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从西飞公司看网络化协同制造模式

来源:赛迪智库  作者:王海龙 赵芸芸 张昕嫱  投稿时间:2017-10-11

  中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司(以下简称“西飞公司”)是一家以飞机和航空零部件研制和生产为主的企业,先后研制、生产了20余种型号的飞机,民用飞机主要有运七系列飞机和新舟60飞机等。航空零部件产品主要有美国波音737-700垂直尾翼、747组合件,法航空客门、翼盒,加航CL-415组合件,意航ATR-72飞机机身16段等。2015年,西飞公司的“支线飞机协同开发与云制造试点示范”项目入选工信部智能制造试点示范项目。西飞公司以智能制造试点示范项目为载体,在网络化协同制造领域积极探索,积累了很多宝贵的经验。
 

  协同研发:搭建协同开发与云制造平台
 

  飞机制造生产部门多,要优化各种制造资源,提升制造能力,协同要求高,必须实现主设计商、主制造商、供应商、专业化生产单位和航空公司单位之间的高度协调,将研发、采购、制造、客服融为一体。为此,西飞公司构建了一个协同开发与云制造平台,形成一套先进的智能制造业务体系,催生航空装备产品发展的新模式。西飞公司通过飞机协同开发与云制造平台,在飞机设计过程中,实现飞机概念设计、详细设计、仿真计算、工艺设计的异地全程参与,针对用户的每一个调整,设计部门可以及时跟进调整,并与制造厂和零部件供应商沟通方案调整的可操作性,进而实现设计环节的快速高效联动。
 

  数字化制造改造之前,西飞公司传统机型,如Y7系列、H6系列、JH7系列零件设计主要以二维图纸方式为主,或者采用三维数模与二维图纸相结合的方式。采用二维图纸方式,生产中不利于数控技术的推广应用,零件加工主要以常规加工为主,该类零件的加工主要以常规加工为主,不利于零件加工质量及生产效率的提高。在图纸到实物的转化中,生产制造依据的二维图纸,完全依赖操作工人的技能水平、责任心等,对人的要求高,且容易产生理解上的偏差,生产的零部件常规加工件,产品的质量稳定性相对较差。
 

  西飞公司构建协同开发与云制造平台,采用MBD数字技术,将产品的各项指标、参数进行数字化定义,将传统的二维图纸转化为三维实体模型,用三维技术来表达产品信息、工艺信息等,便于信息的传输和可视化操作。同时,采用CAD/CAE系统进行数字化设计,对零部件系统设计、工艺图等进行数字绘制,对铸件浇铸进行动态模拟,对各个环节进行智能分析、缺陷预测,使产品的工艺设计达到最优,同时大大缩短了设计方案的时间。采用数字化技术,依托唯一的源设计数据,特别是应用数字技术进行铸件浇铸,提升了航空零部件的生产精准度。产品在检验检测过程中,直接进行数字测量,大大减少了由于对图纸理解差异而产生歧义的几率,避免了次品的产生。在控制刀具磨损的前提下,可实施抽检或局部检查评判零件制造和设计的符合性。西飞公司在设计过程中通过协同开发与云制造平台,采用数字化设计技术,成功地将新型航空产品的研制周期缩短了近50%,在数字化技术研究和型号工程应用方面均达到了较高水平。
 

  通过设计制造协同与工艺设计信息化平台的构建,公司突破了时间、空间、地域的限制,保障了全行业优势资源“异地协同—联合制造”模式在大型飞机型号中的成功应用;生产组织管理与制造执行平台,提升了全生命周期的装备数字化制造能力。在飞机装配制造执行系统的建设方面,公司充分利用信息化技术、自动控制技术、计算机辅助、现代物流管理技术等手段,实现了装配生产线的集成化、智能化、精益化;生产组织管理与制造执行系统接入具备采集和通信能力的数字化测量、在线检测系统及自动化调姿定位系统、自动化加工系统等相关设备,初步实现了设备状态自动感知,数据、信息的自动传递与执行功能。
 

  在新一代涡桨支线飞机“新舟”700研发过程中,公司开展了智能制造的试点实施工作,取得了具有示范性的阶段成果。公司建立了“新舟”700云制造生产指挥中心,对各联盟企业的生产组织协调过程进行管控,并且搭建了云处理器、计算器和服务器。把业务知识、逻辑、规则与流程嵌入系统功能,作为实现制造智能的基础。
 

  协同制造:形成异地协同制造体系
 

  飞机制造的主制造商、零部件生产单位和供应商空间分布广,传统制造体系下,单个零部件的问题可能会影响整机生产进度,生产及时调整的空间小,由于空间分散,物流运输、生产问题等会对整机生产造成影响。在飞机制造中,实现跨地域多部门之间的协同非常必要。
 

  为此,西飞公司构建基于网络的异地多厂(所)协同制造体系,将整机组装、零部件厂(所)等资源整合,形成一个针对飞机组装和零部件生产的网络化制造联盟,能够针对不同型号的飞机制造需求,制定个性化的组装方案,而零部件厂(所)则根据实时动态信息,及时提供配套供应,实现对生产资源的优化配置。异地协同制造的基础在于研发阶段的数字设计,整个飞机制造过程按照设计研发环节的三维唯一数据源进行制造,可以广泛采用数字化、网络化生产装备和制造系统,开展柔性化、分布式的生产,实现生产过程的可预测、可调整、可追溯。同时在飞机检验环节,直接按三维设计实体模型提取信息检验,方便了数控测量等数字化检测手段的应用。西飞公司以建立智能精益加工中心、智能部件装配工厂和智能总装配工厂为目标,通过协同制造,实现资源、信息、物料和人的高度互联,确保工艺流程的灵活性和资源的高效利用,成功将整机制造周期压缩到15个月左右,成为国内数字化网络化协同制造的典型。
 

