江西省企业数字化柔性装配生产线构建与实施

柔性装配系统是有一定范围的被装配对象，一定柔性和自动化水平的各种设备以及高素质人员组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、原材料和资金等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度柔性的制造系统。它从装配的现实出发,对装配过程中产生的数据进行数字化,并对它们进行加工处理,产生相关的信息,在装配系统中进行存储和交换,并直接应用于装配过程的管理和控制。

数字化柔性装配就是将信息技术、装配技术和现代管理技术相结合，综合应用于装配工艺设计、装配过程管理、试验测试等的各个环节，通过信息资源共享、工艺设计与装配过程协同、软件功能集成和基础环境建设，建立起面向多型号装配的数字化工程能力平台和综合集成平台，形成数字化、集成化、柔性化的多型号、科研与批产混线装配和管理新体系，从“机械装配”向“数字装配”的转变，增强飞龙厂的核心竞争力、实现可持续发展，提高飞龙厂的综合素质。主要做法是：

（一）应用现代信息管理技术，建成数字化柔性装配生产线信息集成管理系统

1.通过网络分解任务，自动生成装配计划。装配任务管理是任务的来源，它接受生产管理部门（科研与生产管理部）的生产指令（月度生产指令、临时生产指令），按照指令网络进行分解，形成飞龙厂内部的装配任务。

依据生产管理部门下达的生产指令，产品生产装配单位依据指令网络进行分解，获得要完成的指令节点，给出指令节点的需求日期，形成装配生产计划下发到工段，工段依据指令节点包含的AO进行装配生产。

2.推动式和拉动式生产方式相结合，完成产品柔性装配前配套工作。推动式生产是前一作业将零件生产出来“推给”后一作业加工，拉动式生产是后一作业根据需要加工多少产品，要求前一作业制造正好需要的零件。在推进式生产中，每一道工序都根据生产计划尽其所然地生产尽快完成生产任务，不管下一工序当时是否需要。容易造成物品的堆积。所谓需求拉动式生产方式是在储备一定的成品和工序在制品条件的工序下，根据需求，由后向前层层拉动每道工序生产，从而达到按时按量提供所需产品。需求拉动式生产以准时化生产为核心，以降低成本、持续改善为目标，通过需求拉动式组织方式的实现来逐步消除无效生产压缩库存储备，降低生产成本，更加及时和有效地满足市场需求的变化。

推动式系统是按照需要准时生产，以BOM（物料）清单根据产品工艺流程、产品交货期及库存信息，计算出各阶段、各物料的生产采购计划，但无法满足实际生产变更以及计划调整，拉动式生产切实解决了这个问题。

基于柔性装配生产线的实际需求,面向产品配套,考虑各单位计划的协同，给出“推-拉”结合的计划模式。由于生产准备是影响计划可执行性的重要因素，因此在各个阶段的计划中都考虑了生产准备计划，不同计划阶段的结果能及时地传递给生产准备负责部门，及时地制定相关的计划，并将结果反馈到计划制定部门，相关管理人员根据生产准备的实际，及时调整计划，避免因准备不足而产生的待工和停工，提高计划的可执行性。

“推-拉”混合生产管理模式既实现了准确的生产采购计划计算体系，又弥补了计划与生产实际的偏差，实现了准时化生产与实时控制。

3.相关部门共享产品装配信息资源，完成计划任务协同。在编制计划的基础上，实现各生产单位以及生产准备相关部门之间的协调，提高计划的可执行性。这部分的需求主要涉及到科研与生产管理部门、各个单位计划编制部门和生产准备部门。

物资供应部门根据飞龙厂的计划调整采购计划安排，以满足生产单位的需要。生产准备部门能够及时获得装配计划信息，据此进行生产准备计划的制定，并将生产准备情况及时在系统中反馈，计划人员能够根据生产准备信息调整计划，并将相关问题提交到相关管理部门，提前对生产准备中出现的问题进行处理，避免因为准备不足所产生的待工和停工，确保生产计划的可执行。

通过计划协同的应用，各单位之间的生产信息得以共享，整个公司的生产成为一体。在平时生产时，若流程顺畅，则由零件加工单位按照生产计划生产零组件，完工后交由生产装配单位进行组装；若出现零件缺件，则生产装配单位通过对零件加工单位的生产进度进行查看，分析缺料零件对装配生产的影响程度，并可对滞后零件进行催件处理。零件加工单位接到生产装配单位的催件信息，适当调整自己的生产计划，使其更加顺应整个工厂的生产，缩短了交货周期，降低了延误率。

