基于云制造的运载火箭供应链协同制造模式研究

2020-08-13天津航天长征火箭制造有限公司张晓舫

军民两用技术与产品 2020年7期

天津航天长征火箭制造有限公司王超王湃张晓舫

运载火箭的制造系统与研制技术十分复杂，涉及众多的研制生产与协作配套单位，并且需要多个企业、区域及专业开展协同制造。目前，传统的供应链管理方式已无法满足新形式下型号任务的需求，如何利用先进的制造技术和信息技术提升供应链管理水平和释放供应商生产能力，成为迫切需要解决的问题。

本文以天津航天长征火箭制造有限公司（以下简称“天津火箭公司”）的协同制造经验为例，设计并构建了基于云制造的运载火箭供应链协同制造组织模式、体系结构与运作模式，总结了云制造平台的关键技术及难点，并在云制造平台中定义了各类不同的标准规范和质量管理体系，改善了企业的供应链管理方式，释放了供应商的生产能力，有效提高了协同制造效率。

一、基于云制造的供应链管理及需求

（一）云制造下的供应链管理

云制造是近几年提出的一种基于知识、面向服务的网络化智能制造新模式，融合了物联网、大数据、CPS、数字孪生等信息技术，通过拓展现有制造模式和服务技术，将各类制造资源和制造能力虚拟化、数字化，并进行集中的智能化管理与运营。在云制造理念出现之前，企业往往拥有几个固定的产品供应商，主要根据生产能力和成本报价来选择供应商。对于产品的工艺设计和质量控制，企业通常需要和供应商进行多轮的技术交底，有时也需要二级供应商的共同配合，但是也容易出现供应商选择困难、协同制造效率低等情况。而在云制造理念出现之后，企业的供应链管理方式由传统的简单层次管理模式转变为以云制造平台为核心，客户和供应商可直接在云制造平台上开展工艺研发、生产计划管理与排产、质量控制、供应商评价分析等业务的模式。

（二）运载火箭协同制造的需求

运载火箭的生产研制涉及工艺研发、零部件制造、产品检验管理、质量状态控制等多个过程，涉及的配套产品具有零件数量众多、质量控制严格、制造精度要求高等特点。随着运载火箭研制模式的变化及数字化要求的日益提升，传统串联式的协同模式已无法满足航天“高质量、高效率、高效益”的需求，需要构建以航天质量管理体系为核心，以互联网云平台为依托，将各类制造资源和制造能力统一管控，实现对产品全生命周期协同制造管理和优化的新模式，以达到缩短产品研制周期、降低产品成本的目的。

二、基于云制造的供应链协同制造模式设计

（一）协同制造组织模式的构建

根据运载火箭协同制造的特点和供应链管理要求，本研究首先构建了基于云制造的协同制造组织模式，通过互联网将客户和供应商接入云制造平台，将每个供应商作为一种“制造服务”项目进行管理。云制造平台中定义了各类不同产品的标准规范和质量管理体系，根据各类客户对不同产品的质量需求和制造要求，在平台中自动匹配相应的质量标准规范，并提供个性化定制需求。云制造平台包括产品数据管理、工艺设计、质量管理、生产制造、BOM管理、质量追溯等产品全生命周期管理。

基于云制造的供应链协同制造管理模式将不同地域、不同类型的企业整合为类似“制造产业联盟”式的松耦合组织模式，在云制造平台上引入航天质量管理体系，定制各类标准规则，并在企业生产制造过程中加入各类质量要求和管理要求，实现对产品全生命周期的管理和数据追溯。基于云制造的供应链协同制造管理模式，通过企业间资源共享、生产负荷分析、信息传递和过程管控等方式，将各个企业聚合在一起，大大弥补了企业间的差异与自身的不足，形成制造能力互补、管理体系统一、产能实现最大化的“虚拟”制造产业联盟。联盟中的各个企业可以采取不同的合作方式，例如，固定客户的定制性生产、围绕研制型产品的能力互补型合作等。这种开放式的管理模式可以满足“多品种、小批量”的航天特色生产需求，减少企业重复性固定资产的投入，让其专注于某些领域开展深入研究。

