一、項(xiàng)目概況

1.項(xiàng)目背景

運(yùn)載火箭裝備制造痛點(diǎn)

首航機(jī)械主營(yíng)業(yè)務(wù)為項(xiàng)目制的單發(fā)火箭生產(chǎn)任務(wù)，產(chǎn)品完全定制，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①訂單高度定制：

訂單客制化程度高，批量小，種類多；訂單信息量大，特殊參數(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)繁多，項(xiàng)目制。

②技術(shù)工藝與供應(yīng)鏈高度復(fù)雜：

零部件多達(dá)兩萬(wàn)多種，BOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜；工藝標(biāo)準(zhǔn)和工藝路線多樣化；

③生產(chǎn)制造高度離散：

工序集群孤島式分布；加工工序流轉(zhuǎn)多樣化；生產(chǎn)任務(wù)、人員、物料、設(shè)備信息高度離散，計(jì)劃管理困難。

④生產(chǎn)制造高度離散：

設(shè)備化程度相對(duì)較高，但聯(lián)網(wǎng)利用率低；

⑤產(chǎn)品品質(zhì)要求高（生命周期長(zhǎng)）：

產(chǎn)品在客戶端使用后，售后品質(zhì)問題需要“歸零”追溯與處理；對(duì)于品質(zhì)“零容忍”，品質(zhì)的高度拉長(zhǎng)生命的長(zhǎng)度。

以上痛點(diǎn)造成管理協(xié)同難、品質(zhì)不穩(wěn)定、交期不可控的問題。

集成平臺(tái)建設(shè)需求與“雙重”信息孤島的矛盾

圖1  集成需求與信息孤島之間的矛盾

①基于訂單協(xié)同的業(yè)務(wù)集成：

通過業(yè)務(wù)集成解決訂單，銷售、技術(shù)、采購(gòu)、生產(chǎn)各業(yè)務(wù)部門進(jìn)度不透明，多部門協(xié)同管理難的問題。

②基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的制造集成：

通過制造集成，解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)制造過程高度離散的問題，實(shí)現(xiàn)制造過程數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集與追溯。

③基于智能決策的數(shù)據(jù)集成：

整個(gè)裝備制造過程生命周期長(zhǎng)，涉及到大量的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)集成搭建數(shù)據(jù)匯聚和分析的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)，解決品質(zhì)不穩(wěn)定、交期不可控等問題。

因?yàn)楹教煅b備制造行業(yè)的特殊性，同時(shí)還具有高安全、高可靠、高集成的要求；但是，現(xiàn)狀卻面臨著車間與系統(tǒng)的“雙重信息孤島”；集成平臺(tái)建設(shè)需求與“雙重信息孤島”是系統(tǒng)建設(shè)要解決的根本問題。

2.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

圖2  價(jià)值流圖

運(yùn)用價(jià)值流工具對(duì)全業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理，火箭總裝數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀與需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）基于裝配網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖建設(shè)項(xiàng)目制裝配網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，構(gòu)建適合單元式生產(chǎn)與脈動(dòng)式生產(chǎn)相結(jié)合的生產(chǎn)計(jì)劃體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同制造，提高生產(chǎn)效率。

（2）建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通與數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)全過程質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)字化工具反饋數(shù)據(jù)和多媒體記錄數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集、回傳和關(guān)聯(lián)融合，通過工藝數(shù)字化、制造過程數(shù)字化、質(zhì)量數(shù)字化實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量數(shù)據(jù)的追溯管理。

（3）基于工藝一體化建設(shè)，搭建工藝管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工藝維護(hù)、工藝規(guī)程傳遞以及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與歸集。

（4）以數(shù)字工位為抓手，建立制造運(yùn)行管理平臺(tái)(MOM)系統(tǒng)，工藝、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步與控制，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)流程的數(shù)字化協(xié)同。

3. 項(xiàng)目目標(biāo)

圖3  項(xiàng)目目標(biāo)

二、項(xiàng)目實(shí)施概況

基于首航機(jī)械現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)，打造一個(gè)以型號(hào)任務(wù)為源點(diǎn)的一體化數(shù)字化工廠集成平臺(tái)系統(tǒng)，為企業(yè)搭建工藝管理、項(xiàng)目制計(jì)劃統(tǒng)籌、生產(chǎn)制造、設(shè)備智能化、智能物流倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等全業(yè)務(wù)場(chǎng)景的數(shù)字化工廠應(yīng)用平臺(tái)。