4.应用数字化信息系统整合产品装配资源，完善生产准备管理。生产准备对数字化柔性装配线的建设至关重要，全面的生产准备是保证生产线顺畅运行的基础，数字化信息系统提供的生产准备包含的功能和目的如图所示：

生产准备管理主要包括工艺技术、工装、工具准备和物料准备，其中工艺技术准备可以通过与PDM（产品数据管理系统）/CAPP（计算机辅助工艺设计）集成获得准备结果，工装、工具的准备可以与资源管理系统集成获得准备结果。

工装、工具评审一般针对长周期作业计划和重点工具。长周期作业计划（如年计划、月计划）制定后，工装、工具库管员对一些专用工装、工具进行判断，检查其是否能够按照作业计划指定的计划开始时间满足需求，特别是一些工装的定检周期是否会影响生产，工装、工具管理员评审在任务开始时工装、工具是否能够满足需求，如果满足，可将其置位为“待分配”状态。如果暂时不能满足，则将其置位为“超越”，并且输入可能满足时间。通过工装、工具评审提高了长期作业计划的可执行性。

同工装、工具准备一样，物料准备也可以分为物料评审、物料分配和物料配送。其中物料准备主要是针对长周期计划中的主要的零组件和物料，由相关的管理人员（计划员、调度员等）依据库存、零件加工单位计划和在制品对装配计划的物料需求做出评审，检查其是否能够按照计划指定的计划开始时间满足需求。

在生产装配单位的应用中，从ePDM（企业产品数据管理系统）和CAPP等系统获取生产相关的基础数据（BOM——物料清单/报表、指令计划、指令网络、AO、FO、工序等），在获取的数据没有按照上述方法组织的情况下，对获得的数据作出处理，以方便系统应用，确保整个生产过程的单一数据源，对于一些暂时CAPP还不能管理到的指令、单据（白纸单据和指令），则在系统内管理。

装配计划编制完成后，工装、工具管理人员依据通过系统获取工装、工具需求信息，结合工装、工具的库存信息、可用性信息（定检、定修计划等）对工装、工具进行预配套，同时获得了可能的缺少信息，将缺少信息与计划项进行关联，相关的计划人员和管理人员就及时获得缺少信息，尽快做出处理（进行计划调整或提前安排工装、工具订货、修理等），确保需要时可用。作业计划下达后，工装、工具管理人员能够根据作业计划项对工装、工具进行配套，并给出不能配套项，通过数字化信息系统上报相关管理人员及时进行处理。对于配套完成的工装、工具，进行配套出库；对于专用的工装、工具，给出配套单，以记录工装、工具的使用历史。

5.应用条码技术与信息采集系统，完成产品装配信息流的集成处理。由于在信息系统中，信息的生成、加工都是由计算机来完成的，但实际工作中的状态采集是一个工作量大的劳动，而且出错率高，原始数据采集不准，对进度的控制力度会大打折扣，特别是不利于物流和质量信息的采集，使得质量分析手段由于失去信息源而无法使用。飞龙厂将成熟的物流条码技术与信息系统相结合，解决了这个难题。

飞龙厂将条码管理主要应用在物料的标识、人员代码的标识、物流过程中的信息采集等，以充分体系条码系统的特点：一是通过标签快速录入，核查物流数据，加快了信息反馈；二是通过标签技术实现物流数据的移动式识别。三是基于编码识别的网络化装配现场物流管理及配送管理；四是提供单一标识物识别码，为物料、产品装配跟踪提供唯一依据。

针对产品装配过程中，工装数量较多，零件分类较细、批量小，工序间周转频繁，物流跟踪管理过程比较复杂，生产和物流自动化程度低，信息反馈慢等影响信息化应用的瓶颈问题，飞龙厂基于条码技术来实现装配过程中的物料标识和信息采集。通过直接标识在产品（零件）和资源上的标签实现数据采集和处理，能准确、及时采集在生产、库存、制造过程中的一些物料、刀具、夹具和量具等库存数据、使用状态数据以及业务操作数据，从而建立完整的产品档案，代替了原来人工记录信息的操作，避免了由于重复、繁琐的人工操作所造成的信息错录，同时提高了工作效率，保障了信息采集的准确性，实现了工装单件跟踪、零件单件跟踪以及对刀具、在制品和成品的信息管理。为决策层提供更加准确信息，为计划的制定和决策的执行提供可靠的依据。

