隨著數(shù)字化技術不斷發(fā)展與應用，企業(yè)數(shù)字化轉型步伐越走越快，我單位聚焦核心業(yè)務的關鍵痛點難點，在原有數(shù)字化建設基礎上，以現(xiàn)有廠所數(shù)字化協(xié)同平臺為依托，聯(lián)合主要外協(xié)生產制造廠開展跨地域航天產品多維度一體化控制技術改進與應用實踐。選取典型產品為試點產品，以產品研制為主線，打造產品設計制造一體化全流程雙向數(shù)據(jù)貫通，形成產品協(xié)同研制多維度數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)設計，以及產品數(shù)據(jù)的分析、利用和優(yōu)化，強化研制過程高效監(jiān)控、預測預警管理，解決廠所數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一、制造數(shù)據(jù)在線反饋鏈路不通、生產及質量數(shù)據(jù)追溯困難三大問題，從根本上提升產品設計制造過程協(xié)同效率，助力企業(yè)數(shù)字化轉型。

引言

高性能運載火箭和航天器具有涉及專業(yè)面廣、設計更改頻繁、對重量要求苛刻、空間十分緊湊、零部件數(shù)量巨大、系統(tǒng)布置密集、外形要求嚴格和內部結構復雜等特點。迫切需要應用數(shù)字化研制技術從根本上改變傳統(tǒng)的產品研制模式、方法和過程，大幅度提高航天型號產品的研制質量、縮短研制周期和降低成本。近十年來， 航天制造業(yè)的數(shù)字化發(fā)展在跨地域協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)模式、基于模型定義的制造技術、建立基于三維的全過程數(shù)字化制造系統(tǒng)、提升制造知識的積累和質量追溯等方向上不斷深入，技術應用取得飛速發(fā)展。

隨著企業(yè)業(yè)務的快速增長，數(shù)字化轉型步伐加快，基于MBD 的三維數(shù)字化研制模式的逐步推廣，當前的系統(tǒng)平臺及網絡現(xiàn)狀已經不能滿足型號產品多維度設計制造一體化的控制需求，尤其是生產進度數(shù)據(jù)及制造過程質量數(shù)據(jù)一直以來未實現(xiàn)在研究所與制造單位間的貫通與傳遞。作為典型的跨地域、跨組織型號協(xié)同研制單位， 單一維度的設計數(shù)據(jù)集已不能滿足產品在設計制造協(xié)同、數(shù)據(jù)分析等全維度控制要求，亟需通過開展基于產品研制過程數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和多BOM 集成的產品協(xié)同研制過程多維度控制技術研究。在已有廠所協(xié)同研制平臺的基礎上，通過多BOM 管理，將產品設計數(shù)據(jù)、科研生產管理信息和產品研制過程質量信息三者相關聯(lián)，形成產品協(xié)同研制全維度數(shù)據(jù)包，打通產品設計制造一體化雙向、在線數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)交互高效化、生產進度透明化與質量追溯自動化，逐步達到設計所對設計、工藝、生產和質量等產品研制過程的多維度控制， 提升設計單位對產品研制過程數(shù)字化的管控能力。

建設目標

以產品研制為主線，打造產品設計制造一體化全流程雙向數(shù)據(jù)貫通，形成產品協(xié)同研制多維度數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)設計，以及產品數(shù)據(jù)的分析、利用和優(yōu)化，強化研制過程高效監(jiān)控、預測預警管理，以外協(xié)產品生產計劃與產品質量管控為主線，通過擴展現(xiàn)有廠所數(shù)字化協(xié)同平臺功能，聚焦廠所數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一、制造數(shù)據(jù)在線反饋鏈路不通、生產及質量數(shù)據(jù)追溯困難3大難題，打造外協(xié)產品設計制造一體化雙向數(shù)據(jù)貫通，形成產品協(xié)同研制多維度數(shù)據(jù)包并實現(xiàn)以下目標：①實現(xiàn)產品外協(xié)計劃基于系統(tǒng)的結構化制定與管理；②支持編制外協(xié)生產任務的序時要求，能夠進行序時進度監(jiān)控與預警；③實現(xiàn)對外協(xié)生產過程的進度監(jiān)測與外協(xié)產品數(shù)據(jù)的可視化圖表展示；④基于系統(tǒng)管理外協(xié)產品驗收數(shù)據(jù)包相關的產品文檔及產品實物數(shù)據(jù)；⑤實現(xiàn)標準、統(tǒng)一的協(xié)同數(shù)據(jù)包方式進行數(shù)據(jù)填報與自動解析；⑥形成異地廠所間外協(xié)數(shù)據(jù)雙向傳輸，構建基于相應機制傳輸?shù)慕换C制?？傮w方案如圖1所示。

