液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉 恒，胡 鵬，徐蓓蓓

（北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076）

0 引言

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、外協(xié)采購(gòu)等工作中，已廣泛應(yīng)用了信息化手段，大幅提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。但是在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)過程中信息化管理水平仍然較低，信息傳遞以紙質(zhì)文件為主，傳遞準(zhǔn)確性差，不但影響現(xiàn)場(chǎng)工作效率，而且造成生產(chǎn)管理和質(zhì)量信息共享不及時(shí)，大量的紙質(zhì)文件也給后期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及統(tǒng)計(jì)分析帶來了較大困難。同時(shí)，無法做到對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)管控，無法追蹤生產(chǎn)任務(wù)當(dāng)前的進(jìn)度，無法實(shí)現(xiàn)追溯管理等[1]。

在這種情況下，本文針對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)的特點(diǎn)開發(fā)一套生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，通過生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間零部件倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)及裝配作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信息化管理。該生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)是基于MES 基礎(chǔ)上進(jìn)行的應(yīng)用擴(kuò)展和功能延伸。MES 傳統(tǒng)定義為制造執(zhí)行系統(tǒng)，涵義是能通過信息化傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理[2-4]。發(fā)生事故時(shí)，MES 能及時(shí)地對(duì)其進(jìn)行分析處理。其迅速的應(yīng)答能力提升了貨物的生產(chǎn)效率。MES 的雙向信息傳輸為管理者提供了生產(chǎn)供應(yīng)鏈實(shí)時(shí)信息，為管理者下達(dá)新的指令提供了依據(jù)[5-9]。

閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)部分主要包括硬件方案設(shè)計(jì)和軟件方案設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)中同時(shí)分析閥門生產(chǎn)過程該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和貢獻(xiàn)。

1 總方案設(shè)計(jì)

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)是應(yīng)用于生產(chǎn)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁，能通過信息傳遞，對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個(gè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，并根據(jù)當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)車間進(jìn)行指導(dǎo)和處理。生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)可以提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、人力管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購(gòu)管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊[10-12]。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究主要包括閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)自身的開發(fā)以及與閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)和物資管理系統(tǒng)的集成。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。圖中，生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)主要由閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)和物資管理系統(tǒng)兩個(gè)部分進(jìn)行集成，閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)從物資管理系統(tǒng)中獲取物料、客戶、生產(chǎn)任務(wù)單、投料單等信息，從設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的工藝路線信息以及打標(biāo)信息等，采用二維碼管理模塊將原材料的入庫(kù)、領(lǐng)用、退料、產(chǎn)品的完工入庫(kù)信息提交給物資管理系統(tǒng)，并將生產(chǎn)加工過程信息記錄在自身的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備檢索使用。

圖1 閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)包括PC端功能和采集器功能的開發(fā)。PC 端功能包括管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及制定詳細(xì)的業(yè)務(wù)功能?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的管理主要包括故障代碼與工序管理以及客戶、員工、任務(wù)單等基礎(chǔ)資料的管理；業(yè)務(wù)功能主要包括生產(chǎn)任務(wù)管理、工序變更、進(jìn)度查詢以及作業(yè)日志等。采集器功能包括原材料入庫(kù)、領(lǐng)料、盤點(diǎn)、組裝加工、工序流轉(zhuǎn)、檢驗(yàn)合格、產(chǎn)品入庫(kù)以及產(chǎn)品出庫(kù)等功能。

閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的主要過程是：原材料工位的員工利用手持采集器進(jìn)入零件配套模塊，然后下載任務(wù)單，對(duì)相應(yīng)零件原材料進(jìn)行掃碼導(dǎo)入系統(tǒng)中用于后續(xù)工序操作；工序流轉(zhuǎn)模塊的員工根據(jù)任務(wù)單匹配出工序路線，然后根據(jù)手持采集器中顯示的工序名稱、工位號(hào)、參數(shù)要求等進(jìn)行具體的工序操作，每一道工序完成后點(diǎn)擊確認(rèn)即可進(jìn)入下一道工序；工序路線完成后再進(jìn)行工序檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)過程中出現(xiàn)產(chǎn)品不合格的情況，檢驗(yàn)員就在系統(tǒng)中點(diǎn)擊工序返回，將任務(wù)提交回設(shè)計(jì)階段，修改結(jié)束后重新進(jìn)入工序階段；檢驗(yàn)合格后進(jìn)入產(chǎn)品包裝環(huán)節(jié)，根據(jù)從液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)的打標(biāo)信息進(jìn)行打標(biāo)以及裝箱；最后產(chǎn)品入庫(kù)、出庫(kù)。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊執(zhí)行