1.項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

（1）整體功能架構(gòu)

圖4  項(xiàng)目總體功能架構(gòu)

首航機(jī)械火箭總裝數(shù)字化工廠建設(shè)按照平臺(tái)化的架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)功能架構(gòu)，平臺(tái)框架以業(yè)務(wù)中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)和二次開發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭建IIoT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、MOM制造運(yùn)行管理平臺(tái)、工藝管理平臺(tái)等包含100多個(gè)功能應(yīng)用與服務(wù)，滿足不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求，幫助首航機(jī)械總裝事業(yè)部實(shí)現(xiàn)橫向與縱向全方位數(shù)據(jù)集成。

（2）技術(shù)架構(gòu)

由于密級(jí)和網(wǎng)絡(luò)隔離限制，平臺(tái)智能應(yīng)用層系統(tǒng)和采集、控制層系統(tǒng)分層分網(wǎng)絡(luò)部署，智能應(yīng)用層系統(tǒng)服務(wù)器接入涉密網(wǎng)，控制層系統(tǒng)服務(wù)器接入工控網(wǎng)，涉密網(wǎng)與工控網(wǎng)之間通過網(wǎng)閘實(shí)現(xiàn)文件形式的數(shù)據(jù)交互，工控網(wǎng)牽扯到的涉密數(shù)據(jù)通過字段轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)保密脫敏，保障信息安全。

（3）安全架構(gòu)

平臺(tái)建設(shè)基于涉密信息系統(tǒng)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，從應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等方面，充分考慮企業(yè)信息安全需求，從三員管理、訪問控制、入侵檢測(cè)、加密傳輸與存儲(chǔ)等各個(gè)方面入手，提供軍工標(biāo)準(zhǔn)的安全可靠性防護(hù)。

2.具體應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式

（1）工藝管理

通過建立基于知識(shí)體系建構(gòu)的工藝管理平臺(tái)，以數(shù)字化工廠集成平臺(tái)的統(tǒng)一平臺(tái)和統(tǒng)一架構(gòu)為系統(tǒng)基礎(chǔ)，以工藝知識(shí)庫(kù)為系統(tǒng)核心，將工藝結(jié)構(gòu)化、工藝標(biāo)準(zhǔn)化、工藝模型化、工藝流程化、工藝參數(shù)化以及工藝知識(shí)化和可復(fù)用性，作為本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)理念，同時(shí)兼顧工藝管理系統(tǒng)的與外部系統(tǒng)和工具的集成性、可擴(kuò)展性，打造自主可控的涵蓋航天裝備制造的九大專業(yè)領(lǐng)域（機(jī)加、焊接等）的工藝管理平臺(tái)系統(tǒng)。

通過一體化文件平臺(tái)的建設(shè)，主要實(shí)現(xiàn)以下基本目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)一體化文件的編輯、更改、審批、發(fā)布、使用及歸檔等全過程化的管理，確保產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)受控；實(shí)現(xiàn)零件、裝配及總裝測(cè)試操作的文件一體化和內(nèi)容精細(xì)化管理；實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)、流程、模型等工藝管理，提升工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整、規(guī)范和統(tǒng)一，為 Smart Team、MES、ERP、QMS 等重要平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，支撐企業(yè)數(shù)字化工廠建設(shè)和智能制造轉(zhuǎn)型。

（2）項(xiàng)目制裝配網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃管理

以單發(fā)產(chǎn)品的生產(chǎn)作為項(xiàng)目，通過單發(fā)總裝過程模型為網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃控制主線，并貫穿于項(xiàng)目管理的整個(gè)過程；基于物料一物一碼的標(biāo)識(shí)編碼原則，從項(xiàng)目的立項(xiàng)開始到項(xiàng)目結(jié)束的全過程，其工藝文件發(fā)布、物料齊配套、設(shè)備工裝配套、生產(chǎn)進(jìn)程等方面實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全方位管理，使單發(fā)產(chǎn)品在總裝過程中信息化、透明化，可視化，從而實(shí)現(xiàn)總裝生產(chǎn)的脈動(dòng)式和單元式的靈活切換，達(dá)到進(jìn)度可控、風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警的管理要求，真正做到存在即可追溯。

圖5  項(xiàng)目總體功能架構(gòu)

