信息化、自动化、精益化伺服装调生产线的实践

曹永乐、桑庆宏、黄汕、姚谦、李思佳 /北京精密机电控制设备研究所

北京精密机电控制设备研究所主要从事箭上控制技术、执行技术和高性能运动控制产品的研究及其试验技术、测试技术的研究，燃气液压伺服事业部是研究所专业承担各类伺服产品总成装调一体化的生产部门。伺服产品生产为典型的多品种、小批量、离散生产模式，每种系列产品的制造批量大小不一，且随着航天事业的不断发展，交付数量在逐年大幅度提升。原有生产模式是依据生产通知单和调度协调会进行生产任务下达，生产过程为每一项工作独立进行，相关工作状态全部依靠人工传递；生产使用文件如质量跟踪卡、设计规范、设计图纸、工艺文件等指导性文件与实际操作及测试仪等相互隔离，无法互联互通；原有模式如测试数据结果、手动导通绝缘、手动控制能源、手动配套录入等相关操作，给操作人员带来大量的繁冗工作；原有生产过程中测试软件、信号流程、数据流程等相关测试软件不同型号之间无法兼容，导致存在多款测试软件，测试数据结果只能在固定的测试仪上使用，每一个测试仪均有固定的上下位机。

随着任务量的增加，暴露出多项弊端，主要包括：生产齐套时间传递速度慢；开工准备时间长；问题处理周期长；产品生产状态与进度把控不严；产品数据整理周期长；设备的自动化程度低；生产过程信息化集成度低。这些问题导致原有生产模式不能适应大批量交付的需求。

一、内涵和主要做法

1.内涵

建设伺服装调智能生产线，使其解决未来5 ～10 年批生产任务需求和达到“十四五”发展规划，实现信息化、自动化和精益化建设目标。

信息化。生产计划制定下达、所有生产设备、测试数据等联网，避免信息孤岛，包括生产、质量、仓储、流转等资源的计划调度，确保生产资源的自动优化与高效利用，实现柔性自动化生产与精益化生产，减少人员操作、不必要的脑力劳动。

自动化。能够自动调用设备，实时闭环控制生产设备，实时反馈，自动判读测试数据，自动生成产品数据及包络，自动生成产品交付文件，自动上传数据并填写装调数据、质量跟踪册文件等相关功能，减少操作人员的体力劳动，提高生产效率、提高产品质量的稳定性。

精益化。既是智能制造的基础，同时也是建设目标，时刻关注局部变化和全局变化，并进行适度的生产节拍优化和生产结构调整。帮助降低成本、提升品质、缩短交期，这与事业部生产目标一致，指引自动化、信息化不断提高。

通过三者之间的有效结合，协同工作，达到良性循环，带动生产线的全面进步。该生产线为基于装调一体化数据管控平台，是从任务下发一直到驱动设备层应用的智能化生产线。平台中人员管理、设备控制与管理、WES系统、MES 系统、测控集控平台与底层的测试仪、产品数据库应用与接口等多个模块互相连通，互相调用。通过信息共享、问题显示等关键信息，达到信息化、自动化、精益化的智能生产线建设要求。

该生产线为基于MES 系统、装调一体化数据管控平台、WMS 系统、测控集控平台、底层的测试仪、能源集控系统、电源集控系统、自动导通绝缘测试仪等多种层级设备及软件互联、互通的信息化、自动化，该系统分为4 个层级，MES 系统是下发生产任务的最高级，装调一体化数据管控平台为所有信息收集的层级，测控系统集控为中间层，其余为产品生产驱动的最底层，生产线基本原理结构如图1 所示，生产线特点如图2 所示。

图1 生产线基本原理结构图

图2 生产线特点

2.主要创新

一是全流程信息化管控，实现生产过程精细化在线监控确认。通过装调一体化数据管控平台、MES 系统、WMS 系统三者有机结合及数据实时共享，实现了生产过程中物料状态、生产进度、设备运行情况、人员配置情况等全流程中的信息在线监听。

二是多系统互联互通，数据实时交互应用。实现了装调一体化数据管控平台与测控系统集控平台、能源集控系统、电源集控系统、自动导通绝缘测试仪之间的数据实时共享，关键信息控制闭环，指令应答反馈等功能完善。测控系统集控平台与测试仪之间实时通讯，测控系统集控平台发送指令，测试仪接收并发送，将测试结果实时上传。

三是高效MES+装调一体化数据管控平台管理生产，实现效率提升。MES 系统接收生产通知单，将相关要求下发至装调一体化数据管控平台，平台将要求下发至指定设备，各设备将结果反馈至管控平台，并实时与MES系统共享信息，避免了生产中多个环节反馈不及时，有效提高生产效率。

四是自动化集成测试、处理、判读，精益化生产提高。生产线所有测试仪使用的测试流程编制格式、数据处理方法进行统一，避免了不同测试仪之间产生的测量误差。所有数据结果均可以自动判读，并将不合格项用红色标注。部分数据为曲线，通过装调一体化数据管控平台专用的处理方法单独处理，自动显示处理结果，解决了由于人员判读导致的视读误差，实现了生产过程的精益化。

五是产品数据对标自动输出应用。由于产品配套、测试数据、测量结果等关键信息需要在多个文件中共享，通过配置固定模板文件，实现了数据完全实时共享，如产品配套表自动从WMS 系统中导入产品质量跟踪册、装箱单、交接表、工艺报告、证明文件、设计报告等中，实现数据完全实时共享。

