航天器总装工艺工作信息化的探索与实践

作者：刘莉 刘建新 刘笑

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 1 引言 随着世界高新技术的发展和全球经济一体化进程的加快，各个国家在高新科技领域的发展态势和深层次竞争日趋激烈，尤其在某些国防尖端领域，如高性能战机、导弹、卫星等方面更是不惜投入力量竞相发展，因此，先进的工艺和制造技术为研发制造这些高科技产品的军工企业提供了支柱作用。 新时期以来，我国航天军工企业的任务性质也正在发生着深刻的变化，主要体现在以下几点：承担的型号任务剧增，任务主体由单一的卫星研制转向高密度研制发射及星座组网，在“十一五”末期及“十二五”期间，航天器和相关产品的研制生产量是“十五”期间的4～5倍；任务性质由研制试验为主走向科学试验与装备应用并重；产品研制呈现研制周期缩短、技术难度加大、质量与可靠性要求提高的特点。 由此可以看出国家对航天的政策导向有加速发展的态势，但基于过去航天传统的积累和现有条件，要在队伍能力、设备资源、技术条件保障等方面满足如此急剧的变化显然面临着许多艰巨的工作。而其中的重要一项，就是要加大航天器制造过程中的工艺性研究和决策落实工作。 2 航天器总装工艺在航天器研制中的性质和作用 航天器系统集成是航天器研制全生命周期的最后重要一环，是航天器整体质量保证的最后一道屏障，前期所有的技术手段都要在这一阶段接受考验，最终形成一介成功的产品。而且越到研制阶段最后，可靠性模型越复杂，这就决定了航天器系统集成阶段的每一项工作都要有严格的质量保证和可靠性、安全性保证。航天器的总装过程贯穿了系统集成过程中的装配、测试、试验，以及发射场的再组装和测试的全过程，总装质量直接影响到航天器的质量和飞行试验的成败。 航天器总装工艺工作是连接设计与制造的桥梁，工艺问题不仅仅局限于工艺文件的编制，而应实现基于产品生命全周期的工艺流程设计、过程管理、技术问题处理、数据分析和信息处理。产品的加工工艺是企业指挥生产的灵魂，产品的工艺设计方案是产品生产的神经。 3 航天器总装工艺的发展历史及面临的问题 航天工艺工作是伴随着我国的航天事业发展壮大而发展的，也经历了一个漫长的过程，80年代初，当时的航天工艺技术水平和工艺管理现状与航天制造业对工艺工作的要求还相去甚远，为此，原航天工业部出台了《航天工艺工作条例》，加强了工艺师队伍及工艺体系的建设，90年代后期，航天工艺技术及工艺管理随着航天事业的迅速发展而发展。中国空间技术研究院也开始了一系列的重大举措：首先是将航天器总装集成业务从制造总厂剥离出来成立单独的部门，受院直接领导。从而使总装工艺地位得到提升，总装工艺工作得到进一步重视和加强，工艺师队伍得到迅速发展，工艺与设计衔接更加紧密，技术力量不断加强；随后又将航天器总体集成与环境试验业务合并，组建了航天器总装、测试、试验中心，通过业务流程再造，使航天器研制管理更顺畅，技术流程更优化，为中国空间技术研究院的产业化进程打下了坚实的基础。在此期间，航天器总装工艺技术及工艺管理也从手工编制、文档管理、现场跟产过渡到数字化、信息化时期。 过去的岁月里，负责航天器总装工艺设计的科研工作者为我国诸多型号航天器的研制成功付出了心血和智慧，也留下了许多宝贵的技术财富和优良传统。但是，在我国航天事业高速发展的今天，传统的工艺设计也不可避免地面临着许多问题，主要体现在以下几个方面。 3．1 工艺技术发展相对滞后，难以满足航天产业发展要求 当今的航天制造业，新技术、新设备、新材料、新理论被不断运用，而工艺技术发展的落后则会制约航天产品的研制质量和效率。在实际工作中，“重设计、轻工艺”现象依然存在，致使设计师往往重视文件、图纸的“纸上谈兵”，而忽视科研生产中产品加工及试验过程的实际情况，最终导致产品质量不过关。这方面，我们是有深刻教训的，采用成熟平台技术的型号的失败，很大一部分就是这方面的原因。 3．2 缺乏工艺技术创新和工艺精细化研究 虽然以“载人航天”和“探月工程”为代表的一批重大航天工程项目的成功，使我国的航天技术水平位于世界先进行列，但我国的航天科技工业与制造技术和世界先进水平还有很大差距，我们所取得的成绩是依靠社会主义“集中力量办大事”的制度优越件，缺乏经济竞争力。面对时代新要求和国内外发展态势，必须树立市场竞争意识，发扬创新精神，大力开展先进制造和先进工艺技术的研究。另外，由于产业规模迅速发展，一线技术人员新老更替加快，存在着工程经验不足、技术没有完全吃透、工艺技术文件不完善的现象，从而导致质量事故时有发生。