“黑燈”工廠生產(chǎn)管理模式研究與實施

田源、俞元喨、張紅超、劉樹彬、商杰 /北京精密機電控制設(shè)備研究所

按照北京精密機電控制設(shè)備研究所伺服機構(gòu)直屬件精密機加生產(chǎn)線工藝布局總體要求，機加中心169 號一層的機加設(shè)備在2015 年已初具規(guī)模，數(shù)控銑加工中心獨立生產(chǎn)加工，完成先進制造模式第一階段的設(shè)備就位工作，建成直屬件加工單元生產(chǎn)線。

為了大幅縮短伺服機構(gòu)直屬件殼體的加工周期，提高設(shè)備利用率，提高批次質(zhì)量一致性，減輕人員勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，研究所于2015年8 月開始依托中國航天科技集團有限公司重大工藝專項，開展了“伺服機構(gòu)殼體‘黑燈’加工示范單元建設(shè)研究”；2017 年5 月開始，依托航天科技集團重大工藝專項，開展了“基于機器人的航天伺服產(chǎn)品智能制造技術(shù)研究”，并在此基礎(chǔ)上大力推進“黑燈”工廠建設(shè)工作。研究團隊對原有加工中心進行工藝優(yōu)化布局，并配置了工業(yè)機器人、AGV物流、立體化倉庫、零點定位系統(tǒng)等自動化輔助設(shè)施，實現(xiàn)了自動化上下料、自動化倉儲配送等功能；配備了生產(chǎn)線集中管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了車間設(shè)備層100%工業(yè)互聯(lián)，生產(chǎn)設(shè)備遠程監(jiān)控，生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的集中管理、調(diào)度和控制。目前已建成數(shù)控銑加工中心自動化生產(chǎn)線，具備24h 無人連續(xù)加工能力。生產(chǎn)線的三維俯瞰圖如圖1 所示。

圖1 生產(chǎn)線的三維俯瞰圖

技術(shù)創(chuàng)新改變了之前單臺機床獨立加工的生產(chǎn)管理模式，為了更好適應(yīng)自動化生產(chǎn)模式，充分發(fā)揮“黑燈”工廠的生產(chǎn)能力，保障各項科研生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，需對“黑燈”工廠的生產(chǎn)管理模式進行探索。從2019 年試運行開始，研究所一直在探索和完善“黑燈”工廠的生產(chǎn)管理方案。2020 年，面對繁重的生產(chǎn)任務(wù)，“黑燈”工廠在批生產(chǎn)方面體現(xiàn)出較大優(yōu)勢，研究團隊也在生產(chǎn)過程中不斷優(yōu)化、完善“黑燈”工廠生產(chǎn)管理方案及班組生產(chǎn)管理細則。

一、工作與實踐

“黑燈”工廠生產(chǎn)管理模式主要研究以下3 個方面內(nèi)容：一是車間集中管控系統(tǒng)管理功能的建設(shè)；二是從車間及班組層面進行組織生產(chǎn)、排產(chǎn)和生產(chǎn)管理制度建設(shè)；三是從指導(dǎo)“黑燈”工廠的技術(shù)管理方面進行制度建設(shè)，統(tǒng)一及優(yōu)化工藝技術(shù)要求。

1.車間集中管控系統(tǒng)管理功能的建設(shè)

生產(chǎn)線集中管控系統(tǒng)是提升自動化生產(chǎn)線管理水平的核心，其以生產(chǎn)計劃為源頭，以設(shè)備、人員等生產(chǎn)資源為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)計劃進行人工排產(chǎn)/自動排產(chǎn)后的派工，對計劃執(zhí)行情況進行監(jiān)控和采集，并將車間管理集于一體，實現(xiàn)車間完工及時檢驗、及時報工、及時反饋，將生產(chǎn)計劃、車間執(zhí)行、倉庫管理間數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)成一個閉環(huán)。

在車間集中管控系統(tǒng)開發(fā)階段，中心針對傳統(tǒng)管理模式的不足及自動化生產(chǎn)模式的需求，在生產(chǎn)管理方面建設(shè)了生產(chǎn)計劃調(diào)度管理、生產(chǎn)設(shè)備管理、物料及刀具管理功能模塊。