（3）以數(shù)字工位為抓手的MOM生產(chǎn)管控平臺(tái)

集成工藝管理平臺(tái)和制造運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)信息，通過在各生產(chǎn)單元一體機(jī)終端建立數(shù)字工位（HMI），作為生產(chǎn)管控平臺(tái)在現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行抓手，包含生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)報(bào)工、質(zhì)量檢驗(yàn)、異常處理等現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行操作業(yè)務(wù)模塊。

圖6  數(shù)字工位建設(shè)

（4）智能物流倉(cāng)儲(chǔ)管理

搭建智能物流倉(cāng)儲(chǔ)平臺(tái)，基于5G通訊網(wǎng)絡(luò)，集成應(yīng)用RFID、AGV、智能立體庫(kù)、協(xié)作機(jī)器人搬運(yùn)等技術(shù)，用智能化、自動(dòng)化、信息化的手段輔助解決企業(yè)物料出入庫(kù)、物料精準(zhǔn)推送的難題，優(yōu)化配料路線及配料準(zhǔn)確性，整體提高物料周轉(zhuǎn)效率。

智能物流倉(cāng)儲(chǔ)管理圍繞物資的“進(jìn)、出、用”環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)航天裝備制造各車間與部門對(duì)物資的賦碼、入庫(kù)、出庫(kù)、調(diào)撥、盤點(diǎn)、報(bào)廢、信息監(jiān)控等各項(xiàng)日常業(yè)務(wù)的信息化管理。同時(shí)實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)和智能硬件的信息交互與對(duì)接，以及對(duì)物資的全業(yè)務(wù)流程的追溯管理。幫助航天裝備制造更有效、更全面地管理生產(chǎn)物資，最終實(shí)現(xiàn)資源合理配置，并為決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖7 智能物流倉(cāng)儲(chǔ)管理平臺(tái)數(shù)據(jù)流

（5）IIoT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、工業(yè)控制等先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立CA-IIoT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備組網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)控傳輸、現(xiàn)場(chǎng)控制、中央控制功能；基于5G通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線業(yè)務(wù)層人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)各要素的數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及控制指令的下發(fā)。

圖8 設(shè)備物聯(lián)及工業(yè)控制結(jié)構(gòu)圖

①設(shè)備組網(wǎng)：基于工業(yè)以太網(wǎng)接口，通過工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)（或工業(yè)一體機(jī)）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工裝進(jìn)行組網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備協(xié)議的解析、采集點(diǎn)位的配置、采集網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)的有序傳輸。

②數(shù)據(jù)采集：通過對(duì)航天裝備生產(chǎn)線各組裝單元設(shè)備工裝通訊協(xié)議的解析以及采集點(diǎn)位地址配置，進(jìn)行設(shè)備通訊；根據(jù)采集參數(shù)的點(diǎn)位地址實(shí)現(xiàn)需求數(shù)據(jù)的定向精準(zhǔn)采集。

③數(shù)控傳輸：面向通過程序控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的設(shè)備和工裝，例如扭力工具扭矩程序的傳輸與管理：基于工藝規(guī)程，定義扭矩加工程序編號(hào)，加工程序存儲(chǔ)在扭力工具控制器內(nèi)，平臺(tái)基于生產(chǎn)任務(wù)需求對(duì)程序進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的指令（程序編號(hào)指令）調(diào)用與執(zhí)行。

（6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與可視化

以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向、數(shù)據(jù)為核心、可視化產(chǎn)品為依托，為航天裝備制造全過程提供面向各業(yè)務(wù)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與可視化解決方案，將數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化的展示出來。對(duì)生產(chǎn)執(zhí)行、異常統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全方位可視化KPI管理，輔助智能決策。

3. 其他亮點(diǎn)

首航機(jī)械數(shù)字化工廠的建設(shè)，遵循國(guó)際、國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括ISA95標(biāo)準(zhǔn)與GB/T20720《企業(yè)控制系統(tǒng)集成》。整體項(xiàng)目是在首航機(jī)械數(shù)字化工廠平臺(tái)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，基于總裝事業(yè)部場(chǎng)景進(jìn)行建設(shè)。建設(shè)思路按照整體規(guī)劃，分部部署的方式執(zhí)行，如下圖，本項(xiàng)目數(shù)字化車間的建設(shè)主要聚焦在L1、L2、L3三層。