技术人员的经验和技术成熟度虽然不能在短时间内完成积累，但是可以通过信息、技术的快速沟通和响应弥补，这也是信息化的工艺技术工作所起的作用之一。 3．3 传统工艺设计方法和工艺管理方法存在的问题 在具体的航天器总装工艺设计和工艺管理工作中，过去的传统方法存在着如下不足： a．工艺文档编制方式落后，工艺标准化程度不高，导致工艺设计效率低； b．工艺设计流程不优化、工艺术语不规范，导劲工艺指导性不高； c．企业传承的工艺技术和经验不能得到有效管理和利用； d．没有有效的文档管理和查询工具，无法进行工艺知识的积累和复用，现场反馈的数据和信息缺乏数据库管理； e．工艺管理不到位，工艺技术文件流通不充分，各方信息传递不充分，工作进度信息、技术问题处理响应速度慢； f．标准工艺总结困难，工艺支撑数据缺乏科学汇总和管理，不能对总装工作进行科学有效的评估。 以上的这些缺陷制约着型号科研项目的进度、质量和成本，已经不能适应航天器研制新形势、新任务、新要求。为了解决这一矛盾，我单位大力加强了信息化的总装工艺工作，经过一段时期的磨合，取得了很好的效果。 4 航天工艺技术及工艺管理的信息化 航天工艺技术是指在航天型号制造、装配、检测工作中具有一定技术含量，对制造装配过程具有一定促进作用的工艺方法。在生产过程中主要体现为：工艺攻关，工艺优化，新技术、新材料、新方法的采用等。工艺技术需要以客观实体的形式保存下来，一方面真正改进工艺过程，另一方面进行知识的传承。工艺设计过程管理的基本任务是应用现代管理科学理论，对各项工艺任务进行计划、组织和控制，使之按一定的原则、程序和方法协调有效地进行。面向产品全生命周期的工艺设计与管理，以产品全生命周期的工艺设计与管理为核心，动态管理和设计企业产品加工的工艺过程，为生产提供完善的数据体系。 工艺技术信息化是从企业的工艺设计、工艺管理、工艺数据集成利用等多个方面满足企业信息化建设的要求。工艺信息化的作用，不仅仅在于用计算机代替人工进行工艺文件和工艺卡片的编制，共享信息数据，提高工作效率，还在于建立协同工作模式，规范工艺标准、工艺资源，实现工艺设计全过程的管理、数据分析和工艺流程，并为生产提供准确、有效的数据，有利于工艺创新研究，提升工艺水平。 在航天器总装工艺工作中，要对工艺工作中的各种信息和过程进行管理，主要包括管理体系、工艺文件、工艺纪律、工艺技术、工艺服务、工艺师队伍等方面。管理体系及对工艺文件的管理是工艺管理中最主要的方面。管理体系以体系文件为基础，从工艺工作的各方面规范工作的方法、流程和结果，优秀的管理体系必然具有完备、便于操作的体系文件。大量的各级标准(如国军标、航天部标、中国空间技术研究院院标等)是体系文件的重要组成部分，同时，还包括根据厂、所不同的环境和条件不断积累和总结而形成的具有良好适应性的规范性文件。工艺文件属于广义的范畴，主要包括工艺总方案、物料清单、工艺规程、技术通知单、工艺文件更改单等各种工艺规程类和技术文档类文件。工艺文件应具有完整性、正确性和统一性。 信息化工艺管理是指利用PDM(Product Data Management，产品数据管理)系统提供一个数字化工作平台来管理产品的各种信息，建立一个并行化的协作环境。以产品数据为核心，实现静态的产品数据和动态的工作流程的管理。做到有效的信息共享和利用，解决“信息孤岛”问题。利用PDM系统进行工艺管理的实现包括三个方面，即工艺规划的管理、产品装配工艺设计的管理、工艺过程的管理。基于PDM系统可以实现设计、制造的全面集成，从根本上改变传统的产品开发过程。借助成熟的CAD／CAM工具软件(如UG、Pro／Engineer等)，使产品的设计信息完全依托PDM系统向制造过程传递，实现无图纸的产品设计与制造。 5 航天器总装工艺信息化建设目标及解决方案 航天器总装工艺信息化系统建设是根据航天器研制的整体信息化建设目标，结合工艺信息化需求特点，本着先进实用、集成开放、安全可靠的指导思想，对航天器总装工艺设计、工艺管理等进行全面的科学管理和规划。本方案具有以下特点。 5．1 建立以标准工艺为基础的工艺设计平台，实现工艺文件数字化及成本控制 航天器总装数字化的建设，除了实现工艺规程、技术文件、图纸以数字化形式到达生产现场，并实现按工艺规程按权限在线签署外，还提出了基于标准工艺文件基础之上的工艺设计系统。在工艺设计过程中，对于某些装配加工方法相同、工艺路线相似的工序可以引用标准工艺文件，在其中加入加工数量、材料、规格等信息来生成工艺文件。生成的工艺文件反映了库房物料、耗材等成本信息，因而也实现了工艺设计阶段的成本控制。 