“航空制造企業(yè)的質(zhì)量體系相同，工作模式幾乎接近，所以這套TCM+MES+TEM的制造整體解決方案具有很強的可復制性。這個體系，不是兵器、不是船舶、也不是民品，可以說是為航空體系獨立打造的，通用性非常好。”北京長空機械有限責任公司工程技術部副部長吳松如是說。

    2012年的最后一周，昌平的殘雪還未消融，寒冷侵襲著這里的每一絲空氣，北京長空機械有限責任公司的新址就坐落在這里。當記者走進長空機械廠區(qū)，卻看到了與外面的寒冷形成鮮明對比的一幕，長空機械一車間里正干得熱火朝天。數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺上線以來，作為試點的一車間，運用先進的設計和工藝管理技術，攻克了一個又一個生產(chǎn)制造難題。

    長空機械是以精密機械加工為主體、技工貿(mào)相結合的國有大型企業(yè)，以高精尖技術為基礎，在精密機械加工以及液壓動力源調(diào)整裝置方面位于國內(nèi)領先地位。如中航工業(yè)的眾多上級單位和兄弟企業(yè)一樣，致力于航空事業(yè)的長空機械同樣有著一份航空報國夢，2005年遷址至此，長空機械拉開了邁向現(xiàn)代化新工廠的序幕，近幾年逐步深入的信息化應用，更加加快了長空機械航空報國的步伐。

向左or向右？長空機械的信息化拐點

    在長空機械發(fā)展過程中，一向很重視企業(yè)信息化的建設工作，CAD/CAPP/CAM/PDM等軟件的應用，為企業(yè)研發(fā)建立了產(chǎn)品數(shù)據(jù)和研發(fā)業(yè)務管理的平臺。吳松告訴記者，在長空機械信息化深化應用過程中，曾一度遇到向左還是向右的問題。站在十字路口，如何選擇信息化拐點或許決定著未來幾年長空機械的業(yè)務模式。事實上也的確如此，作為軍工企業(yè)，長空機械自身業(yè)務的流程性和邏輯性非常強，加上不可抗拒的突發(fā)情況和特殊流程，僅僅通過一套軟件系統(tǒng)來改進當下的業(yè)務難題，是非常復雜的。

工藝系統(tǒng)如何搭建？深化二維應用or推翻重建三維

    長空機械是以精密機械加工為主體業(yè)務的企業(yè)，工藝系統(tǒng)在設計和制造這兩大業(yè)務中擔負著起承轉(zhuǎn)合的作用。在長空機械發(fā)展的40年時間里，已經(jīng)積累了大量的工藝經(jīng)驗，并通過CAPP系統(tǒng)的應用提升了工藝規(guī)劃的工作效率。

    出于長遠考慮，長空機械越來越意識到二維CAPP系統(tǒng)只能解決二維工藝規(guī)程的卡片編制，而無法集成三維設計模型，更無法進行三維工藝設計、仿真、管理等工作。在Teamcenter的應用基礎上，CAPP系統(tǒng)也存在著與PDM兼容的問題，無法直接利用PDM系統(tǒng)中的設計BOM形成結構化工藝。

    繼續(xù)使用CAPP系統(tǒng)的優(yōu)勢則是全面普及應用已久，幾十年的技術積累和工藝資料，早已成為工藝人員和車間現(xiàn)場工人的習慣。如果推倒重建，就要廢掉此前已經(jīng)固化的工藝知識，新系統(tǒng)的難度和風險不言而喻。

制造執(zhí)行系統(tǒng)是緩是急？

    對于制造執(zhí)行系統(tǒng)，長空機械也有類似的顧慮。吳松回憶說，在普遍認為制造執(zhí)行系統(tǒng)是一個實施難度非常大的系統(tǒng)之余，長空機械參與信息化規(guī)劃的人分成了贊成派和反對派。