3.具体做法

（1）伺服装调生产线生产流程

智能生产线产品实际生产过程如图3 所示。

图3 智能生产线生产流程图

在实际生产中，生产过程中的各种信息自动流转，环环相扣，且装调一体化数据管控平台的数据库能够准确及时地获取生产过程中的各项信息，信息准确可靠，避免了信息孤岛和人员传递导致的资源浪费。

（2）MES 系统

MES 系统的作用是将上级下达的任务发送至装调一体化管控平台、调取WMS 系统的物流信息进行判断、发送导通绝缘指令至导通绝缘测试、发送测试信息至测试仪等功能，实现多系统的信息互通，产品状态信息实时交互，有效提高生产任务下发速度和反馈速度，实现了生产过程精益化控制。

MES 系统是一套生产信息化管理系统，包括任务看板、下达任务、查看任务、查看产品、处理延期任务、班组任务计划等功能模块，通过这些模块精准控制生产中遇到的涉及MES 系统和产品状态的实时动态以及计划管理。

（3）装调一体化数据管控平台

装调一体化管控平台是整个智能化生产线的核心，实现了生产的高效管理和实时监控，对生产过程中的设备、测试数据、电源、能源、物料信息等全部信息均可以检索，实现生产过程精细化在线监控确认。同时，该平台实现了产品有效数据对标自动输出，即测试仪测试结果、记录产品状态、导通绝缘测试结果等信息，实现了数据完全共享，减少了由于信息孤岛导致的大量重复性工作，有效节省了生产时间，实现了效率的大幅提升；能够对数据进行分析，将测试曲线判读出可靠的数据，避免了人员判读误差；能够对指定的测试数据进行包络分析，对把控产品质量状态起到极大的贡献。

该平台将产品运行中生产线中的设备运行情况、能源集控系统、电源集控系统、MES 系统、WMS 系统等5 个模块进行通信、控制、信息互联互通。

（4）WMS 系统

WMS 系统能够将产品生产所需要的零件、组件、标准件、单机等录入，同时能够将产品及零件的合格证明文件进行电子化录入，有编号的产品生成二维码，能够完全识别所有产品零件状态，同时能够将产品的信息反馈至MES 系统，MES 系统能够按照物料状态进行配套，实现了生产的精准化控制，避免因物料不完整下发任务导致生产效率低下。

（5）测控集控平台

该系统能够接受MES 系统下发的测试任务，并调用相应的测试流程，将该流程下发至底层测试仪。测试完成后将测试结果及文件上传至管控平台，该平台可以完全实现一控多，并有效控制测试流程和数据处理流程，打通了控制测试仪的技术壁垒，实现了自动化集成测试、处理、判读，生产更加精准和质量更加可控，有效提高了生产质量和生产效率，实现了多系统的互联互通，避免了人为操作导致的质量不可控。

（6）测试仪

按照管控平台要求的格式和处理方式，对测试仪进行改造，对完全统一的测试流程、数据处理流程、生成数据报告格式等多方面进行优化，使生产效率达到新的高度，且消除了不同测试仪之间的测量结果误差，测试的质量一致性更加高，测量结果更加精准，测试仪的使用更加合理。

（7）能源集控系统、电源集控系统

能源集控系统是在管控平台上进行设置、发送并实时显示，原生产模式为全手动，导致设备启停不能进行标准化操作，且能源分布非常分散。

电源集控系统是在管控平台上锁定测试仪与电源的对应关系并且实时显示，集控平台能够向管控平台发送电源指令，并回读数据，并按照要求进行判读，通过该平台能够有效避免误操作，提高产品测试的可靠性。

（8）自动导通绝缘测试仪

该测试仪能够接受MES 下达的生产任务，然后用专用软件进行调用测试仪软件测试，测试结果自动判读，并上传至数据管控平台，实现数据自动可测可控，避免了人员操作导致的产品故障，保证了产品测试质量。

二、实施效果

伺服装调生产线是在深入分析研究所未来5 ～10 年批生产任务需求和“十四五”发展规划目标基础上，通过工艺流程优化、自动化提升、工业互联、数据规划、数据利用等信息技术与工业技术融合，探索实践工业互联、人工智能、数字孪生技术本地化应用，建设形成“先进制造+工业互联”新形态航天伺服产品装调生产示范线。

1.管理效益与经济效益

生产线产能提升了1.6 ～3倍。通过生产线实现了流程再造、生产组织及数据管理赋能等业务模式创新，实现了以数据驱动的跨部门、跨场景、跨业务数字化转型，设备及软件运用稳定可靠，实现远程监控和测试；实现生产工序的自动化装调；以人机结合为导向，降低对人工的依赖程度；实现自动化仓储和自动化物流，设备100%接入管控平台实现了生产数据自动采集、集中管理、远程控制、多维分析，体现数据驱动生产的设计思路；提升了车间信息化系统管理水平，实现对车间内所有产品、物料、工装、工具等的动态管理，生产流程和生产数据的全维度管控。

2.生态效益

通过将装调数据管理平台、客户端和测试仪、能源集控系统、导通绝缘测试和WMS 系统融合在一起，打通了不同设备之间的技术壁垒，解决了自动化的问题，实现了生产线上所有信息共享，使生产线上的所有操作更加精益，并能够提供更加可靠、更加及时、生产过程更加精炼高效，装调生产更加稳定的伺服装调生产线。▲