

二是打通工藝管理“最后一公里”。集成PDM系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝規(guī)程的直接調(diào)用。開展工藝標準化、精益化改進并結(jié)合操作者加工需求，實施工藝規(guī)程結(jié)構(gòu)化改善，實現(xiàn)工藝文件編制、審批等流程的線上管理。與此同時，利用產(chǎn)品或工藝的基本相似性和衍生相似性，對加工工藝進行設(shè)計、優(yōu)化，并將工藝規(guī)程轉(zhuǎn)換成以圖片、動畫為媒介的可視化工藝，指導現(xiàn)場作業(yè)。操作者通過工位一體機可直接接收、查閱工藝文件。為保證操作者能夠按工藝要求進行作業(yè)，同時也為消除檢驗提交的過程等待，開發(fā)工檢一體的數(shù)字化單元建設(shè)。通過圖像識別技術(shù)和數(shù)字化檢測系統(tǒng)，操作者在裝配過程中，系統(tǒng)能夠根據(jù)工藝預(yù)設(shè)的檢驗計劃和標準示圖，自動判斷流程是否正確、裝配是否到位、數(shù)據(jù)是否合格等，并通過不同的指示燈警示操作者。

三是打通生產(chǎn)保障“最后一公里”。班產(chǎn)計劃生成后，生產(chǎn)管控系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)內(nèi)容調(diào)用PDM中相關(guān)工序的零件、工具、輔材信息，生成工位配送計劃，并于開工前一日推送至配送部門；配送部門則結(jié)合自身的齊套性檢查功能，快速核對缺料信息，并通過新品領(lǐng)用、零件串換、優(yōu)選優(yōu)配等功能，實現(xiàn)快速集配，保證配送計劃順利執(zhí)行。操作者通過工人門戶確認配送信息，并于完工后報工回收工裝器具；同時通過二維碼技術(shù)高效獲取零件狀態(tài)與位置信息，通過車間的詳細制造數(shù)據(jù)和過程系統(tǒng)（MDC）實時獲取工區(qū)設(shè)備狀態(tài)信息。此外為保障生產(chǎn)作業(yè)過程中數(shù)據(jù)錄入的準確性，采用數(shù)字化檢測工具快速采集現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)。

圖5 多元信息驅(qū)動智能化自抗擾控制模式

四是打通過程控制“最后一公里”。應(yīng)用安燈系統(tǒng)，操作者可實時上報突發(fā)的停工問題，拉動多功能團隊快速解決問題。開發(fā)故障提交功能，實現(xiàn)不合格品的在線提交、審理和閉環(huán)。

在實現(xiàn)上述現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)字化管理的基礎(chǔ)上，大修中心開展了發(fā)動機維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析工作。從質(zhì)量（Q）、成本（C）、交付期（D）指標入手，對發(fā)動機的一次試車合格率、廢品波動、班產(chǎn)計劃完成率、返修件、在制品、現(xiàn)場問題等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)的有效利用。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型效果

數(shù)字化應(yīng)用“最后一公里”建設(shè)后，相關(guān)業(yè)務(wù)流程得到了進一步的優(yōu)化。為固化管理要求，重新梳理IT管理要素，建立基于信息化系統(tǒng)使用的IT管理流程，制定IT管理細則38份，固化生產(chǎn)實踐過程中各項管理要求，指導員工日常工作開展，規(guī)范員工行為習慣。

經(jīng)過體系建設(shè)、系統(tǒng)性改善，大修中心對生產(chǎn)流程進行了優(yōu)化，建立了操作標準，實施了工藝精益化，“節(jié)拍和標準作業(yè)”已經(jīng)明晰；同時，在減少附帶作業(yè)時間方面，改進了計劃下達方式、縮短了物料準備、工具準備、輔材準備時間，改變了檢驗檢測方法和問題處理方式，細化了能力平衡，將發(fā)動機裝配周期由過去的150天左右，縮短到68～86天，一次試車合格率提升3%。在物料配套方面，全面細化了物料需求計劃，開展了工具和輔材配送，齊套率有效改善。通過內(nèi)抓潛能、外抓配套，體系建設(shè)的實踐帶來了產(chǎn)能提升30%的良好成效，任務(wù)交付趨向均衡。

結(jié)束語

未來航空發(fā)動機裝配專業(yè)的發(fā)展方向，一定是朝著脈動式生產(chǎn)、柔性裝配、智能制造的方向發(fā)展。后續(xù)西航大修中心的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，將圍繞數(shù)字化工藝/工廠規(guī)劃、數(shù)字化運營管控、數(shù)字化生產(chǎn)、數(shù)字化裝配/檢測/物流技術(shù)、數(shù)字化服務(wù)和數(shù)字化裝備6個方面繼續(xù)開展，建立涵蓋生產(chǎn)運營全過程的發(fā)動機維修數(shù)字化管控平臺。