离散制造业的特点决定了其MES非常复杂。生产资源的管理难以精确、清晰和及时，如设备、工具工装的应用状态、维护保养、定期检验、故障发现等日常管理情况很难及时得到反馈；计划来源多、依据多，计划更改调整频繁，由于不能充分考虑资源来进行排产，整个计划不可控，排产结果可用性不强；生产计划与工艺文件不同步、加工装配的实物状态不能实时反馈。同时MES普遍实施的效果也并不理想：数据成为企业实施MES的拦路虎，数据不完整、不准确，数据和其他系统集成问题多，这些都成为企业无法解决的难题；MES实施后，由于大量的数据采集，不但没有给工人带来方便，反而大大增加了工人的工作量，甚至给实际生产现场造成了一定影响，MES实施后的效果极差。而柔性数字化车间对无纸化车间的需求越来越强烈，为了解决这些问题，西飞的无纸化在传统MES基础上，从不同的角度，走出了一条极具特色、效果极佳的道路，取得了很好的效果，具有很好的示范作用。
无纸化在西飞转包生产中的应用情况
西飞转包生产总厂随着近年来发展，生产任务愈来愈多，现场数据采集量增大，迫切需要信息化系统支持来实现生产计划的及时变化、生产进度的及时采集、生产进度的可视化管理、生产现场的无纸化管理。具体需求体现在以下方面：
(1)AO、操作规程分别编辑，版本控制困难。
(2)操作规程编制通过纸制文件进行审批签字确认，然后下发到车间执行。AO文件分散，不便于管理、查询。在审批时也同样需要审批多份文件，增加工作量。
(3)生产过程中，工艺员无法实时掌握生产的进度情况，需要到现场进行了解生产进度才能对AO信息进行更改，各个部门间缺少关键信息的一个互通平台。
(4)在生产现场由计划员打印AO内容并发放到现场，工人根据AO内容进行工作，并进行项目完工盖章、项目检验盖章、AO归档等，每架份的AO都需要进行打印，打印所需的纸张数量相当庞大。
(5)正在使用的AO编辑软件问题较多，无法保证AO及时编制、更改和发布；也无法实现AO的各种统计、汇总功能等。
无纸化在西飞转包生产中得到了全面的实施，使西飞公司向数字化生产管理迈出了扎实的一步，并且走在了我国飞机制造企业生产现场无纸化管理技术应用的前列。
无纸化的实施，提升了管理理念、管理水平和管理效率，降低了生产成本；优化资源配置，规范了AO管理流程，实现了AO无纸化管理和电子存档；达到生产计划“一本账”，制造数据源唯一；实现了生产现场可视化管理，及时反馈装配单元开工、项目完工、项目检验信息，达到AO状态明晰、生产过程动态控制。
无纸化系统实现的主要功能包括两大块，一是实现了AO／AAO的工艺管理；二是实现了基于无纸化的装配现场管理。
1 AO／AAO的工艺管理
AO管理：实现AO编辑、AO审批、版本控制、AO查询等功能。系统提供2种AO编辑方式：离线编辑和在线编辑，编辑时输入的架次应为起始架次，并可根据架次自动生成版次，并最终由工艺员进行确认。编辑完成进行保存时增加对关键信息的验证，避免由于输入的不准确造成在使用AO信息时出现的错误。
AAO管理：实现AAO的编辑、审批、查询等功能，AAO输入的架次应为明确区间范围。主要功能如图1所示。
图1 AO/AAO工艺管理主要功能
2 基于无纸化的装配现场管理
主要实现生产现场数字化AO查询、AO配套、生产单元派工、项目完工、项目检验数据采集、生产进度监控等功能。
库房根据车间下达的生产计划(SO)进行零件配套出库处理。车间计划根据生产部的计划下达作业计划。
在车间现场，每个工段的工长使用系统授权的账户登录系统，该工段的工人、检验员都通过现场计算机接收生产计划、网上查询AO、典型工艺规程、图纸、技术文件等，根据AO的要求进行部件装配，并根据AO要求如实在计算机上填写项目的实测数据等信息，提交项目完工。
工人项目完工时，需要检验的项目，系统会自动产生消息通知相关检验员进行项目检验。检验员在园区网内任意计算机上以个人身份登录系统时，系统将及时显示所有需要其检验的项目的提醒信息，通知检验员及时进行检验处理。
在AO发生更改的时候，系统会自动产生消息通知到工段的计算机上，工人需要及时查询、贯彻更改。对于协作件，需要确定、落实协作单位、协作人，生产部授权这些用户可以在西飞园区网上登录系统进行项目完工、项目检验。
每架次完工交付后，固化该架次所有AO、AAO信息。根据管理文件要求按照架次进行归档，归档内容主要包括该架次使用的AO信息、AAO信息、AO目录信息、AAO目录信息检验扫描上传的不合格品审理单据等信息。归档中的AO信息并不包含操作规程的内容，操作规程的内容由工艺室按AO版本进行归档。现场管理流程如图2所示。
图2 装配现场管理流程
工艺到生产现场的信息无缝集成
传统MES以计划为主线，工人的开工、完工、现场的信息采集等都是以计划为核心，因此工艺和MES的信息是断链的，MES仅仅通过数据接口集成的方式从CAPP工艺系统中获取零件加工工序或者产品的装配工序。工人需要了解其具体的工艺信息，必须通过打印CAPP中的工艺文件或者重新进入CAPP系统中进行查看。