    因為當時長空機械的制造過程缺少三維化、結構化的工藝支持，生產(chǎn)過程更多是人為操作模式，通過“流動本”記錄每個零件在整個車間的生產(chǎn)過程，包括質(zhì)量、人員、操作、檢驗等，這無疑對操作人員提出了很高的要求，如何確保數(shù)據(jù)準確性成為生產(chǎn)現(xiàn)場的一大挑戰(zhàn)。在人工模式下，生產(chǎn)過程信息的及時反饋、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的報表統(tǒng)計分析、產(chǎn)品質(zhì)量和批號的快速追蹤等等都成為制約長空機械制造端業(yè)務發(fā)展的瓶頸。

    反對上MES系統(tǒng)的觀點也不無道理，如果說推倒CAPP重建三維工藝系統(tǒng)面向的是素質(zhì)較高的工藝員，那么急著上MES就要牽扯到現(xiàn)場一線工人，在長空機械這種傳統(tǒng)國企中讓一線工人在軟件系統(tǒng)上工作，難度不能忽視。同時，長空機械的業(yè)務特點也決定了MES的實施難度，作為軍工企業(yè)，長空機械產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)不得不納入質(zhì)量體系，一旦MES系統(tǒng)提上議程，對長空機械來說將要跨出很大的一步。

工裝系統(tǒng)？是封閉獨立or開放集成

    長空機械有專門生產(chǎn)工裝設備的車間，所謂信息化建設牽一發(fā)動全身，工藝系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)的何去何從，自然牽連到工裝管理系統(tǒng)。

    吳松介紹，長空機械產(chǎn)品制造過程中所使用工裝設備涉及業(yè)務范圍遠比生產(chǎn)產(chǎn)品本身所涉及的業(yè)務范圍寬泛，如工裝要在企業(yè)內(nèi)經(jīng)過訂單、采購、設計、工藝、計劃、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)制造、借出借入、維護檢驗等環(huán)節(jié)。而這一系列的業(yè)務是跨部門完成的，需要多個部門進行緊密的鏈接和協(xié)作。

    那么，究竟是將工裝系統(tǒng)建設成封閉獨立的一個系統(tǒng)，還是采取集成的方式貫通在相關的業(yè)務系統(tǒng)中？成為長空機械爭論許久的難題。

    在這一節(jié)骨眼上，長空機械請來了為他們實施CAD和PDM系統(tǒng)的通力公司，經(jīng)過深入交流，通力公司介紹了波音“建立單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源”的應用，引起了長空機械的興趣，也進一步引出了數(shù)字化制造平臺的建設。通力公司的介入對長空機械來說無疑非常及時，協(xié)助長空機械在企業(yè)信息化過程的重要拐點上做出了抉擇。

通力公司助力長空機械搭建TCM+MES+TEM系統(tǒng)平臺，打造可復制的航空制造整體解決方案

    在長空機械原有的信息化體系中，通過實施Teamcenter作為產(chǎn)品研發(fā)管理平臺，管理大量的產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)；使用NX作為CAD/CAM工具，對產(chǎn)品研發(fā)流程、圖文檔、BOM都進行了有效管理；在工藝部門實施了CAPP系統(tǒng)管理產(chǎn)品工藝規(guī)劃。

    初具雛形的研發(fā)信息化建設框架讓通力必須找到一個切入點，通過對長空機械設計制造端業(yè)務現(xiàn)狀的分析，并結合長期致力于制造行業(yè)的最佳實踐，通力找到了問題的結癥：建立單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源。具體到軟件系統(tǒng)，首當其沖的是二維CAPP系統(tǒng)存在著兼容問題和擴展缺陷，無法直接利用PDM系統(tǒng)的設計BOM，也無法實現(xiàn)基于三維模型的工藝設計、形成結構化工藝。這一看似簡單的問題實則影響著長空機械未來制造執(zhí)行系統(tǒng)、工裝系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的實施。

