军工电子企业无纸化生产平台的研究与应用

葛长健

(西南电子技术研究所, 四川 成都 610036)

军工电子产品涵盖雷达、通信、导航、电子对抗等多个领域，除了作为独立装备提供给军方外，其装载平台几乎覆盖了陆、海、空和各种主战武器，形成了复杂的武器集成系统。随着国防装备和信息技术的快速发展，军工电子企业面临越来越多的挑战。近年来军工电子企业普遍面临研制任务重、产品复杂且研制周期越来越短的问题，传统的设计制造模式已经远远不能满足当前的需求，尤其在制造端。因此军工电子企业急需采用数字化、网络化技术提升制造水平和制造效率。军工电子产品受限于多品种、小批量的特点，且由于保密原因，难以实现大规模、自动化生产，因此实现智能制造更多关注的是信息化和数字化[1]。大部分军工电子企业已经开始在设计端实行三维数字化设计，但由于生产制造管理的复杂性、工艺和自动化水平的限制，现场生产仍是采用纸质图纸工艺指导生产，传递效率低，变更控制困难，指导性差。应用生产现场无纸化技术，实现现场无纸化制造生产，能够有效地控制生产数据的技术状态，提高产品生产信息传递效率，进而提高产品研制质量和效率，降低研制成本。实施无纸化生产是军工电子企业追赶先进企业、发展信息化和数字化的迫切需要。

1 无纸化生产的需求

军工电子产品制造领域比较复杂，属于离散型制造，具有多品种、变批量、定制化的特点，产品制造生产过程中涉及各种技术文件、图纸、模型等制造数据，对这些数据进行技术状态管控要求非常高。尽管企业已经使用产品数据管理(PDM)系统和生产制造管理(MES)系统，但生产仍通过工单、设计图纸、工艺卡片、更改单等纸质文档进行生产管理和技术信息的传递，主要存在以下问题：

1)纸作为信息传递介质，传递效率较低，周期长。纸质文档的使用和生产管理成本很高，包括纸质文档的打印、转运、信息维护、保存和查询等，均需要投入大量的人力[2]，如图1所示。

图1 有纸化生产流程

2)传递信息量小，无法传递三维信息，指导性差。二维图纸和工艺无法充分利用三维模型表达工艺意图，对车间的指导性不足，车间装配工人需要根据二维图纸和工艺，花费一定的时间和精力构建制造过程，个人理解能力和经验很重要，容易引起歧义，并且延长了装配周期。

3)变更传递慢，版本控制困难。生产任务变化频繁，导致图纸、工艺等纸质文档需要经常更新，生产现场信息更新难以及时、准确反馈和控制，限制了管理和生产效率的提升空间，不能满足企业信息化实时性的要求，从而使整个企业信息化难以产生更大的效益。

目前许多企业已经大量使用三维设计以及信息化手段，传统的有纸化生产已经不能适应企业发展的需要。随着MES系统的全面推广以及三维数字化设计工艺应用的逐步开展，信息化系统已逐步完善，现有的数字化应用如图2所示[3]，生产车间无纸化生产的条件开始逐步具备。无纸化生产是指在生产过程中不需要通过二维图纸和工艺来传递信息，而是通过数字化方式来传递信息，利用信息化应用系统进行制造过程管控，达到无纸质图纸、无纸质工艺的三维数字化集成制造，无纸化生产是数字化设计与制造发展的必然结果[4]。搭建无纸化生产平台，实施无纸化生产，能够有效控制生产数据技术状态，提高信息传递效率和生产质量，降低研制成本。

图2 现有数字化的应用

军工电子企业对无纸化生产的需求主要有：1)实现图纸、工艺能够通过信息化系统在现场发布；2)支持三维模型在现场的发布、浏览，支持图纸工艺的多版本管理；3)实现实物(零部件)的识别与流转。

2 无纸化生产平台的研究

为满足军工电子企业对无纸化生产的需求，需要对无纸化生产平台从框架搭建、生产数据范围、网络硬件、数据发布等方面开展研究，实现无纸化生产的信息贯通。

2.1 无纸化生产平台的框架

无纸化生产平台的框架主要基于PDM系统、MES系统和无纸化数据发布平台，在生产现场构建相应的网络硬件设备，建立无纸化生产的技术支撑环境[5]。在PDM系统中，EBOM(工程物料清单)确保设计数据的准确性，工艺在EBOM的基础上形成PBOM(工艺物料清单)，建立装配件的装配工艺和零件的加工工艺，在工艺中组织管理工艺数据，包括工艺路线、工序信息、制造过程中所需的设备工装等，设计数据和工艺数据相互关联，最终形成的PBOM传递至MES系统作为MBOM(制造物料清单)的基础。MES系统中根据MBOM形成生产计划并下达计划工单，操作人员或检验人员在查看计划工单时通过将图号版本传递至无纸化数据发布平台获取PDM中相应的设计和工艺文件，实现无纸化生产的应用。整个无纸化生产平台框架体系如图3所示。

