刘光林，钟柳花，李鹏传，王晓虎，侯力
基于“互联网+”的航空中小型零件生产管理系统研究
刘光林1，钟柳花1，李鹏传1，王晓虎1，侯力2
（1.成都航利航空科技有限责任公司，四川 成都 611936；2.四川大学 机械工程学院，四川 成都 610065）
针对国内某航空中小型零件生产企业的信息管理方式存在产品生产线信息反馈效率低、设备与人员准备计划和生产计划匹配率低、产品生产效率低等问题，开发了一套基于“互联网+”的生产管理系统。以产品主要生命周期流程为基础，结合产品设计、生产效率制约因素，进行了系统功能需求分析。提出了一种基于“互联网+”的航空中小型零件信息化模式。构建了基于“互联网+”的航空中小型零件信息化架构模型。在此基础上，进行了系统功能模块的设计和软件系统开发。最后给出了信息管理系统在产品信息化生产流程管理中的应用案例。系统的实现与应用可以提高航空中小型零件生产过程中的信息反馈效率和管理效率，从而提高企业生产效率，并进一步降低生产成本。
航空中小型零件；信息管理系统；架构模型
航空中小型零件结构较为复杂，生产精度要求高，且生产多采用单件小批量的模式，导致某航空中小型零件生产企业传统的生产信息管理呈现出标准流程长且复杂、产品流程难以统一标准、跨部门流程多、数字化与信息化程度低和人员时间浪费大等特点，使得企业信息反馈效率低、设备与人员利用率低，严重影响企业生产效率，增加了生产成本。因此，亟需开发一套能够实现产品生产过程可监控、设备使用信息与人员工作状态等实时反馈且具备良好交互特性的生产信息管理系统，以提高产品生产过程中信息反馈效率，提高设备与人员的使用率，提高企业的生产效率和降低加工成本。
“互联网+”是利用信息通信技术、互联网技术、移动互联网技术等，让互联网与传统行业进行深度融合，充分发挥互联网在资源配置和集成中的优化作用。在“互联网+”环境下，产品的订购、设计、加工、检测和服务等信息能够实现实时汇总、流动、分析、优化和交互，为产品生命周期内信息的管理和生产资源的合理配置带来了极大的便利，适用于未来小批量、单件化、定制化和分散化的产品制造模式，而这与航空中小零部件的生产模式十分契合。在“互联网+”环境下，互联网、移动互联网和物联网技术将逐渐应用到工业生产的各个环节，通过已有数据改进生产工艺和生产方式，利用互联网平台让互联网与传统制造业进行深度融合，实现个性化、柔性化和高效率生产。
目前“互联网+”在生产管理中已有广泛应用。段伟拯[1]对“互联网+”下的汽车供应链进行了研究，分析了转型升级的作用和面临的问题；赵炯[2]设计了基于Android的工业设备远程监控系统，实现了清晰的层次划分和系统解耦，并对其进行了测试；彭鑫[3]针对指数据采集与过程控制的专用软件，提出了一种能够兼容传统工业控制监控软件结构的解决方案，采用Android NDK开发和JNI混合调用的方式，实现了设计的监控软件系统，并对其进行了应用测试；厉天数[4]等运用互联网和移动互联网技术，介绍了安全质量可视化管理APP的实际应用情况，并分析了其实际应用效果；郭娜[5]基于航空制造企业工装图纸等的管理难题，采用基于Android平台的智能手持终端对工装设计图纸实现了了高效率管理；李欣然[6]基于煤矿生产现场的环境特点，采用NFC作为系统基础技术，开发了基于Android的煤矿生产现场APP信息化软件，并在生产现场对该软件进行了测试使用；张刚和顾寄南[7]进行了面向手持移动设备终端的网络化制造平台集成框架研究，采用Agent和Web Services技术，实现了手持移动设备终端通和网络化制造系统之间的动态集成；户伟利[8]研究了Android 工业现场数据发送与接收平台的主要功能模块并进行了一一实现，并在模拟条件下测试了软件；鲍蕾蕾[9]研究了一种基于无线传感网络技术和Android技术的数据管理系统，其系统可以实现环境数据采集、基于Android终端的数据管理。
本文从分析某航空中小型零件生产管理的需求和存在的问题出发，结合前人在面向基于“互联网+”的产品生产信息管理系统研究的基础之上，开发了一套基于“互联网+”的生产信息管理系统。首先，提出了基于“互联网+”的航空中小型零件信息化具体模式，设计了基于“互联网+”的航空中小型零件信息化架构模型，主要包括基础设施层、数据层、业务逻辑层和应用表示层。而后，对航空中小型零件生产信息管理系统进行功能模块划分，主要包括用户管理模块、项目管理模块、制造技术管理模块、质量检查模块和物流管理模块。最后，基于系统功能模块进行了软件系统开发，并给出生产信息管理系统在智能移动端应用案例。
1 航空中小型零件生产信息化需求分析
1.1 航空中小型零件产品的主要生命周期流程
对于航空中小型零件来说，产品的跟踪是整个管理过程的核心任务之一，其流程如图1所示。主要业务流程如下：
（1）部门与客户签订订单协议后，将订单与相关资料转移到项目管理部门。项目管理部门根据订单类型为项目分配编号作为订单产品全生命周期的唯一识别代码，可通过系统生成相关的数据并通知相关部门。各相关部门的管理部门根据自身的人员工作排程和生产设备使用排程制定安排项目参与人员和生产设备。
（2）对于成熟的产品，项目管理部门直接下发图纸到生产管理部门、下发物料清单到物料管理部门；对于需要进行设计的产品，则将客户提供的相关资料图纸等发送到设计部门。对于新开发的产品，由技术人员设计产品图纸后，经相关负责人审定，下发至工艺设计部门。
