軍工電子企業無紙化生產平臺的研究與應用

葛長健

(西南電子技術研究所, 四川 成都 610036)

軍工電子產品涵蓋雷達、通信、導航、電子對抗等多個領域，除了作為獨立裝備提供給軍方外，其裝載平臺幾乎覆蓋了陸、海、空和各種主戰武器，形成了復雜的武器集成系統。隨著國防裝備和信息技術的快速發展，軍工電子企業面臨越來越多的挑戰。近年來軍工電子企業普遍面臨研制任務重、產品復雜且研制周期越來越短的問題，傳統的設計制造模式已經遠遠不能滿足當前的需求，尤其在制造端。因此軍工電子企業急需采用數字化、網絡化技術提升制造水平和制造效率。軍工電子產品受限于多品種、小批量的特點，且由于保密原因，難以實現大規模、自動化生產，因此實現智能制造更多關注的是信息化和數字化[1]。大部分軍工電子企業已經開始在設計端實行三維數字化設計，但由于生產制造管理的復雜性、工藝和自動化水平的限制，現場生產仍是采用紙質圖紙工藝指導生產，傳遞效率低，變更控制困難，指導性差。應用生產現場無紙化技術，實現現場無紙化制造生產，能夠有效地控制生產數據的技術狀態，提高產品生產信息傳遞效率，進而提高產品研制質量和效率，降低研制成本。實施無紙化生產是軍工電子企業追趕先進企業、發展信息化和數字化的迫切需要。

1 無紙化生產的需求

軍工電子產品制造領域比較復雜，屬于離散型制造，具有多品種、變批量、定制化的特點，產品制造生產過程中涉及各種技術文件、圖紙、模型等制造數據，對這些數據進行技術狀態管控要求非常高。盡管企業已經使用產品數據管理(PDM)系統和生產制造管理(MES)系統，但生產仍通過工單、設計圖紙、工藝卡片、更改單等紙質文檔進行生產管理和技術信息的傳遞，主要存在以下問題：

1)紙作為信息傳遞介質，傳遞效率較低，周期長。紙質文檔的使用和生產管理成本很高，包括紙質文檔的打印、轉運、信息維護、保存和查詢等，均需要投入大量的人力[2]，如圖1所示。

圖1 有紙化生產流程

2)傳遞信息量小，無法傳遞三維信息，指導性差。二維圖紙和工藝無法充分利用三維模型表達工藝意圖，對車間的指導性不足，車間裝配工人需要根據二維圖紙和工藝，花費一定的時間和精力構建制造過程，個人理解能力和經驗很重要，容易引起歧義，并且延長了裝配周期。

3)變更傳遞慢，版本控制困難。生產任務變化頻繁，導致圖紙、工藝等紙質文檔需要經常更新，生產現場信息更新難以及時、準確反饋和控制，限制了管理和生產效率的提升空間，不能滿足企業信息化實時性的要求，從而使整個企業信息化難以產生更大的效益。

目前許多企業已經大量使用三維設計以及信息化手段，傳統的有紙化生產已經不能適應企業發展的需要。隨著MES系統的全面推廣以及三維數字化設計工藝應用的逐步開展，信息化系統已逐步完善，現有的數字化應用如圖2所示[3]，生產車間無紙化生產的條件開始逐步具備。無紙化生產是指在生產過程中不需要通過二維圖紙和工藝來傳遞信息，而是通過數字化方式來傳遞信息，利用信息化應用系統進行制造過程管控，達到無紙質圖紙、無紙質工藝的三維數字化集成制造，無紙化生產是數字化設計與制造發展的必然結果[4]。搭建無紙化生產平臺，實施無紙化生產，能夠有效控制生產數據技術狀態，提高信息傳遞效率和生產質量，降低研制成本。

圖2 現有數字化的應用

軍工電子企業對無紙化生產的需求主要有：1)實現圖紙、工藝能夠通過信息化系統在現場發布；2)支持三維模型在現場的發布、瀏覽，支持圖紙工藝的多版本管理；3)實現實物(零部件)的識別與流轉。

2 無紙化生產平臺的研究

為滿足軍工電子企業對無紙化生產的需求，需要對無紙化生產平臺從框架搭建、生產數據范圍、網絡硬件、數據發布等方面開展研究，實現無紙化生產的信息貫通。

2.1 無紙化生產平臺的框架

無紙化生產平臺的框架主要基于PDM系統、MES系統和無紙化數據發布平臺，在生產現場構建相應的網絡硬件設備，建立無紙化生產的技術支撐環境[5]。在PDM系統中，EBOM(工程物料清單)確保設計數據的準確性，工藝在EBOM的基礎上形成PBOM(工藝物料清單)，建立裝配件的裝配工藝和零件的加工工藝，在工藝中組織管理工藝數據，包括工藝路線、工序信息、制造過程中所需的設備工裝等，設計數據和工藝數據相互關聯，最終形成的PBOM傳遞至MES系統作為MBOM(制造物料清單)的基礎。MES系統中根據MBOM形成生產計劃并下達計劃工單，操作人員或檢驗人員在查看計劃工單時通過將圖號版本傳遞至無紙化數據發布平臺獲取PDM中相應的設計和工藝文件，實現無紙化生產的應用。整個無紙化生產平臺框架體系如圖3所示。

