面向異地協(xié)同環(huán)境的數(shù)字化地磅稱重管理系統(tǒng)研究

為解決飛機生產制造過程中跨地域、跨企業(yè)海量重量數(shù)據(jù)的管控難題，本文提出面向異地協(xié)同環(huán)境數(shù)字化電子地磅稱重管理系統(tǒng)，并引入將網絡化、信息化的系統(tǒng)建設思想，制定全新的設計生產一體化管理模式。通過對生產過程中重量、重心實時監(jiān)控、重量超差自動甄別、數(shù)據(jù)校驗、稱重進度監(jiān)控等方面的研究，實現(xiàn)設計所和生產廠稱重檢驗的無縫對接，極大縮短了稱重工作周期，對建立智能化工廠有重要現(xiàn)實意義.

一、引言

我國的飛機設計制造領域已經進入三維數(shù)字化設計階段，而制造領域中的重量管理部門一直以來與設計部門都是分散式管理，且朝向跨廠所協(xié)作的模式發(fā)展，謀求型號研制資源的最大化利用，但是異地協(xié)同環(huán)境下也帶來了一些問題，容易造成設計、工藝等管理人員不能及時掌握飛機在生產制造過程中的真實重量情況。

國內的零部件稱重檢驗工作大部分仍采用紙制采集、手動錄入的方式，數(shù)據(jù)量大，整理困難，數(shù)據(jù)準確性難以保證；設計部門干預少，干預手段落后，形成設計和制造的脫節(jié)；雙方溝通較少，致使飛機超重后期必須通過增加配重或者降低型號部分性能指標來均衡重量分布，影響整個型號的研制質量。主要問題如下：

（1）設計和稱重單位分散，稱重時效不可控，收集整理困難；（2）數(shù)據(jù)準確性差，人工干預對數(shù)據(jù)準確性影響較大；（3）數(shù)據(jù)版次混亂，造成大量重復數(shù)據(jù)；（4）重量超差干預滯后，無法及時響應，導致重量疑難問題。

因此，迫切需要對現(xiàn)有稱重工作進行優(yōu)化，借助信息化手段，提升稱重工作能力，搭建數(shù)字化稱重管理系統(tǒng)，實現(xiàn)異地協(xié)同環(huán)境下對型號重量管理的靈活、高效及準確。

二、系統(tǒng)構建原則

異地協(xié)同環(huán)境的數(shù)字化地磅稱重管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)構建原則如下：

（1）實用性。系統(tǒng)符合數(shù)字化稱重業(yè)務工作流程，有能效地解決型號異地協(xié)同設計制造環(huán)境下的重量管控需要。

（2）可靠性。系統(tǒng)的設計必須在投資可接受的條件下，從系統(tǒng)結構、技術措施以及容錯處理等多方面綜合考慮，能夠確保系統(tǒng)長期無故障地穩(wěn)定運行。

（3）可拓展性。系統(tǒng)應充分考慮其將來潛在的需求，使現(xiàn)有系統(tǒng)能夠與需求同步增長，使系統(tǒng)規(guī)模在急劇擴張時亦不需要重新進行系統(tǒng)規(guī)劃與設計。

安全性。系統(tǒng)應采用多種系統(tǒng)容錯手段和防攻擊手段，主要設備采用雙機容錯或鏡像備份工作方式，保證系統(tǒng)正常運行；使用多級權限系統(tǒng)，對用戶進行精確的權限分配，保證重要信息的安全性。

三、異地協(xié)同環(huán)境下數(shù)字化稱重管理系統(tǒng)的架構

異地協(xié)同環(huán)境下的數(shù)字化稱重突出設計和工藝部門之間的關聯(lián)和協(xié)同，通過對數(shù)據(jù)傳遞的控制、對稱重工作過程控制、對稱重結果進行分析干預等，實現(xiàn)對稱重工作的有效管理。

從系統(tǒng)設計角度來看，數(shù)字化系統(tǒng)通過稱重過程中數(shù)據(jù)、業(yè)務流程和系統(tǒng)集成等方面，加強設計狀態(tài)的控制，來實現(xiàn)異地之間協(xié)同制造過程中稱重數(shù)據(jù)共享。

從系統(tǒng)應用角度來看，需要按照用戶業(yè)務管理的需要，配置軟件功能組件，最大化滿足用戶需求，實現(xiàn)應用層的業(yè)務功能組件中 EPOB 管理、PBOM管理、工藝路線、稱重規(guī)則、稱重清單、數(shù)據(jù)分析等功能模塊。異地協(xié)同數(shù)字化稱重管理系統(tǒng)設計架構如圖一所示。

四、稱重業(yè)務流程

異地協(xié)同環(huán)境下數(shù)字化稱重業(yè)務過程主要包括稱重清單管理、工藝準備工作管理、稱重執(zhí)行管理以及稱重數(shù)據(jù)分析處理幾個環(huán)節(jié)。其中稱重清單管理主要由設計所完成，通過對 EBOM 理論重量數(shù)據(jù)整理、工藝路線以及稱重單位配置規(guī)則梳理，形成基于工藝 PBOM 的稱重清單，包括零部件圖號、理論重量、重量的工藝余量、稱重單位、重量公差等信息；工藝準備環(huán)節(jié)主要開展工藝 PBOM 重構、工藝分工、重量的工藝余量計算等內容；稱重執(zhí)行環(huán)節(jié)主要完成稱重計劃下發(fā)、稱重工序編制、稱重操作執(zhí)行；稱重數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)主要完成對稱重數(shù)據(jù)的記錄和管理，對稱重數(shù)據(jù)進行分析，對超差進行處理，提出合理改進措施等。