无纸化将工艺和MES完全融合在一起，工艺和MES不需要任何的集成，两者的信息无缝相通。工艺人员无需在传统CAPP中进行工艺文件的编制、审批、定版，而是直接在无纸化系统中完成工艺文件的相关工作。定版后工艺文件自动传送到现场工人，现场工人可直接浏览工艺文件，并且基于工艺文件进行相关信息的采集，大大简化了工作流程，方便了各个业务层的具体工作。现场数据采集的界面如图3所示。
图3 现场数据采集界面
数据自动采集技术的运用
在进行装配时，比较重要的一个过程是需要记录配套零件的质量信息，如果采用手工方式录入，工作量非常大，且质量跟踪难度大。因此，在零件投入生产、打印零件质量合格证时，可在质量合格证上打印条码，通过条码可实现零件的所有信息跟踪。在进行零件出入库时，可直接通过扫描合格证条码实现库存管理；在装配现场，也可直接扫描合格证条码来实现装配记录的跟踪，大大简化、方便了现场的操作，提高了管理效率。
在进行现场工人、检验人员的信息采集时，如果采用手工方式，工人、质检人员的工作量非常大。无纸化将工人的工牌植入ID卡，工人和检验在采集信息时，直接扫描ID卡即可，避免了工人过多的键盘操作。图4 为布置在现场的标准件货架，工人直接扫描条码来采集标准件相关信息。
图4 标准件货架
实现单一数据源 确保数据准确完整唯一
一直以来，数据的准确性、完整性、唯一性是MES实施成败最重要的因素之一，由于数据带来的各种问题大大阻碍了MES的实施。常规的做法是MES和CAPP工艺系统通过接口来实现数据的集成，主要是由CAPP系统提供零组件的工序信息到MES系统中，但是大量的实践经验表明，通过接口总会存在很多不可预知的问题，数据的传递非常不稳定；还有一种模式由专人直接在MES系统中维护工序信息，这种方式很明显需要耗费大量的人力物力，而且从企业的角度来看，容易形成信息孤岛，对企业的整体信息化会带来严重问题。
无纸化由于将工艺管理也纳入了系统之中，规避了多系统造成的数据集成问题，避免了信息孤岛，从而彻底地解决了单一数据源问题，使得数据保持高度的准确性、唯一性、完整性，从而为无纸化模式的成功打下了坚实基础。无纸化的模式不仅仅解决了数据问题，更多的是给企业带来的系统模式问题，它突破了传统系统的定位，以业务本身为核心来通过单一系统实现业务整合。
以规范化和标准化为核心
无纸化实施后，不再需要打印工艺文件，车间现场也没有任何纸质过程单据，生产计划、过程控制、执行反馈信息以电子化方式传递，但是这些都是表面现象。没有纸并不代表无纸化，电子化并不等于信息化。无纸化的核心是工作过程标准化、规范化，提高专业化，减少重复工作，消除浪费，缩短制造周期，提高产品质量，降低成本。
在无纸化的建设初期，最重要的工作就是对装配的各个活动进行了价值流梳理和分析，建立以规范化和标准化为核心的整个体系。
第一，工艺的规范化和标准化。对转包产品的工艺过程、要素、工艺文件、零件、工装等，在满足要求前提下，通过归纳、分类、整理，使其具有通用性、典型性，并形成工艺操作方法标准、工艺要素标准、工艺管理标准，为整个工艺的标准化和规范化奠定基础。
第二，工人操作的规范化和标准化。对装配过程的各个活动进行价值流分析，在保证质量的前提下，简化装配过程和内容，消除不必要的活动。对每一步装配过程的具体操作进行规范，提升工人的效率，保证了产品质量，缩短生产周期。
第三，数据结构化。在对工艺规范化和标准化、工人操作的规范化和标准化的基础上，以软件为支持，实现业务数据的结构化。
第四，现场配送。在对装配过程标准化和规范化的前提下，实行配送制度，包括零件配送、工装配送等，并建立配送的标准和制度，保证装配现场的活动按价值流不间断地进行。
提升工人价值
美国一向标榜高端制造，因为高端制造的价值含量高，它把低端制造都放在人力成本较低的发展中国家，但是最近几年，美国的低端制造有逐步回归的趋势，其中很重要的一个原因是美国也能给低端制造的工人更高的工资。在原来，工人要干一件活，需要自己去准备工装工具、领材料、翻图纸、找各种资料等，需要大量准备和等待时间；而现在，把工人像外科大夫一样看待，将生产所需要的所有工具材料等准备好，工人只需要专注干活，因为工人的价值就在于生产，从而大大提升工人的价值。
西飞无纸化的目的就是让工人专注于加工装配活动。首先通过标准化和规范化，简化了工人工作内容，消除了大量无价值的活动；同时通过信息化，工人不用去打印AO，不用在文件签字，不用去领料、准备工装，避免缺料造成的等待等。工人上班后打开电脑，就明确了当天任务，以及需要加工零件的工艺文件，加工完成后刷工牌卡可以自动采集信息。无纸化通过大量各种方式和手段，大大提升了工人的价值。
结束语
西飞的无纸化模式首先在波音737-700转包任务上运行，取得了很好的效果，后推广至所有的转包生产，目前无纸化模式更是被推广到西飞其他型号、西飞国际天津分公司，可以说无纸化取得了很大的成果，成功地解决了传统MES中的数据不完整、不准确、信息孤岛、现场数据采集难等很多问题，为企业的信息化整体发展做了重大贡献。
但是应该看到，无纸化只是MES发展中的一个过程、一个阶段，在三维技术越来越成熟的情况下，基于MBD的数字化MES不仅是西飞最终所要追求的目标，也是以军工行业为代表的制造业发展的方向。无纸化模式的成功运用为数字化MES打好了一个坚实基础。
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