圖1 總體方案

技術路徑

按照“網絡化、虛擬化、集成化、智能化”的數(shù)字化發(fā)展方向，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準規(guī)范為基礎，以開放的、面向服務的廠所協(xié)同研制平臺為體系架構，在已有廠所協(xié)同平臺項目管理、圖文檔管理、BOM 管理、變更管理和數(shù)據(jù)發(fā)放管理的基礎上，利用平臺的可擴展性、豐富的可配置性，通過跨地域、跨組織及多專業(yè)設計、工藝、制造協(xié)同技術，基于BOM 的全流程雙向數(shù)據(jù)貫通與應用技術，基于BOM 的質量數(shù)據(jù)包關聯(lián)技術，基于BOM 的產品生產進度監(jiān)測分析技術，產品實測數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析與優(yōu)化技術等關鍵技術，開展功能開發(fā)，構建跨地域航天產品多維度一體化協(xié)同研制系統(tǒng)，實現(xiàn)基于BOM 的設計與制造數(shù)據(jù)雙向精確交互、質量數(shù)據(jù)及生產進度數(shù)據(jù)的在線管理與分析應用。

對現(xiàn)有外協(xié)生產關鍵典型業(yè)務流程進行調研、梳理， 形成產品外協(xié)生產的典型流程，基于典型流程明確建設及功能需求，通過綜合分析后，形成相應的業(yè)務范圍及業(yè)務藍圖，并明確涉及所有相關系統(tǒng)的集成與數(shù)據(jù)流向關系，以支撐系統(tǒng)建設與項目目標實現(xiàn)。系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流向及關系如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流向及關系

建設內容

形成的產品生產協(xié)同業(yè)務流程，設計制造與項目管理融合，對涉及的設計部門、項目管理部門、質量管理部門及外協(xié)生產廠商在產品外協(xié)、外協(xié)生產、產品驗收及產品交付等過程中的具體業(yè)務流程進行了明確與優(yōu)化， 并形成項目整體架構設計，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體架構設計圖

根據(jù)業(yè)務分析及系統(tǒng)建設功能架構，項目建設實現(xiàn)了以下內容，支撐業(yè)務流程運轉，實現(xiàn)廠所異地協(xié)同研制。

1）形成設計制造協(xié)同業(yè)務標準規(guī)范。通過對設計與制造單位的產品設計、制造數(shù)據(jù)進行規(guī)范化與標準化， 包括統(tǒng)一產品數(shù)據(jù)編碼、統(tǒng)一數(shù)據(jù)組織形式和統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互標準等，開展系統(tǒng)集成接口開發(fā)，實現(xiàn)協(xié)同數(shù)據(jù)標準規(guī)范在應用中實施落地，為跨域及多專業(yè)協(xié)同產品研制提供數(shù)據(jù)交互基礎，保障產品數(shù)據(jù)在設計與制造單位交互時的唯一性與精確性。