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)功能模塊的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總體建設(shè)包括兩方面內(nèi)容，一方面是硬件條件的建設(shè)，包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)布線、計(jì)算機(jī)配置、二維碼打印機(jī)配置、數(shù)據(jù)采集器（數(shù)據(jù)采集器）配置以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)展示設(shè)備等；另一方面是軟件開發(fā)與實(shí)施，開發(fā)內(nèi)容包括二維碼技術(shù)、流程管理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。二維碼技術(shù)是通過研究原料二維碼、產(chǎn)品二維碼、包裝二維碼、人員二維碼、工序二維碼及設(shè)備二維碼等規(guī)則，通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)二維碼的配置和有效管理，二維碼打印機(jī)打印二維碼信息數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)對(duì)人員操作、設(shè)備使用、工序配置及原料和產(chǎn)品出入庫(kù)的管理；流程管理技術(shù)是通過研究業(yè)務(wù)過程，不斷梳理優(yōu)化后在系統(tǒng)中采用國(guó)際通用流程引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和過程的有效管理，記錄整改業(yè)務(wù)過程中流轉(zhuǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖號(hào)、工序以及工序完工時(shí)間、完工數(shù)量、不合格品二維碼號(hào)、人、物料二維碼綁定等；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是研究多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)關(guān)系，從物資管理系統(tǒng)中同步物料信息、供應(yīng)商信息、客戶信息、部門與人員信息、生產(chǎn)任務(wù)單、采購(gòu)訂單、投料單、銷售訂單等以及回傳出入庫(kù)信息及生產(chǎn)任務(wù)單匯報(bào)等信息，同時(shí)從閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)中同步工藝路線、生產(chǎn)任務(wù)單號(hào)、BOM、圖號(hào)以及生產(chǎn)內(nèi)容等，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)與展示，如閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)每臺(tái)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)、工人操作臺(tái)數(shù)及時(shí)間、在制產(chǎn)品數(shù)量、交付進(jìn)度要求等。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

根據(jù)閥門生產(chǎn)車間的布局及現(xiàn)場(chǎng)信息化的需求，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有線和無線網(wǎng)絡(luò)的布線與配置，既定工位配置臺(tái)式電腦、數(shù)據(jù)采集器、二維碼打印機(jī)等。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的有線和無線網(wǎng)絡(luò)的布線與配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3 所示。

圖3 全網(wǎng)拓?fù)鋱D

既定工位設(shè)置臺(tái)式電腦，用于對(duì)相關(guān)產(chǎn)品、任務(wù)等相關(guān)信息的人工查詢和錄入工作；為計(jì)算機(jī)配置數(shù)據(jù)采集器，用于掃描及上傳相關(guān)工序操作、質(zhì)量等信息；在包裝和打標(biāo)工位配置二維碼打印機(jī)，打印原料二維碼、產(chǎn)品二維碼、包裝二維碼、人員二維碼、工序二維碼及設(shè)備二維碼等；設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)，用于數(shù)據(jù)采集器的信息傳輸。

3 軟件方案設(shè)計(jì)

3.1 二維碼規(guī)則

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)中二維碼是所有信息的載體，記錄了原材料零件、產(chǎn)品、工藝流程、操作人員、檢驗(yàn)人員、設(shè)備等信息。所以在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程中，二維碼中的內(nèi)容是重要的流轉(zhuǎn)信息。通過對(duì)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)各工序進(jìn)行詳細(xì)的分析，制定相應(yīng)的二維碼并編制規(guī)則，具體規(guī)則如表1 所示。

表1 二維碼編制規(guī)則

在閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)中，以信息化的方式將人、機(jī)、料、法、環(huán)等所需信息分別記錄在二維碼內(nèi)，然后利用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行掃描存入液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)中，在各個(gè)工序中，利用二維碼信息的流轉(zhuǎn)將所需的信息進(jìn)行記錄，用于閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的生產(chǎn)及質(zhì)量管理。

3.2 生產(chǎn)工序流程控制與記錄

根據(jù)閥門產(chǎn)品裝配與試驗(yàn)調(diào)試要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)階段需要經(jīng)歷零件領(lǐng)料、清洗、強(qiáng)度試驗(yàn)、組裝、氣密等一系列工序，根據(jù)產(chǎn)品的型號(hào)、性能要求不同，具體所需的工序也會(huì)不同。

經(jīng)過對(duì)產(chǎn)品型號(hào)、性能要求的總結(jié)及分析，對(duì)具體產(chǎn)品制定了合理有效的工序，并將工序內(nèi)容及工序要求展現(xiàn)給相應(yīng)的操作人員，直觀明確，便于操作。

通過對(duì)工序的分解和分析，將工序的先后順序及質(zhì)量檢驗(yàn)確認(rèn)進(jìn)行系統(tǒng)控制，如圖4 所示，在系統(tǒng)中以流程的方式進(jìn)行工序控制，包括工序節(jié)點(diǎn)，每道工序所需的操作人員、工序完成時(shí)間等，避免工序漏做、工序漏檢或工序顛倒等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工序的有效流轉(zhuǎn)及質(zhì)量保證。