圖9  ISA-95、GB 20720《企業(yè)控制系統(tǒng)集成》功能層次模型

三、下一步實(shí)施計(jì)劃

1.工藝管理平臺(tái)知識(shí)庫(kù)搭建

基于工藝管理平臺(tái)，通過對(duì)機(jī)加、焊接、鈑金、鍛造、部裝、總裝等各專業(yè)領(lǐng)域工藝知識(shí)的沉淀，建立工藝知識(shí)庫(kù)；實(shí)現(xiàn)工藝結(jié)構(gòu)化、工藝標(biāo)準(zhǔn)化、工藝模型化、工藝流程化、工藝參數(shù)化以及工藝知識(shí)化和可復(fù)用性，為航天裝備制造提供工藝知識(shí)積累。

2.數(shù)字化集成平臺(tái)向上下游進(jìn)行延伸

以數(shù)字化工廠平臺(tái)為基礎(chǔ)，以總裝為起點(diǎn)，向機(jī)加、輔助處理、部裝等制程輻射，實(shí)現(xiàn)航天裝備制造全業(yè)務(wù)流程、全價(jià)值鏈的數(shù)字化協(xié)同。

3.建立航天裝備制造行業(yè)的數(shù)據(jù)共享賦能平臺(tái)

以航天裝備數(shù)字化為標(biāo)桿，為高端裝備制造企業(yè)打造工具化、低成本、一站式的數(shù)字化升級(jí)產(chǎn)品生態(tài)；打造裝備制造產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)賦能的工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新平臺(tái)；形成裝備制造業(yè)智能化升級(jí)、服務(wù)化轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的新一代信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用共享服務(wù)平臺(tái)，助力我國(guó)裝備制造業(yè)技術(shù)融合與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果

1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）創(chuàng)建高端裝備工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)

本項(xiàng)目同時(shí)參與申請(qǐng)了《國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程 》的工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)項(xiàng)目，創(chuàng)新性的階段研制出包含航天裝備理論模型、設(shè)計(jì)機(jī)理模型、仿真機(jī)理模型、工藝規(guī)劃?rùn)C(jī)理模型、制造執(zhí)行機(jī)理模型、故障診斷機(jī)理模型在內(nèi)的航天裝備工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)，同時(shí)建立與之適應(yīng)的包括開發(fā)環(huán)境在內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)理模型庫(kù)在航天領(lǐng)域的成功應(yīng)用與推廣。

圖10 工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)建設(shè)

（2） “工業(yè)樂高模式”適合不同工業(yè)場(chǎng)景

結(jié)合工業(yè)機(jī)理模型庫(kù)項(xiàng)目，通過機(jī)理模型應(yīng)用模式的探索和研究，建立“工業(yè)樂高模式”面向不同工業(yè)場(chǎng)景的工業(yè)APP進(jìn)行快速的解耦重構(gòu)與功能迭代，滿足裝備制造企業(yè)品種多、批量小的個(gè)性化定制場(chǎng)景需求。

圖11 “工業(yè)樂高”模型

2. 實(shí)施效果

基于涉密信息系統(tǒng)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)項(xiàng)目預(yù)期實(shí)施效果如下：

（1）基于工藝管理平臺(tái)、通用MES平臺(tái)和WMS系統(tǒng)，建立項(xiàng)目制裝配網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行過程控制與管理監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)各部門工作的數(shù)字化系統(tǒng)，生產(chǎn)進(jìn)度透明化管理；保證生產(chǎn)計(jì)劃的有效執(zhí)行與落地，預(yù)計(jì)可縮短產(chǎn)品交期24%；

（2）建立異常管理模塊，質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提報(bào)與采集，通過一物一碼的全面數(shù)字化標(biāo)識(shí)體系建立，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化質(zhì)量追溯管理。通過數(shù)字化控制體系，全過程質(zhì)量追溯和完整性，使返工率預(yù)計(jì)降低19.2%；

（3）各工廠業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)協(xié)同管理，總裝車間組裝效率提升。實(shí)現(xiàn)訂單-研發(fā)設(shè)計(jì)-制造-供應(yīng)鏈，全業(yè)務(wù)協(xié)同；實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的制造協(xié)同；實(shí)現(xiàn)通過數(shù)字工位、自動(dòng)化設(shè)備與IIoT平臺(tái)應(yīng)用集成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的高效協(xié)同；整體組裝效率提升13.3%。