    圖1 實現(xiàn)單一的三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)源

    實現(xiàn)單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源是制造企業(yè)信息化長期的發(fā)展方向，無獨有偶，這一目標與長空機械的MBD（基于模型的工程定義）愿景正好契合。所謂MBD（Model Based Definition），基于模型的工程定義，是一種基于3D（三維）技術的數(shù)字化技術。它能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品定義的三維模型表示，產(chǎn)品的所有相關信息都能關聯(lián)到產(chǎn)品模型中，同時能夠?qū)��?shù)據(jù)進行集成管理。采用全三維基于特征的產(chǎn)品表述方法，建立一個具有完整信息（三維尺寸標注及各種產(chǎn)品結構信息等）的三維數(shù)字模型，從而取消二維工程圖，保證設計數(shù)據(jù)的唯一性。設計模型不僅描述設計幾何信息而且定義了三維產(chǎn)品制造信息（如材料消耗等）和非幾何的管理信息（如產(chǎn)品結構、BOM等等），下游人員僅需一個模型即可獲取全部信息，減少了對其他信息系統(tǒng)的過度依賴，使設計制造之間的信息交換可以不完全依賴信息系統(tǒng)的集成而保持有效的連接，即解決唯一數(shù)據(jù)源問題。

    長空機械設計所在產(chǎn)品研發(fā)端正朝著這一方向努力，而如何將這一愿景延伸至生產(chǎn)制造端，給通力即將為其打造的數(shù)字化制造平臺提出了挑戰(zhàn)。

    與長空機械達成共識之后，通力為長空機械的數(shù)字化制造平臺設定了這樣的目標：“建立單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源、縮短制造周期時間、降低或消除資料查詢時間、減少在制品、改善產(chǎn)品質(zhì)量、全面的工裝管理”。

集成的TCM+MES+TEM數(shù)字化制造平臺

    借助世界先進的工業(yè)軟件Teamcenter和Camstar的組合，以及二者強大的定制功能和二次開發(fā)能力，長空機械結合現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)了工藝、制造和工裝的管理。

    圖2 數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺總體流程圖

    如此一來，長空機械的數(shù)字化制造平臺含蓋了工藝規(guī)劃管理系統(tǒng)(TCM)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和工裝管理系統(tǒng)(TEM)三個部分。通過TCM系統(tǒng)建立三維的、結構化的工藝；通過實施MES系統(tǒng)監(jiān)控車間的生產(chǎn)執(zhí)行過程，并在MES系統(tǒng)中納入航空企業(yè)質(zhì)量體系；在TCM和MES兩個系統(tǒng)上，進行專項客戶化開發(fā)，實施TEM系統(tǒng)，實現(xiàn)專用工裝的設計、工藝規(guī)劃管理，以及工裝的出入庫、借用、報廢等管理。

    吳松用一組時間和數(shù)據(jù)概括了這一項目的成果和價值：從2011年6月項目啟動以來，項目業(yè)務調(diào)研用了3個月時間、軟件的開發(fā)定制也用了3個月時間，但MES系統(tǒng)的試運行就用了近8個月時間。從2011年底到2012年7月19日驗收之間的8個月里，通力對長空機械針對MES系統(tǒng)提出的491項問題和改善意見進行了定制開發(fā)。而TCM系統(tǒng)功能的客戶化和二次開發(fā)達到210項，TEM系統(tǒng)則是279項。

    圖3 數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺總體體系結構

    通力公司具備多年的數(shù)字化制造項目實施經(jīng)驗，在長空機械數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺的建設過程中，一方面依托國外成熟軟件產(chǎn)品，另一方面結合通力公司的實施項目經(jīng)驗和行業(yè)實踐進行開發(fā)和集成。目前，數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺已基本形成：

    工藝規(guī)劃管理系統(tǒng)(TCM)：TCM系統(tǒng)基于Teamcenter的Manufacturing Process Management模塊作為管理平臺，方便在原有Teamcenter的設計BOM 基礎上進行功能擴展，以結構化及三維可視化的工藝形式進行工藝規(guī)劃，系統(tǒng)有效的管理工藝BOM、工藝/工序/工步數(shù)據(jù)、工裝設備等生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。借助TCM系統(tǒng)，長空機械的制造過程已基本實現(xiàn)工藝BOM管理、工藝分工、材料定額、三維數(shù)字化裝配、零件工藝、CAM數(shù)據(jù)管理、制造資源庫的建立、典型工藝知識庫的建立、工藝變更管理、工藝文件管理、審批發(fā)放流程、可視化和權限管理等主要業(yè)務。