图3 无纸化生产平台框架体系

2.2 无纸化生产数据的范围

无纸化生产基本涵盖了现场所有的纸质文件，但并不意味现场就完全没有纸质文件，例如和零部件一起周转的条码和计划工单(用于识别生产任务)采用纸质文件。一般情况下无纸化生产数据可以包括以下类型：1)设计图纸(包括三维模型等)；2)工艺文件(包括工序模型或动画等)；3)设计更改单/工艺更改单；4)生产过程记录。

2.3 无纸化生产的网络硬件环境

完善的网络硬件环境是开展无纸化生产的关键环节之一，主要包括无纸化显示终端、延伸到生产现场的网络以及条码扫描枪，如图4所示。无纸化显示终端用于接收生产任务、查看无纸化数据、上报异常等，可以根据现场生产要求配置一台或多台显示器，在大型机柜装配、油漆保护等工位配置可移动式显示终端，在数控、电装、模块装配、检验等工种配置固定可伸缩式显示终端，每台无纸化显示终端配置一台条码扫描枪，用于获取条码信息、录入产品和人员信息等。

图4 无纸化生产主要硬件

2.4 无纸化生产数据发布

根据生产现场需求，无纸化生产数据发布支持两种模式：一种是正常的生产流程，无纸化数据发布平台从MES系统的计划工单中获取MBOM相应的图纸和工艺版本；另一种是返修流程或异常问题处理，直接在无纸化数据发布平台中搜索相应的图号，获取不同版本的图纸和工艺。无纸化数据发布平台如图5所示。

图5 无纸化数据发布平台示意图

2.4.1从MES系统获取版本

由于产品存在不同的技术状态，在MES中MBOM的版本也不一定相同，因此每一个生产任务都有对应的MBOM版本。操作者在MES系统中打开正在执行的计划工单，计划工单中有相应的图纸工艺版本，通过链接可以自主驱动打开无纸化数据发布平台，并向PDM系统发送相应的图号和版本，PDM系统返回相应的电子文件，并在无纸化数据发布平台显示。数据流程如图6所示。

图6 从MES系统获取版本读取图纸工艺流程图

2.4.2直接查询

操作者在现场需要直接查看工单之外的图纸时，其可在无纸化数据发布平台直接搜索图号，向PDM发送数据访问请求，PDM系统返回PBOM版本信息。操作者根据返回的信息选择需要查看的版本，PDM系统根据版本返回相应的电子文件，数据流程如图7所示。

图7 直接查询图纸工艺流程图

3 无纸化生产平台的应用

基于以上研究，无纸化生产平台已在西南电子技术研究所进行应用，根据无纸化生产的框架对PDM系统、MES系统及无纸化数据发布平台进行了集成，并根据现场需求搭建了相应的显示终端，建立了无纸化生产配套的网络硬件环境。结合条码化应用，除了计划安排表及条码，整个生产流程中已经没有纸质文件，如图8所示。

图8 无纸化生产后的操作流程图

操作者在接收零部件和计划安排表之后登录MES系统，扫描计划安排表上的条码，可以获取相应的生产任务。点击生产任务上的图号，可以链接至无纸化平台查看图纸工艺，并进行相应的操作，操作完成后在MES上确认完成任务，并提交检验。检验人员的检验记录也全部在MES系统的流程记录中。产品通过扫描条码入库，产品通过生成出库条码单进行粘贴并出库。计划安排表和条码如图9，10所示。

图9 计划安排表

图10 条码图

4 结束语

本文根据军工电子企业无纸化生产的需求，研究了无纸化生产框架体系，并依据已有的信息化系统进行相关的开发，建立起无纸化生产的平台。通过实际工程应用，证明了整个方案可行，能够为现场操作人员、检验人员开展工作提供有效的工作手段，提高了生产效率。本文的研究不仅适用于军工电子企业，也适用于其他相似产品特点的企业，项目完成后可以进一步进行数据采集分析的应用。

无纸化实施后，不再需要打印设计图纸、工艺文件等，车间现场的过程控制、执行反馈信息以电子化方式传递。无纸化的核心是工作过程标准化、规范化，配合自动化设备将工人专业化，减少重复工作，提升信息传递速度，缩短制造周期，提高产品质量，降低成本[6]。从生产管理上可以说无纸化和精益生产的目标是一致的。

推行无纸化不是一蹴而就，需要分步实施，不断推广。在无纸化的建设初期，最重要的工作就是对生产的各个活动进行价值流梳理和分析，建立以规范化和标准化为核心的整个体系。对生产过程的各个活动进行价值流分析，在保证质量的前提下，简化生产过程和内容，消除不必要的活动，提升工人的效率。这样才能体现无纸化生产的优势，更利于无纸化的推广。