面向异地协同环境的数字化地磅称重管理系统研究

为解决飞机生产制造过程中跨地域、跨企业海量重量数据的管控难题，本文提出面向异地协同环境数字化电子地磅称重管理系统，并引入将网络化、信息化的系统建设思想，制定全新的设计生产一体化管理模式。通过对生产过程中重量、重心实时监控、重量超差自动甄别、数据校验、称重进度监控等方面的研究，实现设计所和生产厂称重检验的无缝对接，极大缩短了称重工作周期，对建立智能化工厂有重要现实意义.

一、引言

我国的飞机设计制造领域已经进入三维数字化设计阶段，而制造领域中的重量管理部门一直以来与设计部门都是分散式管理，且朝向跨厂所协作的模式发展，谋求型号研制资源的最大化利用，但是异地协同环境下也带来了一些问题，容易造成设计、工艺等管理人员不能及时掌握飞机在生产制造过程中的真实重量情况。

国内的零部件称重检验工作大部分仍采用纸制采集、手动录入的方式，数据量大，整理困难，数据准确性难以保证；设计部门干预少，干预手段落后，形成设计和制造的脱节；双方沟通较少，致使飞机超重后期必须通过增加配重或者降低型号部分性能指标来均衡重量分布，影响整个型号的研制质量。主要问题如下：

（1）设计和称重单位分散，称重时效不可控，收集整理困难；（2）数据准确性差，人工干预对数据准确性影响较大；（3）数据版次混乱，造成大量重复数据；（4）重量超差干预滞后，无法及时响应，导致重量疑难问题。

因此，迫切需要对现有称重工作进行优化，借助信息化手段，提升称重工作能力，搭建数字化称重管理系统，实现异地协同环境下对型号重量管理的灵活、高效及准确。

二、系统构建原则

异地协同环境的数字化地磅称重管理系统，其系统构建原则如下：

（1）实用性。系统符合数字化称重业务工作流程，有能效地解决型号异地协同设计制造环境下的重量管控需要。

（2）可靠性。系统的设计必须在投资可接受的条件下，从系统结构、技术措施以及容错处理等多方面综合考虑，能够确保系统长期无故障地稳定运行。

（3）可拓展性。系统应充分考虑其将来潜在的需求，使现有系统能够与需求同步增长，使系统规模在急剧扩张时亦不需要重新进行系统规划与设计。

安全性。系统应采用多种系统容错手段和防攻击手段，主要设备采用双机容错或镜像备份工作方式，保证系统正常运行；使用多级权限系统，对用户进行精确的权限分配，保证重要信息的安全性。

三、异地协同环境下数字化称重管理系统的架构

异地协同环境下的数字化称重突出设计和工艺部门之间的关联和协同，通过对数据传递的控制、对称重工作过程控制、对称重结果进行分析干预等，实现对称重工作的有效管理。

从系统设计角度来看，数字化系统通过称重过程中数据、业务流程和系统集成等方面，加强设计状态的控制，来实现异地之间协同制造过程中称重数据共享。

从系统应用角度来看，需要按照用户业务管理的需要，配置软件功能组件，最大化满足用户需求，实现应用层的业务功能组件中 EPOB 管理、PBOM管理、工艺路线、称重规则、称重清单、数据分析等功能模块。异地协同数字化称重管理系统设计架构如图一所示。

四、称重业务流程

异地协同环境下数字化称重业务过程主要包括称重清单管理、工艺准备工作管理、称重执行管理以及称重数据分析处理几个环节。其中称重清单管理主要由设计所完成，通过对 EBOM 理论重量数据整理、工艺路线以及称重单位配置规则梳理，形成基于工艺 PBOM 的称重清单，包括零部件图号、理论重量、重量的工艺余量、称重单位、重量公差等信息；工艺准备环节主要开展工艺 PBOM 重构、工艺分工、重量的工艺余量计算等内容；称重执行环节主要完成称重计划下发、称重工序编制、称重操作执行；称重数据分析环节主要完成对称重数据的记录和管理，对称重数据进行分析，对超差进行处理，提出合理改进措施等。

各环节通过数据的有效传递，协同开展不同的称重工作，最终实现称重任务下发、称重执行、称重反馈、称重分析等内容，使得设计工艺能够对称重各环节的数据进行有效管理，及时处理、及时干预存在的重量问题。