圖3 無紙化生產平臺框架體系

2.2 無紙化生產數據的范圍

無紙化生產基本涵蓋了現場所有的紙質文件，但并不意味現場就完全沒有紙質文件，例如和零部件一起周轉的條碼和計劃工單(用于識別生產任務)采用紙質文件。一般情況下無紙化生產數據可以包括以下類型：1)設計圖紙(包括三維模型等)；2)工藝文件(包括工序模型或動畫等)；3)設計更改單/工藝更改單；4)生產過程記錄。

2.3 無紙化生產的網絡硬件環境

完善的網絡硬件環境是開展無紙化生產的關鍵環節之一，主要包括無紙化顯示終端、延伸到生產現場的網絡以及條碼掃描槍，如圖4所示。無紙化顯示終端用于接收生產任務、查看無紙化數據、上報異常等，可以根據現場生產要求配置一臺或多臺顯示器，在大型機柜裝配、油漆保護等工位配置可移動式顯示終端，在數控、電裝、模塊裝配、檢驗等工種配置固定可伸縮式顯示終端，每臺無紙化顯示終端配置一臺條碼掃描槍，用于獲取條碼信息、錄入產品和人員信息等。

圖4 無紙化生產主要硬件

2.4 無紙化生產數據發布

根據生產現場需求，無紙化生產數據發布支持兩種模式：一種是正常的生產流程，無紙化數據發布平臺從MES系統的計劃工單中獲取MBOM相應的圖紙和工藝版本；另一種是返修流程或異常問題處理，直接在無紙化數據發布平臺中搜索相應的圖號，獲取不同版本的圖紙和工藝。無紙化數據發布平臺如圖5所示。

圖5 無紙化數據發布平臺示意圖

2.4.1從MES系統獲取版本

由于產品存在不同的技術狀態，在MES中MBOM的版本也不一定相同，因此每一個生產任務都有對應的MBOM版本。操作者在MES系統中打開正在執行的計劃工單，計劃工單中有相應的圖紙工藝版本，通過鏈接可以自主驅動打開無紙化數據發布平臺，并向PDM系統發送相應的圖號和版本，PDM系統返回相應的電子文件，并在無紙化數據發布平臺顯示。數據流程如圖6所示。

圖6 從MES系統獲取版本讀取圖紙工藝流程圖

2.4.2直接查詢

操作者在現場需要直接查看工單之外的圖紙時，其可在無紙化數據發布平臺直接搜索圖號，向PDM發送數據訪問請求，PDM系統返回PBOM版本信息。操作者根據返回的信息選擇需要查看的版本，PDM系統根據版本返回相應的電子文件，數據流程如圖7所示。

圖7 直接查詢圖紙工藝流程圖

3 無紙化生產平臺的應用

基于以上研究，無紙化生產平臺已在西南電子技術研究所進行應用，根據無紙化生產的框架對PDM系統、MES系統及無紙化數據發布平臺進行了集成，并根據現場需求搭建了相應的顯示終端，建立了無紙化生產配套的網絡硬件環境。結合條碼化應用，除了計劃安排表及條碼，整個生產流程中已經沒有紙質文件，如圖8所示。

圖8 無紙化生產后的操作流程圖

操作者在接收零部件和計劃安排表之后登錄MES系統，掃描計劃安排表上的條碼，可以獲取相應的生產任務。點擊生產任務上的圖號，可以鏈接至無紙化平臺查看圖紙工藝，并進行相應的操作，操作完成后在MES上確認完成任務，并提交檢驗。檢驗人員的檢驗記錄也全部在MES系統的流程記錄中。產品通過掃描條碼入庫，產品通過生成出庫條碼單進行粘貼并出庫。計劃安排表和條碼如圖9，10所示。

圖9 計劃安排表

圖10 條碼圖

4 結束語

本文根據軍工電子企業無紙化生產的需求，研究了無紙化生產框架體系，并依據已有的信息化系統進行相關的開發，建立起無紙化生產的平臺。通過實際工程應用，證明了整個方案可行，能夠為現場操作人員、檢驗人員開展工作提供有效的工作手段，提高了生產效率。本文的研究不僅適用于軍工電子企業，也適用于其他相似產品特點的企業，項目完成后可以進一步進行數據采集分析的應用。

無紙化實施后，不再需要打印設計圖紙、工藝文件等，車間現場的過程控制、執行反饋信息以電子化方式傳遞。無紙化的核心是工作過程標準化、規范化，配合自動化設備將工人專業化，減少重復工作，提升信息傳遞速度，縮短制造周期，提高產品質量，降低成本[6]。從生產管理上可以說無紙化和精益生產的目標是一致的。

推行無紙化不是一蹴而就，需要分步實施，不斷推廣。在無紙化的建設初期，最重要的工作就是對生產的各個活動進行價值流梳理和分析，建立以規范化和標準化為核心的整個體系。對生產過程的各個活動進行價值流分析，在保證質量的前提下，簡化生產過程和內容，消除不必要的活動，提升工人的效率。這樣才能體現無紙化生產的優勢，更利于無紙化的推廣。