航天总装企业结构化工艺项目实践

【摘要】在航天型号产品大力推进数字化研制模式以及智能制造的背景下，航天总装企业通过结构化工艺设计管理系统的建设实现从传统工艺设计模式向数字化、结构化、一体化的新工艺设计模式转变。通过工艺管理精益化与工艺数据精细化，为型号数字化研制以及智能制造的实现奠定坚实的管理基础和数据基础。

一、项目背景

随着航天行业在十二五期间大力推动型号产品研制过程的数字化应用，各航天院所在配套的数字化研制工具及信息化系统建设方面取得了显著的成果。从2012年开始，航天某院新型号研制逐步采用基于MBD（Model Based Definition）的数字化技术，总体所在设计前端通过全三维结构数字化样机的构建实现试点型号产品的数字化定义，有力推动数字化样机在型号研制全生命周期过程中的传递与应用，并在数字化基础技术、管理机制与标准规范体系等方面取得了较大的突破性成果。

《中国智能制造2025》于2015年正式发布，航空航天装备被列为十大重点领域之一，建设智慧企业成为航天院所未来十年的重要发展目标。智慧企业具有“全数字、全互联、全智能”三大特征，建设数字化企业成为航天院所迈向智慧院所的必要前提和核心基础。

对于航天总装企业而言，实现智慧制造的重要前提是在工艺制造环节全面实现全数字化应用，为车间智能制造的实现夯实“系统、数据、管理”三大核心基础。

二、问题与挑战

航天某院某总装单位于2013年配合总体所设计制造一体化项目，同步开展了型号协同设计管理平台（PDM系统）的建设工作，从根本上解决了企业缺少型号数据管理基础平台的问题。通过该平台建设实现了以电子数据为唯一载体的设计制造数据传递方式，以PBOM为核心的工艺数据组织形式，并建立PDM系统的单一产品数据源地位。同时，该总装单位于十一五和十二五期间陆续完成CAPP、ERP、MES等系统的建设工作，构建形成较完善的信息化基础条件。

随着新型号数字化研制模式的深入推进，该总装单位在工艺制造环节面临以下核心问题和挑战：

Ÿ缺少企业统一的工艺设计管理平台

工艺设计与管理业务在不同的系统中实现，在PDM系统中完成PBOM构建管理、工艺任务分工与工艺路线规划，在CAPP系统中进行卡片式二维工艺文件编制与签审。这使得工艺业务过程复杂度增加，工艺人员工作效率降低。

难以推进基于全三维模型的数字化工艺设计模式

目前应用的CAPP系统不具备对全三维模型及其轻量化模型进行处理的底层能力支持，无法直接使用设计单位发放的全三维模型进行数字化工艺设计，难以充分利用三维模型的直观性、易理解性表达工艺设计意图。

跨专业工艺之间的工艺协同设计困难

不同专业工艺人员分别编制不同类型的工艺文件，主辅制专业之间依赖《工艺状态交接表》开展工艺协同设计，主制和辅制工艺文件不能关联查看，多专业工艺设计无法并行开展，导致工艺设计效率低下，工艺变更难以及时协调。

非结构化的工艺数据无法满足车间智能制造的需求

完整、准确、细颗粒度的工艺数据是实现车间智能制造的核心基础数据源之一。而CAPP系统核心能力主要聚焦在工艺文件编制层面，不支持工艺数据信息的结构化管理，并存在工艺数据冗余、数据准确性和一致性难以保证等问题，导致MES系统难以有效获取所需的工艺数据，阻碍了MES系统在车间的深化推广应用。

无法实现制造过程的检验检测数据电子化采集

生产制造过程的检验检测数据电子化实时采集是实现质量大数据分析的重要基础。传统工艺设计模式中质量检验要求以文字表述为主，制造现场只能通过纸质检验文件记录检验结果，在MES系统中无法实现实时的检验检测数据采集，不利于后续的质量追溯与质量数据分析。

因此，该总装单位于2015年正式开始建设结构化工艺设计管理系统，从根本上解决制约型号数字化研制推进及车间智能制造实现的核心瓶颈问题。

三、系统建设框架

结合信息化建设现状以及工艺制造业务需求，该总装单位选择基于国睿信维Glaway MPM数字化工艺解决方案建设企业统一的结构化工艺设计管理系统。该系统基于既有的PDM系统进行部署实施，从底层架构上实现了设计数据与工艺数据的单一平台、单一数据源管理。

结构化工艺设计管理系统涵盖了企业的工艺设计管理全业务过程，建设框架如下图：

图1 结构化工艺设计管理系统建设框架

四、项目建设思路

工艺设计过程精益化、工艺数据管理精细化是打造智能制造企业的基石，同时也是结构化工艺设计管理系统建设的核心目标。工艺设计过程精益化是指在企业工艺设计业务过程中尽可能优化业务流程，减少不必要的环节，实现信息流和数据流在各业务环节的高效无缝传递，从而提升工艺设计与管理效率。工艺数据管理精细化是指从面向智能制造的角度，采用结构化、对象化、关联化的方式组织管理各类工艺数据（PBOM、工艺路线、工艺简图、工艺文档、制造资源、定额信息、质量检验检测要求等），实现多维度工艺数据的细颗粒度管理，为车间智能制造的实现夯实数据管理基础。