飞龙厂在产品装配过程中大范围地应用条码技术，并充分利用条码设备操作简单、准确率高的特点，解决了生产管理系统中海量数据的管理和采集的难题。

对工装系统而言，在生产中应用工装识别码监控工装周转和使用状态，准确的记录了工装的使用、维修和技术状态，准确地完成了仓库出入库、移库、盘库等操作，并自动采集数据，减少了人为差错，实现了库存保管的自动化。

实现了基于条码的库存管理：在打印零件合格证时，在合格证上带上条码，最终零件在车间完成交付到库房时，可以实现保管直接扫描合格证上的条码进行入库处理；出库时同样可以直接扫描合格证上的条码进行出库处理。

实现了基于条码的现场管理：工人是通过AO/FO指令来进行现场装配制造的，直接通过扫描AO/FO上的条码进行开工和完工处理；检验也可以直接扫描AO/FO上的条码进行检验处理。

6.延伸看板范畴、实现可视化控制产品生产装配过程。数字化柔性装配生产线为操作人员提供了人机接口，操作人员通过其接收调度指令，对生产过程实施操作与控制及对现场加工信息进行采集。加工信息采集为生产监控和统计分析提供数据基础。数据采集范围包括：工序开始、结束时间，人员操作开始、结束时间，废品数、废品原因、生产进度汇报等。数据采集终端提供图形化、适应现场操作的触摸式数据采集软件界面，提供在线工艺规程、AO/FO、物料清单、工具清单查看，支持三维数模与工艺规程、AO/FO的关联，支持飞龙厂现场的电子工艺规程显示；除文字格式外，还可支持多媒体格式，包括图形和视频。

可视化生产指挥调度可以达到以下目的：现场装配过程显性化、透明化，提供产品质量问题追溯依据，垂直化管理排除中间环节干扰。

通过现场终端，所有员工可以根据型号、批次、AO清单、版次等查询完整的AO信息、零件配套、图纸、技术文件等，可对生产过程中装配进度进行反馈和查询，并对质量结果进行反馈。项目装配完成、项目实测数据录入完成后，工人、检验可以借助条码或个人IC卡提交项目完工，能清楚地查看到每个项目的开工时间、完工时间、现场数据采集、质量检验结果、更改贯彻情况等数据，易于及时掌握生产进度，也便于工艺人员更改AO/FO内容信息时对生产进度的掌握。

可以对工序的开工进行限制，在没有并行作业要求时，如果上游项目没有检验完工，不允许工人对该项目进行完工操作。项目完工后系统自动发送短消息提示检验员进行相关项目的检验工作。如检验尚未完成，工人可再次刷卡更改错误的实测数据。如检验完成，则由检验员刷卡，工人更改错误数据内容。工人、检验只能操作自己有权限操作的AO/FO。

支持工人对装配过程中问题的反馈，当装配过程中出现问题时，装配工人可以直接将问题通过系统进行反馈，系统支持问题的分类、分级管理，不同类型的问题发送到不同的部门，不同级别的问题有不同的处理流程，这样可以实现生产现场问题信息的及时共享，相关部门可以及时地进行问题处理，减少停工时间，确保产品交付。

为了使各级管理人员能够实时了解产品装配进度，动态掌握装配作业执行情况，MES（制造执行系统）提供的看板反映出如下表所列出的装配过程中的关键绩效指标（KPI）。看板管理主要包括现场看板和为上层部门提供的看板（如科研与生产管理部），使得生产实际能够实时地呈现，并能够从项目、组织、质量、时间、空间等多个维度对生产实际进行分析管理，分析的粒度包括宏观和微观两个层次。宏观层次主要是一些汇总信息，如飞龙厂的全年质量状况、产量等，而微观层次则是具体记录信息，如某一指令的进度情况，某一批次的质量等，前者有利于管理者从宏观层次对装配线的质量、进度等有全面的了解，后者则实现了信息的充分共享和对称访问，有利于对问题作详尽的分析，保证生产顺利进行。

数字化柔性装配生产线现场看表1(www.xing528.com)

（二）广泛应用先进操作方法和工具，提升产品柔性制造能力

所谓“柔性”，即灵活性，柔性制造设备可在无需大量追加投资的条件下，提供连续采用新技术、新方法的能力，也不需要专门的设施，就可生产出客户需要的产品。飞龙厂引进了高精度、高可靠性、高自动化和高效率的装配检测平台，降低了操作的复杂程度，实现了生产线的快速响应、快速重构、快速换模；自动物料输送系统有序准时的实现了生产线物流的总线集成，为控制管理全面提升了柔性制造能力。

