基于MES系统的无人机直升机总装设计及分析

2022-06-09杨豪

中国科技纵横 2022年10期

杨豪

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333000）

0.引言

目前无人机总装生产还使用传统的装配方式，以纸质的文件指导现场装配、验收，以纸质装配验收文件存档留存，这既不利于大批量生产时部分装配信息更改的及时贯彻，也给后期文件查阅带来极大不便。面对当前大批量的无人机总装生产任务，对现场生产状态的管控越来越能体现一个总装部门的生产效率，曾经人工统计、口口相传的状态统计方式渐渐显露出了弊端。由于常常出现多型号任务同时进行的生产局面，对现场零组件、成品的状态跟踪也成为一个迫在眉睫需要解决的问题。

传统总装生产模式已经逐渐无法适应现阶段日益增长的无人机总装生产现状。因此本文在MES系统（制造执行系统）基础上，结合实际总装现状设计了一套关于无人直升机总装的MES系统，旨在进一步提高总装现场的信息化程度、进一步改善总装现场状态统计及库房库存管理效率，从而达到适应目前大批量、多型号的无人机总装生产现状的目的[1]。

1.MES系统介绍

美国生产制造研发机构针对生产制造企业提出了如图1所示的3层企业集成模型[2-3]，其中计划层面向客户，依据客户需求告诉执行层制造什么。此层级关系在本文举例研究的无人机总装设计中类比于依据客户需求设计机构发放相对应图样技术文件给执行层。执行层的任务则是告诉控制层如何生产，在本文的举例研究中类比于执行层发布工艺规程文件。控制层则是对具体制造任务进行分配，在本文的举例研究中类比于调度分配工时任务给具体站位现场操作者。同时刻计划层、执行层、控制层三者又能够依据生产制造状况互相进行反馈，对制造生产状况进行改进，依据生产制造状况反馈改进图纸技术文件和工艺规程文件。

执行层MES是制造企业生产过程执行系统（Manufacturing Execution System）的简称，在3层企业集成模型中位于中间环节具有承上启下的作用。MES是一套专门用于进行制造生产管理的信息化系统，它可以为制造企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制等管理模块，为制造企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。目前市场上有很多家成熟的MES软件设计公司，本文的研究便是在此基础上进行设计，具有一定的实际指导意义。

图1 制造生产3层集成模型

2.基于MES系统的无人直升机总装架构

相较于传统的飞机，无人直升机具有内部结构紧凑、飞行控制设备线路复杂的特点。在一个狭窄的机体空间需要装配大量的成品及线路，当进行大批量生产时需要对每一架次的装配状态进行严格控制、对大量精密零组件及成品进行全生命状态跟踪，依靠传统纸质文件为指导记录的方式逐渐无法适应这种总装现状。因此设计一个能够专门针对无人直升机总装的MES系统成为了一个迫在眉睫需要解决的问题。

对于无人机直升机总装来说其内容主要涉及：任务计划管理、设计文件审签、工艺规程编制、成品标准件耗材采购、零组件加工、总装生产、质量检验及交付。基于这些特点，将设计的无人机直升机总装NES系统分为计划调度管理、工艺状态管理、库房库存管理、总装生产管理、质量检验与交付。如图2所示。

图2 无人直升机总装架构

3.基于MES系统的无人直升机总装系统设计及分析

基于MES系统的无人直升机总装系统可以为总装部门提供了一个清晰透明的信息化管理系统、一个迅速高效的库房管理系统，其具体结构设计可以分为以下5个方面。

3.1 计划调度管理

计划调度管理是无人机直升机总装系统的关键[4]，它上承接任务接收，下负责整个总装过程及库房的管理。计划调度管理的核心是调度员，计划调度管理在MES系统显示方式主要是分布装配现场的显示屏。在基于MES系统的无人直升机总装系统中，调度员主要进行任务分发和协调统计装配现场的信息。在任务分发方面，调度员主要将制造部门接收到上级部门的任务分发给工艺人员进行工艺准备（工艺规程及备料），待完成工艺准备后调度人员依据工艺文件将具体总装任务分发给现场操作人员。在协调统计装配现场信息方面，调度人员主要是汇总调度信息，然后在个人终端设备中将调度信息更新显示到装配现场屏幕上以供所有人员了解信息，其中调度信息主要分为：库存状态及物料缺项、装配进展及现场问题汇总。

