離散制造業的特點決定了其MES非常復雜。生產資源的管理難以精確、清晰和及時，如設備、工具工裝的應用狀態、維護保養、定期檢驗、故障發現等日常管理情況很難及時得到反饋；計劃來源多、依據多，計劃更改調整頻繁，由于不能充分考慮資源來進行排產，整個計劃不可控，排產結果可用性不強；生產計劃與工藝文件不同步、加工裝配的實物狀態不能實時反饋。同時MES普遍實施的效果也并不理想：數據成為企業實施MES的攔路虎，數據不完整、不準確，數據和其他系統集成問題多，這些都成為企業無法解決的難題；MES實施后，由于大量的數據采集，不但沒有給工人帶來方便，反而大大增加了工人的工作量，甚至給實際生產現場造成了一定影響，MES實施后的效果極差。而柔性數字化車間對無紙化車間的需求越來越強烈，為了解決這些問題，西飛的無紙化在傳統MES基礎上，從不同的角度，走出了一條極具特色、效果極佳的道路，取得了很好的效果，具有很好的示范作用。
無紙化在西飛轉包生產中的應用情況
西飛轉包生產總廠隨著近年來發展，生產任務愈來愈多，現場數據采集量增大，迫切需要信息化系統支持來實現生產計劃的及時變化、生產進度的及時采集、生產進度的可視化管理、生產現場的無紙化管理。具體需求體現在以下方面：
(1)AO、操作規程分別編輯，版本控制困難。
(2)操作規程編制通過紙制文件進行審批簽字確認，然后下發到車間執行。AO文件分散，不便于管理、查詢。在審批時也同樣需要審批多份文件，增加工作量。
(3)生產過程中，工藝員無法實時掌握生產的進度情況，需要到現場進行了解生產進度才能對AO信息進行更改，各個部門間缺少關鍵信息的一個互通平臺。
(4)在生產現場由計劃員打印AO內容并發放到現場，工人根據AO內容進行工作，并進行項目完工蓋章、項目檢驗蓋章、AO歸檔等，每架份的AO都需要進行打印，打印所需的紙張數量相當龐大。
(5)正在使用的AO編輯軟件問題較多，無法保證AO及時編制、更改和發布；也無法實現AO的各種統計、匯總功能等。
無紙化在西飛轉包生產中得到了全面的實施，使西飛公司向數字化生產管理邁出了扎實的一步，并且走在了我國飛機制造企業生產現場無紙化管理技術應用的前列。
無紙化的實施，提升了管理理念、管理水平和管理效率，降低了生產成本；優化資源配置，規范了AO管理流程，實現了AO無紙化管理和電子存檔；達到生產計劃“一本賬”，制造數據源唯一；實現了生產現場可視化管理，及時反饋裝配單元開工、項目完工、項目檢驗信息，達到AO狀態明晰、生產過程動態控制。
無紙化系統實現的主要功能包括兩大塊，一是實現了AO／AAO的工藝管理；二是實現了基于無紙化的裝配現場管理。
1 AO／AAO的工藝管理
AO管理：實現AO編輯、AO審批、版本控制、AO查詢等功能。系統提供2種AO編輯方式：離線編輯和在線編輯，編輯時輸入的架次應為起始架次，并可根據架次自動生成版次，并最終由工藝員進行確認。編輯完成進行保存時增加對關鍵信息的驗證，避免由于輸入的不準確造成在使用AO信息時出現的錯誤。
AAO管理：實現AAO的編輯、審批、查詢等功能，AAO輸入的架次應為明確區間范圍。主要功能如圖1所示。
圖1 AO/AAO工藝管理主要功能
2 基于無紙化的裝配現場管理
主要實現生產現場數字化AO查詢、AO配套、生產單元派工、項目完工、項目檢驗數據采集、生產進度監控等功能。
庫房根據車間下達的生產計劃(SO)進行零件配套出庫處理。車間計劃根據生產部的計劃下達作業計劃。