表1

1.先进设备的使用，节约了生产成本。通过引进数字化、通用化的装配、测量设备，完成产品对接、装配平台的建设，提高产品装配、检测精度，减少多型号共线生产时的设备投入。柔性生产线可降低设备投资70-90%以上，设备换模不需要专业人员，一般员工即可快速操作，提高了生产场地利用效率。

自动化设备投产后，作为通用平台，满足了大部分产品的装配要求，减少了设备的重复投资。高精度的测量也为产品的对接精度提供了保障，可检测发现零件制造、装配过程中隐藏的技术问题。降低了工人劳动强度。提高了产品制造的自动化、数字化水平。

2.自动物料输送系统实现了柔性的物流管理。自动物料输送系统共分两部分：（1）自动化物料输送带；（2）自动物料输送小车（AGV输送车）。

自动化物料输送带是一个集机械设计、计算机、控制技术、通讯技术等多门类技术的综合产品，自动化物料输送带具有定位准确、站点自动识别、自动导引、抗干扰等特点，具备自动和手动运行两种功能，实现生产线上物料的自动运转，本生产线自动化物料输送带根据所生产的产品特点，采用了空中转移的双轨式物料输送带。

表2

为实现生产线上物料的自动运转，除了平衡各站位作业时间外，还分析了每一个站位物料移动的所有动作，将每一道工序所涉及到的物料移动次数、移动坐标点整理，形成了完整的物料移动清单，清单包含以下内容：

所需的动作次数确定后，确定每一次动作所需的运行时间，将预先确定的每道工序的作业时间起点和终点在时间坐标轴上标出，按流程的前后要求衔接，安排出所有物料的动作编排，写入控制台的程序中，由控制台程序实现物料输送带的自动运行。

AGV自动物料输送小车是一个集机械、计算机、控制技术于一体的自动导引车，具有无轨、智能、站点自动识别、自动导引等功能，主要功能是实现物料从库房到生产线各站点的自动运输。

AGV系统控制台每日接收当日的生产任务信息，自动生成所需运送的物料清单，按预先编排的物料运送顺序和行走路线实现物料点对点（从二级配送库房到装配点）的准时输送。任务完成后可以自动将空的物料托盘送回二级配送库房，等待下一次输送任务。

此类自动化物流管控系统能根据站位作业计划，提前按需对物料等进行补给工作，确保装配作业计划的顺利进行；能自动检查各单位零件的配套情况；能定期自动检查工装设备的完好情况，确保需要时能正常工作；能够准确的将物料配送到需要的地方，实现柔性的物流系统。

（三）持续改进的过程控制提高了装配线的生产效率

良好的流程是生产线正常运转的必备条件，在生产线信息系统的驱动下，可以极大地提高生产效率，流程再造是数字化柔性生产线建设的重要环节，好的流程可以实现生产过程的自动化，是过程控制的重要方法，本生产线主要采取了站位式的生产模式，每个站位的作业时间相同，以保证生产线的同步运行，我们主要采用了以下做法，来满足数字化柔性生产线有序运转的要求。

1.优化柔性装配生产线的工艺流程，实现各站位均衡生产。分析了产品生产的各个环节，明确了基本的作业单元。通过以往取得的经验，测算各单元的平均作业时间。保留关键的作业节点符合生产流程的要求不变，重新划分作业单元。考虑各作业单元采用并行作业的可能性，进一步优化工艺流程。综合考虑各单元平均作业时间，明确基本的生产线工艺流程，保证各作业单元的作业时间大体相同，明确产品生产站位的节拍。分析影响产品按节拍流转的影响因素，考虑采用新技术、新工艺、新方法、新设备的可行性，达到各站位作业时间的均衡。

通过生产线的运行，进一步优化调整了作业顺序，通过迭代法最终达到各站位实际作业时间的一致，满足生产线自动运转的条件，最终确定产品的工艺流程图。

工艺流程示意图

2.不断固化改进生产线流程，满足多品种产品上线需求。按工艺流程图，确定每站位的工装、设备、物料数，确定工装设备的摆放位置、间距、作业空间及其它辅助要求，经过一段时间的试运行后，调整形成最优、最短的生产线布局。

为了实现柔性生产，生产线转产时采取了蛙跳前进的方式生产（自动化物料输送带采取空中运行方式的原因）。因上线产品在外形、功能上有诸多不同，平台建设时就考虑了接口的标准化，在转产前通过快速更换产品装夹接口，实现多品种的上线需求；在维持原产品的专用设备功能的情况下，预留了多品种的专用设备摆放空间，以应对生产线的快速调整。鉴于航空产品的特点（专业性强、设备通用型差、设备投入大），这种工艺布置，虽然适当地拉长了生产线，加大了产品的流通距离，但远比投入大量的设备花费小，避免了场地、设备的重复投资。