（二）协同制造体系结构的设计

为满足供应链协同制造的需求，本研究将基于云制造的协同制造体系结构分为4个层次，包括云平台应用层、云服务层、体系管理层和基础层。其中，基础层包括网络环境、服务器管理、数控设备联网及云存储等基础设施。体系管理层主要是结合航天管理体系进行建模，包含工艺管理、任务管理、原材料管理、工装管理、质量管理、设备管理、成本管理等管理要求，并在云制造平台中进行建模和功能实现，该层也为云服务层提供基础功能的模块。云服务层将体系管理层中的业务功能进行整合，并以服务的方式提供给应用层，该层主要包括工艺设计云、生产管控云、供应链管理云、设备管理云等，构成了云制造平台的业务主体。应用层主要是面向企业和客户，并为其提供所需的平台功能，主要包括工艺设计、数据管理、生产计划管理、生产执行反馈、质量管控、设备管理及供应商分析等。图1为基于云制造的协同制造体系结构图。

（三）供应链协同制造运作模式

在对协同制造体系进行研究分析的基础上，本研究构建了基于云制造平台的供应链协同制造运作模式。基于云制造平台的供应链协同制造运作流程主要分为5个部分：（1）制造商与供应商在云制造平台上发布需求信息和资源信息；（2）云制造平台会根据需求定义，采用多条件搜索、能力匹配等方式，为制造商推荐相关供应商及其相关信息，并完成制造成本评估；（3）平台会根据供应商的制造资源、生产负荷等多种约束条件进行智能排产，制定切实可行的生产计划；（4）供应商在生产制造过程中，云制造平台将根据生产管理方式为其构建独特的生产任务执行链路，供应商需要按照生产执行链路中的制造节点进行生产制造，并记录产品的质量数据及数控设备运行数据，完成数据采集；（5）通过云制造平台开展相关的产品检验、物流配送及供应商评价等工作。图2为基于云制造的供应链协同制造运作模式图。

图1 基于云制造的协同制造体系结构图

三、云制造平台建设的关键技术与难点

（一）管理体系建模

产品的多样性与管理的复杂性决定了如何将不同的管理体系落实到云制造平台上，成为云制造平台建设过程中的关键问题和技术难点。平台设计开发了以“制造执行链路”为核心的生产管理模式，中心思想是将各类质量要求和管理要求落实到产品生产制造流程上，当制造过程中出现异常情况时，按照质量管理要求触发其异常处理流程，实现对产品制造过程的全生命周期管理。

基于“制造执行链路”的生产管理模式，依靠航天质量管理体系模型，以管理标准化文件为基础，从质量管理要求和生产管理方式2个方面进行建模，将制造管理模式由“客户提要求，供应商被动执行反馈”转变为“云制造平台规划业务流程、记录过程数据、反馈异常事件，供应商按规划业务流程生产”的模式，以此实现对工艺、质量、设备、成本等纵向制造管理要求的横向联结，贯通产品制造流程，消除客户和供应商之间的信息断层。

（二）智能化决策分析

为了充分释放供应商的生产能力，提升协同制造效率，减少不必要的前置时间，智能化决策分析是云制造平台的重要功能。云制造平台通过量化分析构建了以制造装备为最小单元的生产系统，利用工业互联网实时感知协作单位生产负荷的变化和数控设备的运行状态，结合人工智能与数据分析，不断优化任务与资源的匹配，并进行动态的优化调整。从多个生产作业方案中选择最优生产计划，使整个生产流程形成一个“实时感知—动态优化—智能决策控制”的过程。

图2 基于云制造的供应链协同制造运作模式

（三）信息化技术应用

信息化技术应用是基于云制造的供应链协同制造模式成功实施的基础之一。云计算、大数据分析、虚拟化、网络安全系统、电子商务、消息机制等电子信息技术为云制造平台的正常运行提供了技术保障。云制造平台负责收集产品制造全生命周期的数据，并以这些数据为基础，利用大数据分析技术，对影响产品制造的“人、机、料、法、环”进行全面分析，识别出制造过程中的关键技术短板，不断优化生产资源的配置。