2）產品數(shù)據(jù)跨地域的協(xié)同傳遞。構建基于獨立數(shù)據(jù)包的跨域協(xié)同機制，通過數(shù)據(jù)包傳遞設計數(shù)據(jù)、BOM 結構、產品設計文檔、生產計劃信息和生產過程數(shù)據(jù)等。在同構環(huán)境和異構環(huán)境下，采用推式和拉式的數(shù)據(jù)傳遞方式，建立數(shù)據(jù)同步機制，系統(tǒng)對需傳遞的數(shù)據(jù)進行傳遞及導入、導出操作，數(shù)據(jù)傳遞過程中使用原始傳遞格式， 不對數(shù)據(jù)進行編輯修改，使原始數(shù)據(jù)由發(fā)送端到接收端后進行無差異的存儲與展現(xiàn)。協(xié)同數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)外傳遞時加密處理，僅能夠在指定的單位站點進行導入、導出操作，不能在未授權的情況下脫機對內容進行瀏覽。

3）基于BOM 的產品數(shù)據(jù)管理。車間按照生產訂單進行排產，生產時依據(jù)制造BOM 的工藝內容進行指導，當每次生產完成后將生產過程信息、檢驗信息、人員信息與所裝的物料實物信息等進行收集打包，完整的傳遞到協(xié)同系統(tǒng)中，系統(tǒng)收到車間實做信息后構建實做BOM，并將其與工藝BOM 進行關聯(lián)。工藝BOM 與實做BOM 也可通過打包、數(shù)據(jù)協(xié)同回傳到設計單位，設計單位管理人員通過設計BOM 節(jié)點查詢相關的工藝BOM 結構與實做BOM 信息，系統(tǒng)基于產品圖代號/ 物料編碼等主要信息進行鏈接，通過列表的形式展示產品的制造過程數(shù)據(jù)，用于技術狀態(tài)跟蹤與問題追溯，并對數(shù)據(jù)進行 分析。

4）結構化工藝管理。支持構建產品工藝設計參數(shù)庫， 在工藝設計過程中調用參數(shù)信息到工藝內容，將編制完成的結構化工藝內容輸出后用于車間產品制造。

5）產品生產計劃及生產進度管理。管理產品生產任務及其序時計劃，生成相應的科研生產任務通知單， 并將其傳遞到制造端作為生產任務輸入。產品制造端按照接收到的產品生成計劃任務，在日期范圍內進行排產，并將每天的生產進度完工情況反饋給設計所，將進度信息與生產計劃信息結合體現(xiàn)，能夠清晰得知產品當前生產進度情況，對即將出現(xiàn)的問題及時預警并 調整。

6）產品驗收過程數(shù)據(jù)管理。通過在設計所內針對產品進行驗收數(shù)據(jù)包規(guī)劃，定義產品驗收所需的交付物， 將驗收數(shù)據(jù)包模板傳遞到制造端，制造單位在產品生產過程中及生產完成后上傳提交交付物；與所一起按照驗收標準進行逐項驗收，最終將驗收結果統(tǒng)一到產品驗收數(shù)據(jù)包中，回傳到設計所內進行查閱與歸檔。

7）產品實物數(shù)據(jù)管理。通過與制造端ERP 系統(tǒng)及手工錄入的方式獲得產品實物信息，包含產品的批次、序列號及現(xiàn)場多媒體照片等。將產品實物在驗收后與產品驗收數(shù)據(jù)包進行關聯(lián)管理。產品實物驗收合格后形成的產品實物對象將傳遞到設計所內，形成產品實做BOM， 通過實做BOM 能夠對相關實物及產品設計信息進行追溯關聯(lián)查詢。

成果價值

5.1 項目技術創(chuàng)新點

本項目主要技術創(chuàng)新點如圖4 所示。

圖4 項目技術創(chuàng)新點

1）形成統(tǒng)一化、規(guī)范化的數(shù)字化跨域協(xié)同標準規(guī)范體系，助力產品研制數(shù)據(jù)源在廠所間的高效傳遞與精準一致。

2）開拓基于數(shù)字孿生的產品質量數(shù)據(jù)管理與關聯(lián)應用技術，實現(xiàn)質量數(shù)據(jù)包的自動生成與關聯(lián)應用。