（1）計劃調(diào)度管理功能可保障計劃人員根據(jù)物料、刀具、工裝的到位情況，加工工藝和數(shù)控程序的齊套情況，編制切實可行的生產(chǎn)線生產(chǎn)計劃，同時支持計劃調(diào)度員對車間生產(chǎn)計劃進行查找、新增、變更和作廢等操作，并對生產(chǎn)計劃進度進行追蹤和查詢。計劃排產(chǎn)功能示意圖如圖2所示。

圖2 計劃排產(chǎn)功能示意圖

（2）生產(chǎn)設(shè)備管理功能包含設(shè)備互聯(lián)互通、監(jiān)測及控制功能，設(shè)備故障報警及故障避讓功能。設(shè)備互聯(lián)互通、監(jiān)測及控制功能可實現(xiàn)機床和其他設(shè)備遠端可視化在線監(jiān)控及運行數(shù)據(jù)分析，并可以通過圖形、列表等方式展現(xiàn)不同類型設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，自動生成統(tǒng)計報表。設(shè)備故障報警及故障避讓功能可實現(xiàn)異常情況報警，對生產(chǎn)線運行異常情況進行提醒，并對簡單故障按級別進行避讓，對于無法識別的故障原因，采取直接停機處理并報警的處理措施，并將狀態(tài)反饋給生產(chǎn)線集中管控系統(tǒng)。

（3）物料及刀具管理功能實現(xiàn)了對生產(chǎn)線加工中所需的物料毛坯、工裝、半成品、成品、刀具的信息化庫存管理，可實現(xiàn)對物料、工裝、產(chǎn)品的出入庫管理功能，對現(xiàn)有庫存與實際需求的盤點管理功能，對生產(chǎn)異常產(chǎn)生的物料退庫管理功能，以及對庫內(nèi)物料及刀具信息的多維度實時準確查詢、管理功能，在數(shù)據(jù)處理上節(jié)省了人力、物力和倉儲空間，提高了作業(yè)效率。

通過建設(shè)車間集中管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)管理模式的變革，極大提升了生產(chǎn)線的管理水平。

2.生產(chǎn)管理方面的規(guī)章制度建立

生產(chǎn)加工模式的變化要求修訂和制定相應(yīng)的規(guī)章制度，用于指導(dǎo)和保障“黑燈”工廠的有序運轉(zhuǎn)。規(guī)章制度的前期起草工作需立足“黑燈”工廠所在的班組，保證各項規(guī)章制度“從群眾中來到群眾中去”。項目組在充分了解自動化生產(chǎn)線的運行流程基礎(chǔ)上，從中心層、車間層、班組層、生產(chǎn)線層4個層面詳細制定了18 項切實可行的規(guī)章制度。生產(chǎn)管理制度組成框架如圖3 所示。

圖3 生產(chǎn)管理制度組成框架

（1）在機加中心層面制定了《“黑燈”工廠管理方案》《“黑燈”工廠生產(chǎn)加工組織模式》《“黑燈”單元的保養(yǎng)及快速維修制度》，從機加中心層面的管理制度上規(guī)范了“黑燈”工廠的組織生產(chǎn)和綜合管理，明確了班組的人員配備和崗位職責(zé)、班組生產(chǎn)加工組織模式、人員操作技能培養(yǎng)等。

（2）在車間層面制定了《“黑燈”工廠的排產(chǎn)、首件調(diào)試、批交檢流程》《“黑燈”工廠班組生產(chǎn)管理細則》《“黑燈”工廠班組安全管理細則》《“黑燈”工廠倒班、值班制度》《“黑燈”工廠工時考核辦法（試運行）》《“黑燈”工廠合理化建議改進征集獎勵辦法》，從車間層面制定了“黑燈”工廠的排產(chǎn)、交檢、工時、值班、獎勵等一系列詳細的管理制度和辦法。

（3）在班組層面細化了《班組人員倒班、值班輪換辦法》《班組內(nèi)月度考核細則》《班組內(nèi)設(shè)備檢查及保養(yǎng)細則》《班組內(nèi)安全檢查細則》，班組內(nèi)進行了多次“黑燈”單元、中控系統(tǒng)、刀具庫及線邊庫的技術(shù)培訓(xùn)。

（4）制定了《智能制造單元安全環(huán)保操作規(guī)程》《智能制造單元安全須知》《機器人安全環(huán)保操作規(guī)程》《線邊庫安全環(huán)保操作規(guī)程》《線邊庫安全須知》，并通過所級評審，從安全和操作層面保證“黑燈”工廠的安全規(guī)范運行。