  协同管理:应用CAXA系统的敏捷化管理体系
 

  西飞公司进行协同管理,主要是为了适应协同研发和制造的需要,涉及数据管理、物流管理等。西飞公司利用传统的MRP计划方法和按需求拉动计划的设计原则,同时考虑西飞需要满足按多个机种构建生产管理系统的需要,西飞公司既能满足大批量的现有机型生产,也能按照个性需求研制和生产个性化机型。
 

  西飞公司建立了CAXA系统管理数控中心,逐步形成了敏捷化管理体系。通过CAXA管理系统的数控中心,通过1个数据服务器和3个通信服务器,将每个厂房对应到一个通信服务器。再基于CAXA管理平台,将西飞公司数控中心的所有产品的文档分别挂接在不同的节点下,图纸可以通过系统的批量导入功能,直接与数控车间的各个数控设备相连,实现对计划客户端和工艺客户端的流程管控。利用主计划管理、物料需求管理,形成多个机种的生产管理系统,西飞公司能够同时满足大批量和订单化生产。
 

  西飞公司优化采购供应模式,利用外商的采购网络和巨量库存,大大缩短了管理的物流环节,规避了国际运输、验收、仓储管理、配送等环节的费用和风险。西飞公司按年度主生产计划和MBOM,一次展开全年每架飞机中的各个物料的需求日期(包括投入计划、交付计划),实时更新装配进度信息和配套缺件动态信息,将计划、库房、缺件结合起来,航材备件实现系统自动进行月结库存,由原来的1天缩短为不到4小时,同时提升了人工效率,保障了信息传输的精确。
 

  协同服务:建立远程诊断系统和动态服务机制
 

  飞机运维服务对信息反馈的及时性高,飞机运营服务,依赖人工检测诊断,会出现由于人工操作错误产生的返工,以及信息传递缺失,影响服务满意度。西飞应用数字化技术,建立了航空产品故障和维护维修的数据库,构建了支持多专业协同的远程诊断系统。通过该系统,实现了对飞机和航空产品的使用性能、功耗、能耗等进行过程监控,并根据对运行数据的分析,预先制定改进方案和及时更换老化零部件,对飞机进行健康管理、维修,提高了航空产品服务的安全性和数据采集的多样性。同时,西飞公司以国际先进的航空制造商为标杆,形成面向客户端的动态服务机制,有针对性地对航空产品的运行进行数据采集分析,对出现的问题快速响应,提升客户服务水平。
 

  西飞公司的市场营销与客户服务平台主要是向客户提供技术服务。西飞公司将服务代表、工程技术、备件支持等各方面资源组成了一体化的协同工作平台,由被动服务转变为主动服务,缩短了服务流程,提高了执行效率。
 

  西飞实现了客户服务反馈的高效运行,系统反馈响应时间平均小于1秒,民机信息平均回复时间为3.1天,服务部传递时间由1天缩短为4小时,技术中心和质量部传递由15天缩短为5天。减少了因人工操作造成的错误返工、信息缺失等失误,实现了客户服务反馈的高效运行。
 

  网络化协同制造模式的关键
 

  实现设计、制造、服务的联动协同

  实现设计、制造、服务各环节高效联动是网络化协同制造的核心。网络化协同制造的过程中(图1),在研发设计环节,以客户需求为出发点,同时兼顾生产制造的可行性,利用数字技术,实现全三维产品关联设计、产品工艺并行协同设计、仿真计算与设计优化;在产品制造环节,通过对制造资源的共享,依托数字化车间,将设计数据转化为产品,并通过对产品设计、制造缺陷的挖掘和反馈,进而实现产品性能的优化和改进;在产品服务环节,基于共同的信息数据标准,加强对产品的远程诊断与维护,同时加强在产品应用中的数据采集,加强数据管理,将应用数据反馈到设计和制造中,对产品进行改进。通过协同联动机制,避免了不必要的返工,提高了生产效率。
 

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  应用数字化技术搭建信息网络平台
 

  数字化技术和信息网络平台是开展网络化协同制造的基础。网络化协同制造需要在设计、制造、服务整个产品生命周期环节中,形成统一的信息和标准,构建多方参与的网络平台,实现整个流程的高效运作。这就需要在搭建网络化共享平台的基础上,广泛应用数字化技术,将传统的二维图纸、产品工艺等转变为数字信息,融入到三维设计当中,保证信息在设计、制造、服务过程中数据的一体化。西飞通过MBD技术进行三维设计,实现了制造模式由二维向三维的转变,进而可以广泛应用数字化工艺/工装设计与仿真、数字化制造、数字化检测等。在信息平台上,搭建协同制造平台,实现了协同研制平台、生产组织管理、底层制造执行之间的信息集成,有效提高了航空产品的研制效率和质量,研制能力进一步提升。
 

  保障物流供应的快速、高效
 

  快速、高效、便捷的物流供应是网络化协同制造的重要保障。网络化协同制造要求零部件的及时供应,特别是根据需求和生产对设计方案进行调整后,相配套的零部件企业能够快速反应,及时保障整机企业的零部件需求。西飞在物流供应链方面,使用ERP管理系统,采用标准件开架管理,以满足高速转包生产和降低成本的需要,在西安建立前进库房作为配送中心,维持3个月用量库存,入库标准件统一按要求进行检验和分装。供货阶段按照生产现场需求信息,在规定时间内直接向生产现场“开放式双匣货架系统”补货,同时按期编报库存、在途和缺件动态。通过开架管理,改善了整个供应链的库存状况、降低了系统库存总成本、提高了准时交付率。

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