3）實踐基于實做BOM 的產品生產進度監(jiān)測技術， 支撐產品生產管控智能化。

4）開展基于實做信息的質量數(shù)據(jù)追溯與分析技術， 強化質量過程監(jiān)控，提升質量管控能力。

5.2 項目實施成效

1）外協(xié)計劃由基于人工的分散管理模式轉變?yōu)榛跀?shù)據(jù)的統(tǒng)一線上平臺協(xié)同模式。通過系統(tǒng)在線創(chuàng)建及管理型號外協(xié)計劃，全部型號計劃數(shù)據(jù)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫集中管理；對每份計劃詳細屬性、交付數(shù)量和交付時間等進行結構化管理；基于結構化數(shù)據(jù)能夠方便的進行全庫查詢與統(tǒng)計，計算各單位、各節(jié)點按時完成率等；基于結構化的管理方式能夠進行典型型號計劃的總結與克隆重用；基于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)重用等使外協(xié)計劃綜合管理效率預計提升15%。

2）外協(xié)質量管控由線下溝通、傳真和出差的模式轉變?yōu)榛跀?shù)據(jù)的流程驅動模式。通過協(xié)同數(shù)據(jù)包實現(xiàn)廠所間的計劃和質量交互、生產進度交互和驗收數(shù)據(jù)交互；交互數(shù)據(jù)內容、交互記錄系統(tǒng)可查，數(shù)據(jù)有關聯(lián)；同時通過協(xié)同數(shù)據(jù)包作為數(shù)據(jù)驅動，系統(tǒng)按照預定規(guī)則及時通知質量、設計部門進行處理；整體使溝通內容表達、聯(lián)系通知等導致的工作量預計減少10%。對任務信息進行預警設置，臨近任務交付時間時進行報警通知，促進及時進行進度協(xié)調，將人工主動跟進度的工作量預計減少15%。

3）產品外協(xié)數(shù)據(jù)由人工收集再匯總模式轉變?yōu)橐越桓懂a品為核心的標準化組織模式。通過在生產單位部署數(shù)據(jù)包管理工具，實現(xiàn)基于交付產品的文檔與實物在線驗收；實現(xiàn)基于實做BOM 的質量數(shù)據(jù)管理與分析，較手工追溯節(jié)省時間達60% 以上；對產品文檔清單能夠按照驗收標準批量初始化，驗收時進行完整性自動審查；對產品實物能夠按照驗收檢查表批量初始化，能夠調取歷史數(shù)據(jù)進行包絡分析；使產品交付與驗收過程批量化、標準化。通過交付的結構化產品數(shù)據(jù)，實時形成可視化圖表展示，為管理層及時決策提供數(shù)據(jù)支撐。

4）構建了廠所異地背景下數(shù)字化的設計制造協(xié)同模式保障型號任務按時交付。以產品生產計劃任務為驅動、以交付關聯(lián)產品數(shù)據(jù)進行任務閉環(huán)，實現(xiàn)雙方基于計劃、基于產品的在線協(xié)同，加強了所研產一體化目標建設；基于在統(tǒng)一模式下兼容網絡互通在線傳遞與網絡不通離線傳遞兩種方式，在后期可將該模式復制到其他所有外協(xié)單位；通過整體項目實施為型號研制促進了產品數(shù)據(jù)規(guī)范化、保障了產品交付及時性、增強了供應鏈韌性。

5.3 推廣價值

通過兩個試點型號的應用，為我單位面向典型外協(xié)生產單位的數(shù)字化協(xié)同研制和質量管控奠定了堅實基礎， 具備面向多個型號、多個外協(xié)生產單位推廣的條件，具有重要的示范意義和推廣價值。此外，項目研究成果可作為成熟模式在其他設計單位及外協(xié)生產單位開展復制應用，有助于實時掌握產品生產進度，提高產品研制質量，縮短型號研制周期，具有良好的市場前景和巨大的經濟效益。