计划调度管理的具体设计流程如图3所示：首先调度员在系统中将接收到的任务发送给工艺人员，为工艺人员指派任务。然后待工艺人员完成指派任务（工艺规程编制、配套采购），调度员将工艺员配套采购的信息发送给库房人员为工艺规程配套，并协调库房人员统计缺项信息及库存状态。最后调度员依据工艺规程在信息化系统里面编制总装计划，在MES系统里将任务计划指派给具体装配人员（装配人员依据总装具体位置分工的不同分列多个工位）的具体工位，并协调装配人员统计现场装配问题。其中每个工位放置一台显示屏。

图3 调度信息显示图

3.2 工艺状态管理

工艺状态管理的核心是工艺人员，其作为总装技术状态的确定者对总装任务的顺利完成有着至关重要的作用。在基于MES系统的无人直升机总装系统中，将传统纸质工艺文件全部转化为电子文件，通过分布装配现场基于MES的互联系统，工艺人员可以第一时间将工艺状态变更更新给每一个现场工位。现阶段因为纸质文件限制，工艺文件提供的指导图示都是以二维为主。由于无人直升机机结构复杂，纸质工艺规程中提供的二维纸质版本文件可能无法涵盖所有总装细节，导致现场装配人员无法全面掌握整个装配细节。在基于MES的无人直升机总装系统中，含有装配尺寸和位置信息的三维数模[5]通过显示屏投放到每一个装配工位。

工艺状态管理的具体设计流程如图4所示，首先工艺人员通过在系统中接收来自调度人员的任务分配，工艺人员编制工艺规程和工艺配套物资采购申请。然后工艺人员在MES系统中由调度人员审批后发送采购申请给库房及外协单位，待配套采购到位后发送工艺规程给库房配套。最后在总装过程中，根据现场情况工艺人员通过系统随时与设计部门、采购外协部门、现场操作人员、库房人员进行技术状态沟通并及时对总装状态进行跟进确认。

图4 部件装配示意图

3.3 库房库存管理

库存管理在过去一直使用纸质文件作为记录，现由于批产任务日益增多，对飞机总装涵盖种类繁多的零组件和成标件进行精确统计往往需要花费大量的工作量，并且依靠纸质文件记录统计繁琐又易出错的弊端在巨大工作量基础也逐渐暴露出来。在基于MES系统的无人直升机总装系统中，使用条码系统对零组件及成标件进行统计。在系统中将每一型号飞机涉及到的组件和成标件名称与不同的条形码对应：物料入库时依据不同的种类将物料粘贴条码后入库保存，通过扫码枪扫码统计物料信息，出库时通过扫码自动更新物料库存。

由于在无人机服役过程中机上存在数量众多的有寿零组件和成品件，在基于MES系统的无人直升机总装系统中，零组件和成品件出库用于安装时将自动归类到相应的飞机架次结构树上，该结构数包含这个架次飞机所有物料信息的使用资料，并在交付用户时该信息可随飞机交付用户用于管理。

3.4 总装生产管理

现阶段总装生产状态的管理主要依靠调度员、工艺员和装配人员的口口单向沟通，容易出错且效率很低。因此在基于MES系统的无人直升机总装系统中，装配人员（装配人员依据总装具体位置分工的不同分列多个工位，其中每个工位放置一台显示屏）依据现场装配情况在工位显示器上更新装配进展。库房管理人员依据物料出库信息及时更新库存量。工艺人员则依据现场装配人员反映问题及时针对解决，并将解决方案通过系统指派给具体人。同时工艺人员依据库存量的剩余，分析任务需要及时补充采购相对应的物料信息。每日工作结束，调度人员依据计划确定今日进展及明日工作计划，并在MES系统中展示，方便所有人掌握具体进展及计划。

3.5 质量检验与交付

当前无人直升机总装完成交付均以纸质文件为媒介，交付过程检验部门需要逐一梳理上百份文件，过程复杂且不容易保存，并且在后期查看往往也需要耗费巨大精力。在基于MES系统的无人直升机总装系统中，将检验部门引入系统中，检验部门可随时掌握装配进展。现场装配人员每完成一道工序，便将该工序提交给检验部门，检验员现场检查完成后，若工序合格则在其个人终端更新工序完成，若不合格则重新退回给具体装配人员。物检验人员可以直接在系统中查看具体物料信息的合格证等信息，并对该信息与机上装配实物进行检验确认，不符合项则直接退回给库房人员。既减少了纸质文件在中转过程中丢失的风险，也提高了对装机物料信息的管理。工艺人员依据现场工艺规程交付情况，在系统中编制涵盖总装各种信息的总装交付文件，最后提交给客户部门验收管理。