1.称重清单管理

飞机设计阶段的 EBOM 是称重管理系统所需产品数据的基础，需要建立每个轮次下的 EBOM 数据库，侧重于零部件的产品结构与重量特性数据。

（1）EBOM 导入：导出 EXCEL 格式的 EBOM清单，然后将 EBOM 数据导入系统，形成称重管理系统的理论数据。

EBOM 部件重量计算：零件、标准件、成品件本身带有重量特性数据，装配件配置了重量重心的，直接使用原始重量重心数据，不带重量的装配件，它们的重量重心需要根据公式计算才能得到。

2. 工艺准备工作管理

EBOM 经过工艺部门工艺重构后形成 PBOM。称重管理系统的零部件实称称重项目是在 PBOM的基础上，依据称重业务关系配置的称重规则自动计算生成。

（1）PBOM 导入：工艺部门将 PBOM 制作成符合称重管理系统所需格式的“工艺计划表”。

（2）PBOM 维护：通过 PBOM 导入自动构建的PBOM 树，可以进行人工维护，PBOM 维护包含节点添加、删除、更新等操作。

（3）PBOM 重量特性匹配计算：通过 PBOM 导入自动构建的 PBOM 树，在同型号同轮次下的 E-BOM中去查找相同装配节点，从而获取理论重量、理论重心等重量特性数据。

（4）PBOM 部件重量计算：通过 PBOM 重量特性匹配计算，已经得到所有叶子节点的重量特性数据，部、组件的重量特性需要通过计算才能得到。

3.称重任务分配

根据需要自行设置所有零部件的称重规则，为系统自动生成各个称重单位的零部件称重清单提供依据。

（1）生产单位管理：对生产车间和使用单位进行统一管理，以满足飞机研制过程中对整个称重工作全局掌控的需要。称重单位管理应细分到生产厂、生产车间、生产工段，细化对称重单位的具体管理。

（2）工艺分工：生产厂工艺计划部门在 PBOM编制过程中编制工艺分工路线，规划零部件的生产制造过程，工艺分工路线的编制可通过导入或者人工手动添加、删除、修改等方式完成。

（3）工艺路线称重配置：将其工艺路线中的特定生产车间设置为称重单位，那么该生产车间的称重清单上就会包含该零部件，以此作为车间称重清单自动生成的依据。

PBOM 图号过滤：生产车间的零件称重清单依据工艺分工路线的称重厂配置自动生成，但是对于一些特殊图号的零部件不需要称重，因此，重量管理人员需要制定相应的图号过滤规则，将这些特殊图号的零部件排除在各个生产厂的称重清单之外。

4.称重数据分析

称重终端的零组件称重清单包含理论重量、工艺余量以及重量容差值。因此，零组件在称重时，称重终端能够自动判断零件是否超差，并提示检验人员。

重量超差判断公式为：

实称重量 - 工艺余量 - 理论重量 < 重量容差。

由于称重清单已经带有工艺余量值，并且在超差判断的时候已经考虑了余量值，因此系统可以排除由工艺余量导致重量超差误判。

重量管控系统中自动标记出重量超差的零组件，重量管理人员点击“生成重量超差单”，系统自动填写理论重量、实际重量等信息，具体流程如图二所示。

另外，系统自动根据设定的规则自动生成超差处理单，发起重量超差单审签流程，并与 IQS 系统进行集成，对超差单据进行归零管理。

在完成整机或者整部段零组件称重工作完成后，设计和工艺部门将可以对系统称重数据进行分析，通过系统报表功能，自动生成各类统计结果，与设计理论称重数据对比，以及通过重量历史经验的判断，及时发现重量问题，判断重量走势，制定不同的重量干预方案。设计人员可以根据重量趋势，对指标进行优化和调整，提高设计性能；工艺人员通过对重量问题的统计分析，找出产生重量问题的关键因素，重点攻克。

五、结束语

本文通过面向异地协同环境的数字化称重管理系统的研究，梳理了从设计到工艺、从工艺到制造车间、从终端收集数据到设计反馈等一系列业务领域的流程和逻辑关系，进一步明确了异地协同环境下数字化称重工作开展的过程。梳理出包括基于PBOM 的称重清单管理、重量的工艺余量管理、称重工序细分与称重工序的下发、重量超差处理众多关键技术，在厂、所异地协同研制过程中，及早干预重量异常问题，缩短称重工作周期，确保型号研制的成功，对建设数字化、智能化工厂具有重要意义。