“航空制造企業的質量體系相同，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，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。數字化產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制造難題。
長空機械是以精密機械加工為主體、技工貿相結合的國有大型企業，以高精尖技術為基礎，在精密機械加工以及液壓動力源調整裝置方面位于國內領先地位。如中航工業的眾多上級單位和兄弟企業一樣，致力于航空事業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
在長空機械發展過程中，一向很重視企業信息化的建設工作，CAD/CAPP/CAM/PDM等軟件的應用，為企業研發建立了產品數據和研發業務管理的平臺。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務模式。事實上也的確如此，作為軍工企業，長空機械自身業務的流程性和邏輯性非常強，加上不可抗拒的突發情況和特殊流程，僅僅通過一套軟件系統來改進當下的業務難題，是非常復雜的。
工藝系統如何搭建？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務的企業，工藝系統在設計和制造這兩大業務中擔負著起承轉合的作用。在長空機械發展的40年時間里，已經積累了大量的工藝經驗，并通過CAPP系統的應用提升了工藝規劃的工作效率。
出于長遠考慮，長空機械越來越意識到二維CAPP系統只能解決二維工藝規程的卡片編制，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系統也存在著與PDM兼容的問題，無法直接利用PDM系統中的設計BOM形成結構化工藝。
繼續使用CAPP系統的優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場工人的習慣。如果推倒重建，就要廢掉此前已經固化的工藝知識，新系統的難度和風險不言而喻。
制造執行系統是緩是急？
對于制造執行系統，長空機械也有類似的顧慮。吳松回憶說，在普遍認為制造執行系統是一個實施難度非常大的系統之余，長空機械參與信息化規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過程，包括質量、人員、操作、檢驗等，這無疑對操作人員提出了很高的要求，如何確保數據準確性成為生產現場的一大挑戰。在人工模式下，生產過程信息的及時反饋、生產數據的報表統計分析、產品質量和批號的快速追蹤等等都成為制約長空機械制造端業務發展的瓶頸。
反對上MES系統的觀點也不無道理，如果說推倒CAPP重建三維工藝系統面向的是素質較高的工藝員，那么急著上MES就要牽扯到現場一線工人，在長空機械這種傳統國企中讓一線工人在軟件系統上工作，難度不能忽視。同時，長空機械的業務特點也決定了MES的實施難度，作為軍工企業，長空機械產品的制造環節不得不納入質量體系，一旦MES系統提上議程，對長空機械來說將要跨出很大的一步。
工裝系統？是封閉獨立or開放集成
長空機械有專門生產工裝設備的車間，所謂信息化建設牽一發動全身，工藝系統和制造執行系統的何去何從，自然牽連到工裝管理系統。
吳松介紹，長空機械產品制造過程中所使用工裝設備涉及業務范圍遠比生產產品本身所涉及的業務范圍寬泛，如工裝要在企業內經過訂單、采購、設計、工藝、計劃、生產準備、生產制造、借出借入、維護檢驗等環節。而這一系列的業務是跨部門完成的，需要多個部門進行緊密的鏈接和協作。
那么，究竟是將工裝系統建設成封閉獨立的一個系統，還是采取集成的方式貫通在相關的業務系統中？成為長空機械爭論許久的難題。
在這一節骨眼上，長空機械請來了為他們實施CAD和PDM系統的通力公司，經過深入交流，通力公司介紹了波音“建立單一產品數據源”的應用，引起了長空機械的興趣，也進一步引出了數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，協助長空機械在企業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作為產品研發管理平臺，管理大量的產品設計數據；使用NX作為CAD/CAM工具，對產品研發流程、圖文檔、BOM都進行了有效管理；在工藝部門實施了CAPP系統管理產品工藝規劃。
初具雛形的研發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務現狀的分析，并結合長期致力于制造行業的最佳實踐，通力找到了問題的結癥：建立單一的產品數據源。具體到軟件系統，首當其沖的是二維CAPP系統存在著兼容問題和擴展缺陷，無法直接利用PDM系統的設計BOM，也無法實現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行系統、工裝系統等多個系統的實施。