    生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)：基于Camstar Manufacturing的MES系統(tǒng)，對長空機械工廠中所從事的制造活動進行管理、監(jiān)控，并實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，同時將它們實時集成到核心業(yè)務流程中，以實現(xiàn)企業(yè)級的精益制造管理�；�于的MES系統(tǒng)，長空機械實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)外的派工管理、在制品管理、產(chǎn)品加工物料跟蹤、產(chǎn)品信息的追溯、設備狀態(tài)管理、車間生產(chǎn)相關資源的管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表分析等功能。另外，得益于CAMSTAR易于擴展的特性，通力在CAMSTAR上進行了大量的客戶化，二次開發(fā)內(nèi)容包括功能開發(fā)、集成接口、在制品出入庫管理、各類生產(chǎn)報表和看板等。

    工裝管理系統(tǒng)(TEM)：基于TEM系統(tǒng)，長空機械能夠?qū)崿F(xiàn)全面的工裝管理。首先，實現(xiàn)工裝設計及工藝管理，基于Teamcenter平臺實現(xiàn)工裝申請、工裝任務分配、工裝設計、工裝工藝規(guī)劃、工裝審簽、工裝更改、工時記錄等；其次，實現(xiàn)工裝庫管理：基于Teamcenter平臺的分類功能建立工裝庫，使工藝人員基于特征查詢工裝，提高工裝的重用率；另外，實現(xiàn)工裝出入庫的管理，基于條碼掃描和資源管理功能進行二次開發(fā)，記錄工裝的出入庫時間和次數(shù)，以及設備利用效率，使工具室人員了解工裝的利用率。

    對于這一集成的TCM+MES+TEM數(shù)字化制造平臺，吳松認為：將軍工行業(yè)的質(zhì)量體系納入進來，是長空機械整個數(shù)字化制造項目最大的難點，實施難度增加了數(shù)倍，但正是克服這一難題，也成為整個數(shù)字化制造項目的亮點。吳松說，“作為軍工企業(yè)，我們廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準確性和可追溯性要求非常高，哪里出現(xiàn)參差品、差品或是廢品？如何出現(xiàn)的？由誰確認的？何種原因？有無相關單據(jù)和計量結果？都需要在系統(tǒng)中追溯出來，這些信息和數(shù)字化制造系統(tǒng)分不開。”

    2012年，為打造成質(zhì)量效益型企業(yè)，長空機械開展了一系列獨具特色的“質(zhì)量效益記心中、迸發(fā)激情立新功”主題活動。這與長空機械數(shù)字化平臺試運行的時間不謀而合，也正是在集成的TCM+MES+TEM數(shù)字化制造平臺下，長空機械對生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的管控有了長足的進步。

可復制的航空制造整體解決方案

    在MES系統(tǒng)和TEM系統(tǒng)已完成驗收、TCM系統(tǒng)正處于試運行階段，吳松對這一平臺在航空企業(yè)的推廣前景也表示看好：“航空制造企業(yè)的質(zhì)量體系相同，工作模式幾乎接近，所以這套TCM+MES+TEM的制造整體解決方案具有很強的可復制性。這個體系，不是兵器、不是船舶、也不是民品，可以說是為航空體系獨立打造的，通用性非常好。”

    事實上，這種可復制性更多的是對航空企業(yè)制造業(yè)務流程再造的可復制性，而并非整個數(shù)字化制造系統(tǒng)的生搬硬套。在制造業(yè)信息化領域，通力具備多年的整體解決方案咨詢和實施服務經(jīng)驗，為長空機械打造的數(shù)字化制造平臺，是其致力于航空制造整體解決方案的一個縮影。

    吳松告訴記者：我們的MES系統(tǒng)如今只保留了10%左右的基本功能，其他90%的功能都是依據(jù)航空質(zhì)量體系定制開發(fā)的，這樣一個系統(tǒng)，包含了大量的技術底蘊，已經(jīng)融入了航空制造企業(yè)的最佳實踐。正是如此大量的定制和二次開發(fā)，長空機械的TCM+MES+TEM系統(tǒng)成為具備航空制造企業(yè)特點的數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺。