因此在项目实施过程中，项目团队遵循国睿信维项目实施方法论的规范要求有序推进系统建设工作，并以“流程+数据”为核心进行业务解决方案的定义与落地实现。即基于企业当前业务流程、痛点及需求，以“业务流程优化、解决实际问题”为原则规划未来业务流程，精简不必要的业务环节，明确各环节角色职责，减少业务流程及管理复杂度，确保工艺设计过程精益化。同时，基于未来业务流程的定义明确各业务环节之间数据的流向，以制造管理系统的数据需求为牵引，明确对结构化工艺数据的完整性、规范性、颗粒度要求，确保工艺数据管理精细化。

五、项目建设成果

结构化工艺设计管理系统目前已经在该总装单位全面工程化应用，项目建设达到预期的目标并取得良好的实际应用效果。

构建形成企业统一的工艺设计管理平台

通过基于PDM系统的结构化工艺设计与管理平台构建，实现工艺业务全过程在单一平台，避免工艺部门在不同工作环节切换系统工作，提高了工作效率，同时有利于业务数据基于单一平台的无缝传递，避免了多系统集成的问题。

该企业工艺部门应用CAPP系统多年，存在大量的历史工艺规程数据。通过对现有历史数据中相关问题的梳理，定制历史工艺数据迁移工具，将CAPP系统中大量历史工艺规程文件迁移至新系统中进行结构化数据管理，尽可能的确保了原有历史数据内容的正确性和完整性。

图2 历史工艺数据迁移

全面推行结构化工艺设计模式

基于总装单位工艺设计特点和个性化需求，对结构化工艺编辑器（Glaway MPE）进行深度定制改造，同时支持基于MBD全三维模型和基于二维图纸的结构化工艺设计模式。由于结构化工艺编辑器是工艺人员最常用的工作台面，因此在功能细节层面充分考虑了工艺人员对于易用性、便捷性的要求，较大程度上降低了结构化工艺设计模式推广过程中带来的效率影响。

图3 结构化工艺设计

实现基于全工艺流程的多专业工艺协同设计模式

为了实现多专业工艺并行协同设计，对现有工艺设计业务流程进行梳理优化，保留主辅工艺分别编制、签审、发布的现行模式，取消原有主辅工艺之间协同使用的《工艺状态交接表》，通过协作工序及辅制工艺设计任务来实现工艺交接信息的传递，从而实现主辅制工艺的并行协同设计，大幅提升工艺设计效率。

图4 多专业工艺协同设计

Ÿ实现结构化工艺与质量检验的一体化

工艺检验信息（工艺参数表、质量控制记录表、首件检验表、关键工序检验表等）融合在结构化工艺规程中，形成一体化的设计、签审和发布，支撑现场制造过程检验结果的电子化记录和管理，为后续产品质量分析提供基础数据。

图5 工艺质量一体化

在结构化工艺设计过程中，支持从PDM系统获取MBD模型各视图尺寸标注信息文件进行解析，选择结构化的检验参数，作为车间现场实物检测记录的输入，确保检验尺寸要求信息的准确性。从MBD模型提取的检验参数可以与工艺编辑器可视化区域的三维轻量化模型中的视图与尺寸双向联动，方便工艺工程师的识别。

图6 基于MBD模型的检验尺寸提取

Ÿ实现现场工艺的闭环变更管理

现场工艺更改取消纸质的临时工艺更改单，采用实例化工艺更改方式实现现场工艺更改的电子化管理，即现场制造需要临时工艺更改时，工艺员在MES系统中基于路卡发起现场工艺更改，在结构化工艺设计管理系统完成现场工艺文件的实例化（每一路卡对应一份实例化工艺），工艺员对实例化工艺中冻结工序进行修改，完成后将实例化工艺信息更新发布至MES系统，继续执行后续的生产制造工序。现场工艺变更电子化管理的实现一方面确保现场工艺文件技术状态的有效控制与追溯，另一方面支撑了车间全面无纸化制造应用。

图7 现场工艺闭环变更

实现工艺制造一体化集成应用

通过结构化工艺设计管理系统与ERP/MES系统紧密集成，实现工艺数据向后端制造管理系统的及时准确传递。通过工艺质量一体化支撑了生产现场质量检验电子化记录，在MES系统中对检验结果数据的存储管理，为型号产品的质量与可靠性分析提供准确可靠的数据来源。

图8 车间质量检验数据电子化采集

六、总结

结构化工艺设计管理系统在实施过程中充分借鉴了国睿信维在航空航天行业的最佳实践经验，并结合该总装企业的工艺制造特点以及智能制造建设目标进行了大量技术创新和管理创新。系统的成功建设有效支撑了该航天总装企业数字化工艺制造模式的推广应用，打通型号产品从研发到制造的全数字化信息链路。

智慧制造的实现是通过集成化工艺设计仿真、柔性灵活的制造运营管理、基于物联网的智能工厂、智能化供应链物流体系以及工业大数据分析及决策等先进的信息化平台与理念，打通产品研制、生产管控以及工厂数字化价值流，加快制造模式升级，实现生产模式向高度智能化、分布化的制造模式转变。因此，结构化工艺设计管理系统通过全数字化工艺规划与工艺设计的实现，为该企业的制造运营管理系统提供了有力的数据支撑，并为未来车间智能制造乃至企业智慧制造的实现奠定了坚实的基础。