圖1 實現單一的三維產品數據源
實現單一的產品數據源是制造企業信息化長期的發展方向，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）技術的數字化技術。它能夠實現產品定義的三維模型表示，產品的所有相關信息都能關聯到產品模型中，同時能夠對數據進行集成管理。采用全三維基于特征的產品表述方法，建立一個具有完整信息（三維尺寸標注及各種產品結構信息等）的三維數字模型，從而取消二維工程圖，保證設計數據的唯一性。設計模型不僅描述設計幾何信息而且定義了三維產品制造信息（如材料消耗等）和非幾何的管理信息（如產品結構、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的集成而保持有效的連接，即解決唯一數據源問題。
長空機械設計所在產品研發端正朝著這一方向努力，而如何將這一愿景延伸至生產制造端，給通力即將為其打造的數字化制造平臺提出了挑戰。
與長空機械達成共識之后，通力為長空機械的數字化制造平臺設定了這樣的目標：“建立單一的產品數據源、縮短制造周期時間、降低或消除資料查詢時間、減少在制品、改善產品質量、全面的工裝管理”。
集成的TCM+MES+TEM數字化制造平臺
借助世界先進的工業軟件Teamcenter和Camstar的組合，以及二者強大的定制功能和二次開發能力，長空機械結合現有的信息化系統，實現了工藝、制造和工裝的管理。
圖2 數字化產品制造平臺總體流程圖
如此一來，長空機械的數字化制造平臺含蓋了工藝規劃管理系統(TCM)、生產執行系統(MES)和工裝管理系統(TEM)三個部分。通過TCM系統建立三維的、結構化的工藝；通過實施MES系統監控車間的生產執行過程，并在MES系統中納入航空企業質量體系；在TCM和MES兩個系統上，進行專項客戶化開發，實施TEM系統，實現專用工裝的設計、工藝規劃管理，以及工裝的出入庫、借用、報廢等管理。
吳松用一組時間和數據概括了這一項目的成果和價值：從2011年6月項目啟動以來，項目業務調研用了3個月時間、軟件的開發定制也用了3個月時間，但MES系統的試運行就用了近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系統提出的491項問題和改善意見進行了定制開發。而TCM系統功能的客戶化和二次開發達到210項，TEM系統則是279項。
圖3 數字化產品制造平臺總體體系結構
通力公司具備多年的數字化制造項目實施經驗，在長空機械數字化產品制造平臺的建設過程中，一方面依托國外成熟軟件產品，另一方面結合通力公司的實施項目經驗和行業實踐進行開發和集成。目前，數字化產品制造平臺已基本形成：
工藝規劃管理系統(TCM)：TCM系統基于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劃，系統有效的管理工藝BOM、工藝/工序/工步數據、工裝設備等生產資源數據。借助TCM系統，長空機械的制造過程已基本實現工藝BOM管理、工藝分工、材料定額、三維數字化裝配、零件工藝、CAM數據管理、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、審批發放流程、可視化和權限管理等主要業務。
生產執行系統(MES)：基于Camstar Manufacturing的MES系統，對長空機械工廠中所從事的制造活動進行管理、監控，并實現同步運轉，同時將它們實時集成到核心業務流程中，以實現企業級的精益制造管理�；诘腗ES系統，長空機械實現了系統內外的派工管理、在制品管理、產品加工物料跟蹤、產品信息的追溯、設備狀態管理、車間生產相關資源的管理、數據統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，二次開發內容包括功能開發、集成接口、在制品出入庫管理、各類生產報表和看板等。
工裝管理系統(TEM)：基于TEM系統，長空機械能夠實現全面的工裝管理。首先，實現工裝設計及工藝管理，基于Teamcenter平臺實現工裝申請、工裝任務分配、工裝設計、工裝工藝規劃、工裝審簽、工裝更改、工時記錄等；其次，實現工裝庫管理：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，記錄工裝的出入庫時間和次數，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數字化制造平臺，吳松認為：將軍工行業的質量體系納入進來，是長空機械整個數字化制造項目最大的難點，實施難度增加了數倍，但正是克服這一難題，也成為整個數字化制造項目的亮點。吳松說，“作為軍工企業，我們廠生產數據的準確性和可追溯性要求非常高，哪里出現參差品、差品或是廢品？如何出現的？由誰確認的？何種原因？有無相關單據和計量結果？都需要在系統中追溯出來，這些信息和數字化制造系統分不開。”