研究所從不同層面制定了不同的規(guī)章制度，規(guī)范和保障了“黑燈”工廠的良好運行。

3.工藝技術(shù)管理方面的制度建立

在“黑燈”工廠實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，研發(fā)人員需要修訂和完善工藝技術(shù)管理方面的制度，使其工藝技術(shù)文件及體系可以很好地與“黑燈”工廠生產(chǎn)模式匹配。

（1）制定了《基于“黑燈”3R 托盤二次設(shè)計通用工裝的方法》，規(guī)范了“黑燈”加工單元內(nèi)工裝的設(shè)計思路，統(tǒng)一了工裝接口，將機電型號的芯軸工裝進行了通用化、產(chǎn)品化設(shè)計開發(fā)，優(yōu)化設(shè)計各產(chǎn)品各工序所需工裝，工裝需具備高通用性，可滿足同一類型產(chǎn)品的裝夾定位需求，大幅降低了工裝數(shù)量及工裝費用支出。機電作動器芯軸工裝如圖4所示。

圖4 機電作動器芯軸工裝實物圖

（2）制定了《基于“黑燈”單元加工零件的首件調(diào)試、檢驗點設(shè)置方案》《“黑燈”單元加工零件的半精加工和精加工檢驗點設(shè)置細則》，將應(yīng)用于“黑燈”加工單元的工藝文件進行了統(tǒng)一優(yōu)化、細化，主要優(yōu)化、細化思路是根據(jù)半精加工和精加工要求對首件交檢數(shù)量、檢驗尺寸及形位公差的精度等級進行優(yōu)化檢測。

通過建立工藝技術(shù)管理方面的制度，統(tǒng)一了“黑燈”工裝的設(shè)計思路，使其向工裝標準化邁進，在檢驗點的設(shè)置思路上也進行了規(guī)范要求，做到“黑燈”工廠內(nèi)工裝設(shè)計、工藝設(shè)計、檢驗點設(shè)置的標準化統(tǒng)一要求。

二、實踐效果

1.項目達到的目標

“黑燈”工廠通過前期的技術(shù)研究和試運行迭代過程，在技術(shù)上已經(jīng)滿足多型號大批量生產(chǎn)加工需求。之后通過1 年多的多型號大批量實際加工運行工作，“黑燈”工廠生產(chǎn)管理模式和相應(yīng)的規(guī)章制度及技術(shù)規(guī)范都已制定完畢并得以實施，已經(jīng)達到運行良好、規(guī)章制度健全的目標。

2.取得的效果

“黑燈”工廠的效果如何不能僅靠自動化技術(shù)應(yīng)用情況及規(guī)章制度制定情況來評價，最終還是要通過其實際產(chǎn)能來檢驗其效果，以下將通過2020年全年的產(chǎn)能來說明“黑燈”工廠生產(chǎn)管理模式創(chuàng)新取得的效果。

“黑燈”工廠所在班組現(xiàn)有8 人，10 臺機床，2020 年全年“黑燈”工廠完成機電殼體、液壓殼體、油泵關(guān)鍵零件等共計約幾千件產(chǎn)品的加工工作；完成了其他小型零件近千件的車銑復(fù)合和五軸序加工工作。在人員未增加的情況下，“黑燈”單元24h開機運行，中心的產(chǎn)能比應(yīng)用“黑燈”工廠之前有了大幅度提升。

尤其是在第一次新冠疫情發(fā)生初期，3 位外地同志無法返回工作崗位，班長帶領(lǐng)4 位同志將“黑燈”工廠運轉(zhuǎn)起來。2021 年的疫情對“黑燈”工廠的影響微乎其微，這得益于“黑燈”工廠的自動化水平，不再像原來那樣設(shè)備高度依賴操作人員（正常班每臺機床1 人，24h 三班倒每臺機床3 人）。

在2020 年任務(wù)極其繁重的情況下和受新冠疫情的影響，中心的伺服生產(chǎn)任務(wù)完成情況良好，大部分功勞要歸于“黑燈”工廠的順利高效運轉(zhuǎn)，因為全年任務(wù)中工序最長、加工量最大的伺服機構(gòu)殼體全在“黑燈”工廠加工。

后續(xù)，中心仍將探索和完善“黑燈”工廠智能生產(chǎn)線的管理模式。此管理模式和經(jīng)驗可以應(yīng)用在研究所正在建設(shè)的智能生產(chǎn)線管理中，也為自動化生產(chǎn)線大規(guī)模應(yīng)用后的制度改革提供經(jīng)驗參考。