航天研究所装调生产线自动化智能化建设经验

朱臻

[摘 要]装备产品目前具有小批量、多批次、周期短、质量要求高的趋势。因现有很多研究所调试过程生产布局柔性化不足，自动化程度不高，极大制约了生产效率提升和产品质量稳定。本文根据离散型产品特点，探索和实施了装调生产线的自动化、智能化改造和提升，并取得了良好成效。

[关键词]装调;自动化;智能化

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.02.036

[中图分类号]F424;F4[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2020）02-00-02

0     引 言

根据中国目前建设科技强国、质量强国、航天强国、数字中国的总体规划，同时为满足“十三五”期间航天产品每年成倍增长的任务要求，提高生产效率，加强过程质量控制，需要在现有条件下，充分利用自动化手段提高航天产品生产全过程质量管控能力。航天产品具有多型号并行、小批量生产的特点。以前研究所的生产部门主要按型号产品的需求进行工艺布局，生产工位繁多，生产线柔性化程度不高。在型号任务逐年激增的情况下，人力、设备、场地等资源都日益紧张。另外，分析研究所某典型制导产品生产流程，此类产品由多种单板、组合产品组成，装配在一个舱体内。此类产品的生产流程包括电装、机械结构装配、单板/组合装调、整机总装总调等工序。其中单板调试、组合调试、整机装调是整个制造过程中的关键环节，因涉及的单板多、组合多、连接关系复杂，产品配套的单板平均需要经过11道测试环节、组合平均需要经过20道测试环节、整机平均需要经过24道测试环节，整个装调环节占总生产周期的60%以上。在航天系统内，产品装调生产线自动化程度普遍不高，以人工操作为主，生产效率无法提升，已成为生产的最大瓶颈。为此，研究所根据自身科研生产模式的特点，以需求和问题为导向，深入分析航天产品生产线在人、机、料、法、环等各个环节的信息化需求，利用精益生产理念，开展生产线的柔性化布局;针对调试生产线的短板，进行自动化测试系统开发，提高调试工序的自动化水平;建设装调MES系统，实现装调过程数据自动化采集分析、过程预警、质量问题自动提取推送、设备状态在线监控、过程记录自动打印存储等，最终实现产品全生命周期管控智能化的目标。

1     运用先进工具方法，建立柔性化生产线

通过绘制典型专业产品的价值流图，找出瓶颈工序，应用ECRS（Eliminate取消，Combine合并，Rearrange调整顺序，Simplify简化）分析法和精益QC改善工具，实施工艺路径优化，对工艺流程进行精益再造，对批量生产的产品设计流水作业，确定工序节拍，最终形成以制导产品生产线、引信产品生产线、数据传输生产线、微波产品生产线、天线罩生产线为主的，电装生产线和环境试验生产线为辅的柔性化生产布局。生产线具有多个制造单元，满足小批量、多品种共线生产需求。开展精益布局设计，对生产大楼进行“从轻到重、从上到下跨楼层布局”，生产大楼最顶层是智能库房，最底层是整机试验生产线。以制导产品的生产线改造为例。研究所以目前最重要、批量最大的5个系列制导产品为对象，将为其配套的多种单板、组合按3类电路性能进行分类，优化后的生产线只需要6类调试工位即可完成。同时，针对整机产品，也按柔性化进行考虑和布局，设计了4类通用整机调试工位，不仅能满足现有5型产品并线生产的要求，还可兼容后续在研的同系列改进型产品的生产需求。生产布局柔性化改进后，功能区域集中、合理，减少了生产工位及配套的仪器设备，缩短了物流路径，减少了在制品周转时间，改善了现场生产环境。

2     开发通用综合测试系统，实现测试过程的自动化

研究所电装生产线自动化水平比较高，已经拥有SMT产线、三防自动喷涂产线、自动检测产线，同时引入了电装MES系统，使用扫码技术对电装产品进行全过程控制。但研究所占比最大的调试生产线的自动化水平还不高，这也是航天企业普遍存在的短板。生产线改造后，针对产品手动测试瓶颈，研发自动化、通用化测试设备系统，摆脱了人为依赖，提高了生产效率。通过梳理相关产品的测试需求，采用软、硬件技术实现在一套测试设备上完成多品种产品的自动化测试，产品通用综合测试系统采用基于虚拟仪器的DAQ方案。DAQ数据采集系统是基于计算机标准或扩展总线的内置功能插卡，能充分利用计算机资源，增加测试系统的灵活性和扩展性。在硬件方面，产品通用综合测试系统主要由测试控制计算机、数据采集和通讯系统、电源模块、测试插箱等部分构成;在软件方面，产品通用综合测试系统具有良好的人机交互界面，根据测试产品选择对应的测试软件，实现对产品的自动化测试并存储测试数据。通用性的自动化测试系统建成后，每类调试工位配备若干台通用测试设备，实现通用设备替代原有调试工位近百台不同仪器仪表的情况。改变原有测试需人工连接多台仪器仪表和转换的情况，实现了测试系统只需点击选择就可自动转换的功能;改变了原有测试数据需人工记录的情况，实现了测试数据自动记录和存储功能;摆脱了对人员技能的依赖，确保生产一致性，极大地缩短了调试周期，实现了调试高效性。以某组合调试为例，原来需填写表格32张，需填写参数273個，常温调试一次将近花费3小时，通过自动测试设备，调试周期缩短至0.5小时。