推進MBD全三維數(shù)據(jù)模型，貫通產(chǎn)品核心業(yè)務鏈

    通過TCM+MES+TEM系統(tǒng)的實施，長空機械試點的兩個車間，已基本實現(xiàn)了產(chǎn)品制造過程基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)結構化工藝、數(shù)字化工藝驗證、全面工裝管理、對車間生產(chǎn)任務的派工管理、對在制品的狀態(tài)監(jiān)控、制程跟蹤、對設備能力和利用率的有效分析和負載平衡、對車間資源進行優(yōu)化配置建立透明、高效的產(chǎn)品制造過程管理。

    長空機械下一步的信息化規(guī)劃，則主要有兩大發(fā)展方向：其一、全面推進MBD全三維數(shù)據(jù)模型，從研發(fā)設計端延伸到生產(chǎn)制造端。其二、深化PDM/TCM/MES/TEM四大系統(tǒng)的應用，加強系統(tǒng)內(nèi)部集成。同時，實現(xiàn)和ERP的集成，貫通產(chǎn)品核心業(yè)務鏈。

    吳松說，“我們希望借助MBD全三維數(shù)據(jù)模型，打通設計的三維建模，到基于三維的工藝編制，再到基于三維圖的數(shù)控編程，同時基于三維圖的工裝設計，零件編程完之后進行數(shù)控加工，加工完之后實現(xiàn)實物三坐標的三維測量。目前，我們的部分零部件已經(jīng)走通了這套流程，但尚未全面應用。真正步入MBD的全面應用，是長空機械、也是我們集團公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略方向。”

    長空機械幾大信息系統(tǒng)之間的集成，涉及到TCM與PDM系統(tǒng)集成、TCM與ERP系統(tǒng)集成、TCM與DNC系統(tǒng)集成、MES與TCM系統(tǒng)集成、MES與ERP系統(tǒng)集成、MES與DNC系統(tǒng)集成等多個集成關系。既要保證各個系統(tǒng)都有各自需要的數(shù)據(jù)信息，既要保證數(shù)據(jù)來源的惟一性，也要保證所需信息的完整性和準確性。以TCM和ERP為例，TCM與ERP系統(tǒng)之間要完成雙向數(shù)據(jù)的傳遞，以保證工藝員進行工藝規(guī)劃時獲得制造過程中可用的制造資源，生產(chǎn)計劃人員可以獲得詳細的制造工藝過程，以便安排生產(chǎn)計劃。通力公司在各個系統(tǒng)的實施過程中，采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和信息接口，為未來系統(tǒng)大集成提供了良好的基礎。

    圖4 系統(tǒng)集成關系

    吳松認為：以長空機械的業(yè)務模式來說，ERP系統(tǒng)猶如企業(yè)的屋頂，PDM/TCM/MES/TEM則是四根柱子，四根柱子需要為屋頂提供強有力的支撐。目前，我們的系統(tǒng)之間實現(xiàn)了一定的集成，但深度還不夠，距離貫通產(chǎn)品核心業(yè)務鏈還有一段路要走，這是我們未來信息化的一個發(fā)展方向。

后記

    長空機械非常重視企業(yè)信息化建設工作，不管是工程軟件的技術積累，還是信息化管理軟件應用，都具有一定的水平，這為數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺的搭建提供了必要的條件。在采訪過程中記者也了解到，長空機械的三維數(shù)控編程技術和三維計量技術都非常成熟，諸如很多曲面、葉輪葉片、復雜零部件，均可實現(xiàn)三維自動測量，在生產(chǎn)上引進的現(xiàn)代化數(shù)控加工設備和先進制造技術，組建了高水平的數(shù)控車間。借用吳松的一句話：有了這些前提，長空機械的數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺的搭建也就時不我待、水到渠成了。

    除了數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺的建設，通力公司還為長空機械完善了硬件網(wǎng)絡配置和系統(tǒng)架構部署，另外，通力公司為整個項目的實施提供了實施方法學的支持，為整個項目的成功提供了進一步的保障。正是有了通力公司在制造業(yè)信息化領域多年的咨詢服務能力和實施經(jīng)驗，在整個項目實施過程中，長空機械積累不少心得，鍛煉了隊伍、建立了信息化操作和管理規(guī)范，平穩(wěn)的完成向數(shù)字化制造的過渡。

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本文標題：通力公司（UFC）助長空機械打造可復制的航空制造整體解決方案

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