工艺流程优化和生产线布置优化，辅以自动化的物料输送系统，大幅缩短了产品的制造周期，减轻了操作者的劳动强度。

3.设置二级库房，确保准时供料。在数字化柔性生产线上，专门建设了二级库房，与MES系统相联，根据生产线计划，管理员从一级库房领取一周生产所需的物料，并根据数字化柔性生产线的任务，在前一天将所需物料打包分类存放在固定位置，工作开始前由AGV自动领料，物料入库、出库及库存情况全部实现数字化，并根据生产计划对缺料情况进行预警，当二级库房的库存情况不足以支持半个月的生产需求时，系统软件会自动将该情况报告给相关管理人员，提醒管理员及时领料。

（四）积累经验，持续改善，实现了标准作业

飞龙厂在生产线实施初期积累了经验，成立了一支“精益团队”，分析质量、成本、配送、效率等有关数据，并编制成文；在飞龙厂生产流程中找出浪费，根据测量的结果提出减少浪费的方案，对方案及时进行实施并持续改善。经过数据积累分析，形成每个站位特点的标准工作程序，从而综合提高整条生产线的工作效率，为后续产品的上线提供了有力的经验。

1.强化人才队伍建设，实现一岗多能。产品数字化柔性装配生产线投入使用后，先进的科学技术和管理方法运用到日常的生产。一个操作工就必须做几个人的工作，甚至是跨工种，这就要求普通的操作工人变成多能工。为此，飞龙厂采取集中培训、导师带徒的方式，根据个人的实际情况，为每个进入站位工作的员工制定了一套完善培训计划，通过理论考核，实践操作，取得了职业资格证书后，并且必须达到中级工以上的水平才能进入站位。

传统的生产模式以班组为生产单位，按照公司岗位的编制要求进行具体的划分，人员之间实行集体作业。而在产品数字化柔性装配生产线上，飞龙厂对人员重新调配，对原有工段制作业方式进行了改变，采取站位制的方案，即每个（或每几个）站位设置站位长（班组长）一名，负责站位的管理，对该站位的生产进度、产品质量、安全负责；另设置生准工一名，负责物料（零组部件、成附件、标准件、消耗材料）配送及工装设备的管理。检验人员也破除以往的分工方式，按站位配置，另配置应急小组，为生产线的连续移动提供支持。

2.建立标准管理程序，提高生产线效率。针对生产线的特点，对几个产品生产线工艺文件管理、工装/设备管理、物料配送管理、站位管理、检验控制、应急情况处置等提出了特殊要求，使数字化柔性生产线生产流程更加顺畅，提高了生产效率。

根据站位的设置，飞龙厂完善了指令工种和工作部位，合理调整工序内容，增加了工时和人数信息，使人数与工时相匹配，以便于工序合理化调配。生产线所有指令全部在飞龙厂级PDM系统中完成发布、签署工作。生产线各型号上线的前2个产品，生产现场采用原指令发放模式发放指令，操作人员、检验人员等按原模式完成签署，但是产品下线后，各站位在统筹安排下，完善了PDM系统中指令的信息工作，即将操作人员检验人员等的签署在系统中完成，实现了生产现场完全无纸化要求。

3.基于信息化的全过程质量控制。生产线的质量控制必须检验人员和用户代表介入，检验人员驻站位进行检验，并且是随线进行检验。为了使生产线高效运行，除产品大检查工序外，其余中间工序不再预留检查时间，因此每个站位都设置了站位检验人员，检验人员按站位进行检查监控。数字化柔性装配生产线根据CAPP设置的检查项目，自动生成重点工序或军检、部检工序的检查时间表，使用户代表检查的项目显性化，生产管理部门按工作具体进度情况提前提醒用户代表及时介入检查。检验人员或用户代表发现的问题及时提出，站位长上报有关部门予以解决。

数字化柔性装配生产线能够通过MES系统管理不合格品，记录不合格品涉及的人、机、料、法、环信息。将生产过程的质量相关信息同质量管理系统（IQS）进行集成，为其提供质量信息，接收外部质量系统反馈的质量结果，并根据反馈结果对现场的在制品、废品的相关信息进行记录和计划调整。

系统通过与IQS的集成获得工序作业的质量结果数据，实现质量信息的畅通，加强了对生产过程的控制，为合格品工时提供了数据来源，为质量分析和追溯提供了格式化的电子数据。系统使得各种信息都能够围绕着质量管理的主线进行全面的集成。