2012年，為打造成質量效益型企業，長空機械開展了一系列獨具特色的“質量效益記心中、迸發激情立新功”主題活動。這與長空機械數字化平臺試運行的時間不謀而合，也正是在集成的TCM+MES+TEM數字化制造平臺下，長空機械對生產制造環節產品質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系統和TEM系統已完成驗收、TCM系統正處于試運行階段，吳松對這一平臺在航空企業的推廣前景也表示看好：“航空制造企業的質量體系相同，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制造業務流程再造的可復制性，而并非整個數字化制造系統的生搬硬套。在制造業信息化領域，通力具備多年的整體解決方案咨詢和實施服務經驗，為長空機械打造的數字化制造平臺，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系統如今只保留了10%左右的基本功能，其他90%的功能都是依據航空質量體系定制開發的，這樣一個系統，包含了大量的技術底蘊，已經融入了航空制造企業的最佳實踐。正是如此大量的定制和二次開發，長空機械的TCM+MES+TEM系統成為具備航空制造企業特點的數字化產品制造平臺。
推進MBD全三維數據模型，貫通產品核心業務鏈
通過TCM+MES+TEM系統的實施，長空機械試點的兩個車間，已基本實現了產品制造過程基于統一的數據源，實現結構化工藝、數字化工藝驗證、全面工裝管理、對車間生產任務的派工管理、對在制品的狀態監控、制程跟蹤、對設備能力和利用率的有效分析和負載平衡、對車間資源進行優化配置建立透明、高效的產品制造過程管理。
長空機械下一步的信息化規劃，則主要有兩大發展方向：其一、全面推進MBD全三維數據模型，從研發設計端延伸到生產制造端。其二、深化PDM/TCM/MES/TEM四大系統的應用，加強系統內部集成。同時，實現和ERP的集成，貫通產品核心業務鏈。
吳松說，“我們希望借助MBD全三維數據模型，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控加工，加工完之后實現實物三坐標的三維測量。目前，我們的部分零部件已經走通了這套流程，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品戰略方向。”
長空機械幾大信息系統之間的集成，涉及到TCM與PDM系統集成、TCM與ERP系統集成、TCM與DNC系統集成、MES與TCM系統集成、MES與ERP系統集成、MES與DNC系統集成等多個集成關系。既要保證各個系統都有各自需要的數據信息，既要保證數據來源的惟一性，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系統之間要完成雙向數據的傳遞，以保證工藝員進行工藝規劃時獲得制造過程中可用的制造資源，生產計劃人員可以獲得詳細的制造工藝過程，以便安排生產計劃。通力公司在各個系統的實施過程中，采用了統一的數據模型和信息接口，為未來系統大集成提供了良好的基礎。
圖4 系統集成關系
吳松認為：以長空機械的業務模式來說，ERP系統猶如企業的屋頂，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，我們的系統之間實現了一定的集成，但深度還不夠，距離貫通產品核心業務鏈還有一段路要走，這是我們未來信息化的一個發展方向。
后記
長空機械非常重視企業信息化建設工作，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，這為數字化產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，均可實現三維自動測量，在生產上引進的現代化數控加工設備和先進制造技術，組建了高水平的數控車間。借用吳松的一句話：有了這些前提，長空機械的數字化產品制造平臺的搭建也就時不我待、水到渠成了。
除了數字化產品制造平臺的建設，通力公司還為長空機械完善了硬件網絡配置和系統架構部署，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信息化領域多年的咨詢服務能力和實施經驗，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范，平穩的完成向數字化制造的過渡。
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