圖4 工序流程控制界面

3.3 質(zhì)量信息記錄與管理

根據(jù)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門產(chǎn)品質(zhì)量管理及追溯要求，在閥門產(chǎn)品組裝過程中，需要將重要零部件的質(zhì)量信息（爐批號(hào)、批次號(hào)、SN 號(hào)等）進(jìn)行記錄，用于工藝流程中信息的查詢以及信息比對(duì)，以備輸出使用及存檔追溯。比如在工序環(huán)節(jié)的配套檢驗(yàn)中，解析出11大類原材料二維碼中的爐批號(hào)、批次號(hào)、SN 號(hào)等信息，并建立單臺(tái)產(chǎn)品二維碼與原材料二維碼的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄。具體流程如圖5所示。

圖5 配套檢驗(yàn)工序流程

操作員掃描操作員二維碼、工序二維碼、產(chǎn)品二維碼，從閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)下載《閥門零件配套表》，再依次掃描零部件二維碼，如果掃描的二維碼不在校驗(yàn)表內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)給出“零件錯(cuò)誤”，需要點(diǎn)擊“確定”后才能進(jìn)行下一步或者掃描下一項(xiàng)零件，并且不將錯(cuò)誤零件信息錄入系統(tǒng)。

閥門產(chǎn)品的各工序環(huán)節(jié)，相關(guān)的操作人員、檢驗(yàn)人員、操作設(shè)備等，都會(huì)通過數(shù)據(jù)采集器在工序匯報(bào)及質(zhì)量匯報(bào)中進(jìn)行記錄，節(jié)省了操作員、檢驗(yàn)員的各類手工記錄文件。同時(shí)，以信息化的方式來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，大大提高了信息查詢檢索速度。

3.4 信息數(shù)據(jù)展示及挖掘

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)，所有的生產(chǎn)信息都一并記錄在信息化系統(tǒng)內(nèi)，閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)從物資管理系統(tǒng)中同步物料信息、供應(yīng)商信息、客戶信息、部門與人員信息、生產(chǎn)任務(wù)單、采購(gòu)訂單、投料單、銷售訂單等以及回傳出入庫(kù)信息及生產(chǎn)任務(wù)單匯報(bào)等信息，同時(shí)從閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)中同步工藝路線、生產(chǎn)任務(wù)單號(hào)、BOM、圖號(hào)以及生產(chǎn)內(nèi)容等，用于數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)與展示，如閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)每臺(tái)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)、工人操作臺(tái)數(shù)及時(shí)間、在制產(chǎn)品數(shù)量、交付進(jìn)度要求等。圖6 所示為系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)的管理與展示界面。

圖6 數(shù)據(jù)展示界面

同時(shí)，為了更好地展示系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝了屏幕展板，采用清晰簡(jiǎn)明的界面展示了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)的每臺(tái)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)，利于有效監(jiān)督和管理整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

通過對(duì)各類數(shù)據(jù)的采集，對(duì)各工序操作時(shí)長(zhǎng)、工序質(zhì)量記錄、設(shè)備使用狀況等進(jìn)行深入的分析，為合理分配工序人力、有效提高設(shè)備使用效率、優(yōu)化工序、發(fā)現(xiàn)解決并提高一次合格率等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.5 返修流程信息化

裝配制造過程完成后，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)裝配人員通過掃描二維碼進(jìn)行結(jié)果確認(rèn)，如確認(rèn)通過，系統(tǒng)自動(dòng)生成《閥門裝配、試驗(yàn)質(zhì)量控制記錄表》；確認(rèn)不通過，直接發(fā)起閥門的不一致品返修流程，“不一致品單”將以流程形式流轉(zhuǎn)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量技術(shù)部門之間，直至產(chǎn)品返修方案通過。不一致品返修流程如圖7所示。

圖7 不一致品返修流程

“不一致品單”流程由裝配人員發(fā)起，不需要檢驗(yàn)人員和QC 工程師參與，發(fā)送至設(shè)計(jì)部由設(shè)計(jì)人員編寫零件返修單，根據(jù)閥門故障情況，選擇改進(jìn)或新增設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)部人員完成技術(shù)方案后，流轉(zhuǎn)至生產(chǎn)調(diào)度部，下達(dá)相應(yīng)的零件返修、領(lǐng)用或退庫(kù)等流程。如果閥門經(jīng)過一次返修未能試驗(yàn)合格，則返修任務(wù)單重新回到設(shè)計(jì)部人員處，如此循環(huán)這一過程，直到液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門通過檢驗(yàn)試驗(yàn)合格，在此過程中產(chǎn)品返修信息的管理過程中全部記錄到信息系統(tǒng)中。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)的特點(diǎn)研究了一套閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，包括系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)及其具體的硬件方案設(shè)計(jì)和軟件方案設(shè)計(jì)，通過閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間零部件倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)及裝配作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信息化管理，得到以下結(jié)論。

（1）通過與閥門設(shè)計(jì)過程管理信息系統(tǒng)和物資管理系統(tǒng)的集成，有效整合已有的資源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源與信息的集成。

（2）該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)過程信息交流無紙化，減少人為因素導(dǎo)致的差錯(cuò)，提高生產(chǎn)線的工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和售后維修與服務(wù)水平。

（3）利用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)閥門生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了制造技術(shù)資料共享，充分協(xié)調(diào)保障企業(yè)資源，大幅提高了閥門生產(chǎn)效率。