此外，为了提高工艺设计效率，提高工艺文件的标准化和规范化，还提供工具化的工艺编辑平台，包括表格定义、工艺类型管理、典型工艺管理、工艺资源管理、工艺简图绘制等功能组件的工具。 5．2基于面向对象的管理思想，进行有效的工艺数据管理 航天器总装工艺信息种类繁多，主要包括装配加工工艺信息、工艺定额信息以及工程管理信息等，通过基于面向对象的思想，将所有工艺信息围绕型号对象进行有机的组织。在工艺信息合理组织的基础上，通过快速有效的历史工艺文档检索和查询手段，实现工艺信息的借用和复用。 5．3采用项目管理的理念，实现工艺任务的自动分派和工艺过程的可控 针对航天器的工艺设计和总体装配任务，根据生产计划流程建立工艺路线代号与工作任务的对应关系，自动产生任务分派，实现技术流程和计划流程的统一。另外，对生产过程进行控制和管理，对项目完成情况进行统计汇总，为企业的绩效管理提供依据。 6 航天器系统集成工艺技术方案 航天器总装信息化工艺设计技术实现方案采用面向产品全生命周期的CAPP／PDM系统，从产生工艺的设计过程开始，对工艺设计所产生的工艺数据进行有序的符合企业规则的管理，形成完整有序的工艺设计管理流程。在计算机环境下让企业的工艺数据流在网络上规则有序地流动，为各个相关部门所用。 航天器总装CAPP／PDM集成系统以大型数据库Oracle为底层支撑，用Java语言开发，系统的设计采用B／S模式和C／S模式相结合，标准的J2EE结构。采用主动发布BOM信息方式，目前建设成的系统包括七大功能子系统：系统管理、生产计划管理、工艺数据管理、现场生产管理、总装物资管理、现场信息查看、虚拟装配数据管理。实现了工艺路线和工艺规程编制完成后自动生成物料配套清单、工装明细表、材料定额、工艺路线汇总表等各种工艺汇总数据，实现了各类设计、工艺、生产文件和生产BOM表的信息化传递、反馈和签署。并提供报表格式自定义功能，能满足不同部门对工艺数据的统计和应用需求。 7 航天工艺信息化技术发展展望 长期以来，对CAPP的定义是Computer Aided Process Programing，即计算机辅助编制工艺规程，随着生产发展要求和计算机网络技术的发展，对于CAPP发展定位的含义变为Computer Automatic Product Planning，即基于计算机的自动化产品生产规划。 总体来说，CAPP在国内大体经历了四个发展阶段：第一代产品：基于智能化专家系统思想开发的CAPP系统。这种思想过分强调工艺决策、编制的自动化，而忽视了工艺工作的复杂性和个性化，所以注定只能作为学术研究，很难将其实际推广应用。第二代产品：基于低端数据库(FoxPro等)开发的CAPP系统。重视了工艺是以数据为主要管理对象，但限于开发技术和开发工具，软件实用性差，做不到“所见即所得”的编写工艺，并且与基于大型数据库的企业管理系统集成困难，数据难以利用。第三代产品：基于AutoCAD或自主(CAD)图形平台开发的CAPP系统。在CAD环境中开发CAPP系统，以图形为研究、管理对象，所以仅仅能够完成工艺卡片的编制工作，大量的工艺数据很难提取、处理和共享，对企业其它部门效率的提高没有贡献，对于系统的企业信息化建设作用不大。第四代产品：基于数据库开发、注重数据的管理与集成的综合式平台类CAPP系统。综合了前三代产品的优点和长处，代表了现代CAPP技术的主流发展方向，受到国内大中型企业的广泛认可，事实也证明这种CAPP系统是企业信息化建设的基石。当前CAPP／PDM技术正朝着协同设计、分布实施的方向发展，是一个集任务管理、工艺设计、评审管理、版本及发放管理、文档管理等功能于一体的复杂的设计和管理体系。 目前，工程化的CAPP技术的发展趋势有如下几个特征： a．完全基于网络大型数据库开发； b．通用的平台、开放的体系结构； c．多种二次开发手段； d．交互式与智能化模块的结合； e．各种工艺设计资源的有效共享和智能化利用； f．有效利用3D模型、工艺流程可视化和工艺流程优化分析； g．产品设计、工艺技术准备、制造的全面集成； h．工艺设计、工艺管理、工艺数据的集成应用。 自从本单位建成基于CAPP／PDM的总装看板生产系统以来，已经向航天器数字化研制迈开了一大步，系统经历了试运行、自适应、不断完善到在型号中应用，已经取得了很好的效果。相信随着信息化的航天器总装工艺技术和管理的成熟利用和发展，会使航天器的研制效率更高、质量问题的发生概率更低，从而为迎接航天新发展提供有力的技术保障。(end)

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