各環(huán)節(jié)通過數(shù)據(jù)的有效傳遞，協(xié)同開展不同的稱重工作，最終實現(xiàn)稱重任務下發(fā)、稱重執(zhí)行、稱重反饋、稱重分析等內容，使得設計工藝能夠對稱重各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行有效管理，及時處理、及時干預存在的重量問題。

1.稱重清單管理

飛機設計階段的 EBOM 是稱重管理系統(tǒng)所需產品數(shù)據(jù)的基礎，需要建立每個輪次下的 EBOM 數(shù)據(jù)庫，側重于零部件的產品結構與重量特性數(shù)據(jù)。

（1）EBOM 導入：導出 EXCEL 格式的 EBOM清單，然后將 EBOM 數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)，形成稱重管理系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)。

EBOM 部件重量計算：零件、標準件、成品件本身帶有重量特性數(shù)據(jù)，裝配件配置了重量重心的，直接使用原始重量重心數(shù)據(jù)，不帶重量的裝配件，它們的重量重心需要根據(jù)公式計算才能得到。

2. 工藝準備工作管理

EBOM 經過工藝部門工藝重構后形成 PBOM。稱重管理系統(tǒng)的零部件實稱稱重項目是在 PBOM的基礎上，依據(jù)稱重業(yè)務關系配置的稱重規(guī)則自動計算生成。

（1）PBOM 導入：工藝部門將 PBOM 制作成符合稱重管理系統(tǒng)所需格式的“工藝計劃表”。

（2）PBOM 維護：通過 PBOM 導入自動構建的PBOM 樹，可以進行人工維護，PBOM 維護包含節(jié)點添加、刪除、更新等操作。

（3）PBOM 重量特性匹配計算：通過 PBOM 導入自動構建的 PBOM 樹，在同型號同輪次下的 E-BOM中去查找相同裝配節(jié)點，從而獲取理論重量、理論重心等重量特性數(shù)據(jù)。

（4）PBOM 部件重量計算：通過 PBOM 重量特性匹配計算，已經得到所有葉子節(jié)點的重量特性數(shù)據(jù)，部、組件的重量特性需要通過計算才能得到。

3.稱重任務分配

根據(jù)需要自行設置所有零部件的稱重規(guī)則，為系統(tǒng)自動生成各個稱重單位的零部件稱重清單提供依據(jù)。

（1）生產單位管理：對生產車間和使用單位進行統(tǒng)一管理，以滿足飛機研制過程中對整個稱重工作全局掌控的需要。稱重單位管理應細分到生產廠、生產車間、生產工段，細化對稱重單位的具體管理。

（2）工藝分工：生產廠工藝計劃部門在 PBOM編制過程中編制工藝分工路線，規(guī)劃零部件的生產制造過程，工藝分工路線的編制可通過導入或者人工手動添加、刪除、修改等方式完成。

（3）工藝路線稱重配置：將其工藝路線中的特定生產車間設置為稱重單位，那么該生產車間的稱重清單上就會包含該零部件，以此作為車間稱重清單自動生成的依據(jù)。

PBOM 圖號過濾：生產車間的零件稱重清單依據(jù)工藝分工路線的稱重廠配置自動生成，但是對于一些特殊圖號的零部件不需要稱重，因此，重量管理人員需要制定相應的圖號過濾規(guī)則，將這些特殊圖號的零部件排除在各個生產廠的稱重清單之外。

4.稱重數(shù)據(jù)分析

稱重終端的零組件稱重清單包含理論重量、工藝余量以及重量容差值。因此，零組件在稱重時，稱重終端能夠自動判斷零件是否超差，并提示檢驗人員。

重量超差判斷公式為：

實稱重量 - 工藝余量 - 理論重量 < 重量容差。

由于稱重清單已經帶有工藝余量值，并且在超差判斷的時候已經考慮了余量值，因此系統(tǒng)可以排除由工藝余量導致重量超差誤判。

重量管控系統(tǒng)中自動標記出重量超差的零組件，重量管理人員點擊“生成重量超差單”，系統(tǒng)自動填寫理論重量、實際重量等信息，具體流程如圖二所示。

另外，系統(tǒng)自動根據(jù)設定的規(guī)則自動生成超差處理單，發(fā)起重量超差單審簽流程，并與 IQS 系統(tǒng)進行集成，對超差單據(jù)進行歸零管理。

在完成整機或者整部段零組件稱重工作完成后，設計和工藝部門將可以對系統(tǒng)稱重數(shù)據(jù)進行分析，通過系統(tǒng)報表功能，自動生成各類統(tǒng)計結果，與設計理論稱重數(shù)據(jù)對比，以及通過重量歷史經驗的判斷，及時發(fā)現(xiàn)重量問題，判斷重量走勢，制定不同的重量干預方案。設計人員可以根據(jù)重量趨勢，對指標進行優(yōu)化和調整，提高設計性能；工藝人員通過對重量問題的統(tǒng)計分析，找出產生重量問題的關鍵因素，重點攻克。

五、結束語

本文通過面向異地協(xié)同環(huán)境的數(shù)字化稱重管理系統(tǒng)的研究，梳理了從設計到工藝、從工藝到制造車間、從終端收集數(shù)據(jù)到設計反饋等一系列業(yè)務領域的流程和邏輯關系，進一步明確了異地協(xié)同環(huán)境下數(shù)字化稱重工作開展的過程。梳理出包括基于PBOM 的稱重清單管理、重量的工藝余量管理、稱重工序細分與稱重工序的下發(fā)、重量超差處理眾多關鍵技術，在廠、所異地協(xié)同研制過程中，及早干預重量異常問題，縮短稱重工作周期，確保型號研制的成功，對建設數(shù)字化、智能化工廠具有重要意義。