在車間現場，每個工段的工長使用系統授權的賬戶登錄系統，該工段的工人、檢驗員都通過現場計算機接收生產計劃、網上查詢AO、典型工藝規程、圖紙、技術文件等，根據AO的要求進行部件裝配，并根據AO要求如實在計算機上填寫項目的實測數據等信息，提交項目完工。
工人項目完工時，需要檢驗的項目，系統會自動產生消息通知相關檢驗員進行項目檢驗。檢驗員在園區網內任意計算機上以個人身份登錄系統時，系統將及時顯示所有需要其檢驗的項目的提醒信息，通知檢驗員及時進行檢驗處理。
在AO發生更改的時候，系統會自動產生消息通知到工段的計算機上，工人需要及時查詢、貫徹更改。對于協作件，需要確定、落實協作單位、協作人，生產部授權這些用戶可以在西飛園區網上登錄系統進行項目完工、項目檢驗。
每架次完工交付后，固化該架次所有AO、AAO信息。根據管理文件要求按照架次進行歸檔，歸檔內容主要包括該架次使用的AO信息、AAO信息、AO目錄信息、AAO目錄信息檢驗掃描上傳的不合格品審理單據等信息。歸檔中的AO信息并不包含操作規程的內容，操作規程的內容由工藝室按AO版本進行歸檔。現場管理流程如圖2所示。
圖2 裝配現場管理流程
工藝到生產現場的信息無縫集成
傳統MES以計劃為主線，工人的開工、完工、現場的信息采集等都是以計劃為核心，因此工藝和MES的信息是斷鏈的，MES僅僅通過數據接口集成的方式從CAPP工藝系統中獲取零件加工工序或者產品的裝配工序。工人需要了解其具體的工藝信息，必須通過打印CAPP中的工藝文件或者重新進入CAPP系統中進行查看。
無紙化將工藝和MES完全融合在一起，工藝和MES不需要任何的集成，兩者的信息無縫相通。工藝人員無需在傳統CAPP中進行工藝文件的編制、審批、定版，而是直接在無紙化系統中完成工藝文件的相關工作。定版后工藝文件自動傳送到現場工人，現場工人可直接瀏覽工藝文件，并且基于工藝文件進行相關信息的采集，大大簡化了工作流程，方便了各個業務層的具體工作。現場數據采集的界面如圖3所示。
圖3 現場數據采集界面
數據自動采集技術的運用
在進行裝配時，比較重要的一個過程是需要記錄配套零件的質量信息，如果采用手工方式錄入，工作量非常大，且質量跟蹤難度大。因此，在零件投入生產、打印零件質量合格證時，可在質量合格證上打印條碼，通過條碼可實現零件的所有信息跟蹤。在進行零件出入庫時，可直接通過掃描合格證條碼實現庫存管理；在裝配現場，也可直接掃描合格證條碼來實現裝配記錄的跟蹤，大大簡化、方便了現場的操作，提高了管理效率。
在進行現場工人、檢驗人員的信息采集時，如果采用手工方式，工人、質檢人員的工作量非常大。無紙化將工人的工牌植入ID卡，工人和檢驗在采集信息時，直接掃描ID卡即可，避免了工人過多的鍵盤操作。圖4 為布置在現場的標準件貨架，工人直接掃描條碼來采集標準件相關信息。
圖4 標準件貨架
實現單一數據源 確保數據準確完整唯一
一直以來，數據的準確性、完整性、唯一性是MES實施成敗最重要的因素之一，由于數據帶來的各種問題大大阻礙了MES的實施。常規的做法是MES和CAPP工藝系統通過接口來實現數據的集成，主要是由CAPP系統提供零組件的工序信息到MES系統中，但是大量的實踐經驗表明，通過接口總會存在很多不可預知的問題，數據的傳遞非常不穩定；還有一種模式由專人直接在MES系統中維護工序信息，這種方式很明顯需要耗費大量的人力物力，而且從企業的角度來看，容易形成信息孤島，對企業的整體信息化會帶來嚴重問題。