3     开发装调MES系统，整合并改进原有分散的管理平台，实现管控智能化

针对调试过程信息化管理缺失的情况，通过对各级产品采用条码识别技术，开发装调MES系统，整合并完善原有分散的管理系统，实现从物料采购、单板装配到整机调试验收交付之间的所有工序智能化管控目标。

3.1   建立产品测试数据管理系统，实现在线数据分析

建设产品测试数据管理系统。系统可记录本次测试所属的测试阶段，包括初测、调试后测试、高低温进箱常温测试、低温测试、高温测试、高低温结束恢复常温复测、温度冲击后复测、温度循环进箱常温测试、温度循环低温测试、温度循环高温测试、温度循环后恢复常温复测、振动试验、振动试验后复测、整理三防后复测、整质振动温冲后复测、验收测试和军检测试。数据库服务器每隔10分钟可提取一次在线测试设备的增量数据，所有测试数据按照产品、批次、图号、代号、二维码号等分类字段进行统一存储和查询。在产品测试数据库的基础上，开发SPC数据分析功能，开展产品测试数据分析。数据分析从3方面开展：从本批产品数据分析本批产品的一致性，从产品成功数据包络情况分析各批次产品的一致性，从某套产品自己历史数据的一致性分析此类产品的稳定性。可以根据需要输出数据包络线分布图、直方分布图和散点分布图等;可提前发现异常，避免质量隐患，使质量管理从事后向过程预防前移。

3.2   建立产品故障库，实时收集、处理产品质量问题

数据库中测试项共包括序号、测试项目、单位、标准值、上限、下限、测试值、测试结果、备注和故障诊断项。由于存在故障数据，通过在线故障诊断，为调试人员提供快速的排故参考信息。在故障树中，不同的测试项对应不同的测试故障信息，为了实现对故障的准确定位，在每个测试项后加一列故障诊断项，通过该项，可以查询到该故障项对应的故障信息，如果该故障项对应多个器件故障，给出每个器件的故障概率信息。另外，通过测试设备系统的自动判读功能，对测试数据异常的情况，可实时进行报警，并能将其自动推送至质量问题处理系统，提醒相关人员快速处理问题。故障库能够完整收集所有的质量问题，并进行故障数据统计，便于追溯质量问题。

3.3   极大改善全过程数据在线收集管理能力

通过物资代码管理、工人刷卡操作、扫描产品二维码、设备联网等，建立的装调MES系统实现了产品全生命周期的信息化管理。通过平台全面采集元器件从采购到产品生产全过程的信息（元器件名称、元器件规格、元器件批次、元器件验收情况、装配位置、调试、测试和试验等），包括任务信息、人员信息、设备信息、产品测试和故障处理等，实现了产品质量追溯、元器件原材料供应商追溯、批次追溯、装配人员追溯、产品测试数据追溯、产品试验情况追溯、产品验收情况追溯和顾客验收情况追溯的信息化管理。

3.4   完善科研生产管理系统，满足各类管理需求

科研生产管理平台可实现自动化排产、计划管理、部门派工管理和工时管理等诸多管理功能。提升设备管理能力，可对自动化测试设备的运行状态进行实时监控，并能统计设备利用率。针对产品的各类调试记录、检验记录、产品证明书等质量证明文件，可在线自動生成、打印、存储，减少了人为因素，提高了工作效率。

4     结 语

通过实施调试生产线智能制造模式，在企业资源增加十分有限的情况下，满足了“十三五”以来任务持续年均30%左右的高增长需求。面向专业产品的柔性化生产布局和自动化测试系统投入运行后，在不增加人员的情况下，生产线的效率同比提升了25%，为应对不断加码的科研生产任务提供了有力支撑，保证产品质量稳定，提升了企业市场竞争能力。

主要参考文献

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