無紙化由于將工藝管理也納入了系統之中，規避了多系統造成的數據集成問題，避免了信息孤島，從而徹底地解決了單一數據源問題，使得數據保持高度的準確性、唯一性、完整性，從而為無紙化模式的成功打下了堅實基礎。無紙化的模式不僅僅解決了數據問題，更多的是給企業帶來的系統模式問題，它突破了傳統系統的定位，以業務本身為核心來通過單一系統實現業務整合。
以規范化和標準化為核心
無紙化實施后，不再需要打印工藝文件，車間現場也沒有任何紙質過程單據，生產計劃、過程控制、執行反饋信息以電子化方式傳遞，但是這些都是表面現象。沒有紙并不代表無紙化，電子化并不等于信息化。無紙化的核心是工作過程標準化、規范化，提高專業化，減少重復工作，消除浪費，縮短制造周期，提高產品質量，降低成本。
在無紙化的建設初期，最重要的工作就是對裝配的各個活動進行了價值流梳理和分析，建立以規范化和標準化為核心的整個體系。
第一，工藝的規范化和標準化。對轉包產品的工藝過程、要素、工藝文件、零件、工裝等，在滿足要求前提下，通過歸納、分類、整理，使其具有通用性、典型性，并形成工藝操作方法標準、工藝要素標準、工藝管理標準，為整個工藝的標準化和規范化奠定基礎。
第二，工人操作的規范化和標準化。對裝配過程的各個活動進行價值流分析，在保證質量的前提下，簡化裝配過程和內容，消除不必要的活動。對每一步裝配過程的具體操作進行規范，提升工人的效率，保證了產品質量，縮短生產周期。
第三，數據結構化。在對工藝規范化和標準化、工人操作的規范化和標準化的基礎上，以軟件為支持，實現業務數據的結構化。
第四，現場配送。在對裝配過程標準化和規范化的前提下，實行配送制度，包括零件配送、工裝配送等，并建立配送的標準和制度，保證裝配現場的活動按價值流不間斷地進行。
提升工人價值
美國一向標榜高端制造，因為高端制造的價值含量高，它把低端制造都放在人力成本較低的發展中國家，但是最近幾年，美國的低端制造有逐步回歸的趨勢，其中很重要的一個原因是美國也能給低端制造的工人更高的工資。在原來，工人要干一件活，需要自己去準備工裝工具、領材料、翻圖紙、找各種資料等，需要大量準備和等待時間；而現在，把工人像外科大夫一樣看待，將生產所需要的所有工具材料等準備好，工人只需要專注干活，因為工人的價值就在于生產，從而大大提升工人的價值。
西飛無紙化的目的就是讓工人專注于加工裝配活動。首先通過標準化和規范化，簡化了工人工作內容，消除了大量無價值的活動；同時通過信息化，工人不用去打印AO，不用在文件簽字，不用去領料、準備工裝，避免缺料造成的等待等。工人上班后打開電腦，就明確了當天任務，以及需要加工零件的工藝文件，加工完成后刷工牌卡可以自動采集信息。無紙化通過大量各種方式和手段，大大提升了工人的價值。
結束語
西飛的無紙化模式首先在波音737-700轉包任務上運行，取得了很好的效果，后推廣至所有的轉包生產，目前無紙化模式更是被推廣到西飛其他型號、西飛國際天津分公司，可以說無紙化取得了很大的成果，成功地解決了傳統MES中的數據不完整、不準確、信息孤島、現場數據采集難等很多問題，為企業的信息化整體發展做了重大貢獻。
但是應該看到，無紙化只是MES發展中的一個過程、一個階段，在三維技術越來越成熟的情況下，基于MBD的數字化MES不僅是西飛最終所要追求的目標，也是以軍工行業為代表的制造業發展的方向。無紙化模式的成功運用為數字化MES打好了一個堅實基礎。
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