（3）工艺设计部门编制工艺卡，生成生产工艺卡和物料清单，将工艺卡传递给生产管理部门，将物料清单传递给物料管理部门。
（4）生产管理部门根据车间设备情况、订单情况等，制定出生产计划和设备、人员分配表。将物料需求时间发送给物料管理部门，物料管理部门按时准备好各批次产品的物料。
（5）生产车间根据生产管理部门的生产调度进行相关产品的生产，及时将产品生产情况反馈到信息化管理网络系统，并按照每一个生产工件编号进行管理，保证产品质量可追溯到单个的产品。
（6）质检部门对生产的产品进行检测，将每一个产品的质量检测数据按照产品编号进行组织，对于合格产品制作质量证明书，并转入仓储和运输环节。
图1 航空中小型零件主要生命周期业务流程
1.2 航空中小型零件的设计、生产效率制约因素分析
对于航空中小型零件来说，产品的设计和生产效率是整个产品主要生命周期的核心，如1.1节中（2）～（6）所示，其效率将直接影响企业的经济效益。在上述的产品整个生命管理周期中，已有部分环节实现了数字化管理，但是贯穿整个设计、生产环节的信息化管理依然是整个业务流程中的效率谷地，制约着设计、生产效率的提高。其部分制约因素分析如下：
（1）在发生设计变更或生产变更时，信息反馈速度和准确度将严重影响生产效率和资源利用率，迟缓的信息反馈可能造成巨大的资源浪费。
（2）生产进度、生产工作量等的反馈手段落后。现阶段产品生产企业普遍采用指定时间、地点统计的生产进度、生产工作量统计汇报方式，导致生产进度、生产工作量汇报不及时，且将生产人员的时间大量浪费在汇报工作上。
1.3 航空中小型零件生产信息化一般性功能需求分析
基于“互联网+”的航空中小型零件生产信息化的主要目的是采用基于“互联网+”的各种技术手段，提高产品在设计、生产、质检阶段的信息化水平，力求克服产品在设计和生产阶段的效率制约。为了给员工用户提供良好的生产体验，在进行信息化生产系统架构研究前，需要对面向用户对象的功能需求进行分析，同时，这些面向用户的功能也需要各种底层的功能对其进行支撑。
如图2所示，整个信息化生产系统从使用需求上分成了五大部分：
（1）项目进度安排与过程分解。该功能主要是对项目进度进行适当粒度的划分并给出时间节点，为适应产品生产在现实中的组织模式，需要在不同的管理层面上进行不同粒度的划分，同时实现对项目进度的跟踪管理。
（2）项目组成员及成员职责分配。对项目组的人员进行配置，配置后人员便进入了流程表单中，能通过流程管理对项目组成员和产品的完工情况等进行及时跟踪。
（3）产品设计过程跟踪管理。完成设计人员的分工，设计进度和审批进度的跟踪，工艺信息卡片的录入、查看、审批等。
（4）产品生产过程跟踪管理。对制造过程中的各个环节进行跟踪管理、跟踪汇报、工艺查看等，以减少信息不对称带来的人员资源和其他资源的浪费。
（5）产品质检过程管理。对质检中的各个环节进行跟踪管理、跟踪汇报以及与生产部门之间的实时互动交流，能在录入相关质量检查数据的基础上生成质量证明书等。
图2 航空中小型零件生产信息化管理的功能需求分析
2 航空中小型零件生产信息化架构模型
2.1 基于“互联网+”的航空中小型零件信息化模式
互联网和移动互联网的融合为航空中小型零件生产流程管理的信息化带来了新的契机。截止2017年，智能手机用户规模已达到6.55亿人，企业员工一般均拥有并能熟练使用智能手机。智能手机可以十分方便地通过互联网或移动互联网与外界取得联系，智能应用APP技术的发展也日新月异，这就使管理信息化的部分难题可能在“互联网+”环境下得到较好的解决。例如：①应用智能手机实现远程信息汇报；②应用智能手机实现远程表单审批；③应用智能手机实现远程工艺卡片查看。
“互联网+”模式的出现，可以推动航空中小型零件信息化的发展。但基于“互联网+”的产品生产模式并不是要直接实现信息化过程中的所有步骤和所有方面，而是在现有的技术条件下，通过“互联网+”模式对产品信息化的各方面进行适当的改进升级以提高信息化程度、提高生产效率。本文提出的模式如图3所示。
图3 基于“互联网+”的航空中小型零件信息化具体模式
如图3所示，通过移动互联网和传统互联网手段的综合运用，将产品生产现场、企业外出人员和企业管理、设计人员从空间隔离上解放了出来，拉近了企业人员之间的“距离”。产品生产现场人员可以通过智能移动手机终端方便地与其他人员进行技术和生产交流，解决企业人员分散的问题。
2.2 基于“互联网+”的航空中小型零件信息化生产架构模型
基于“互联网+”的航空中小型零件信息化模式在航空中小型零件制造的具体实施中，需要对其总体架构模型进行详细的设计和研究，以指导整个航空中小型零件信息化的构建实践过程。在搭建体系时，需要充分考虑系统的实际需求和可能出现的潜在需求。因此，必须使整个系统的各子系统和各功能组件模块之间处于松耦合的状态。本文提出的架构模型如图4所示，划分为四层：基础设施层、数据层、业务逻辑层和应用表示层。
（1）基础设施层。主要是指实现信息化生产的基础硬件设施。航空中小型零件设备数字化信息化程度较低，所以在信息化生产建设中基本可不考虑相关生产设备的信息化（制造设备信息化改造成本过高）。
图4 基于“互联网+”的航空中小型零件信息化架构模型
（2）数据层。主要包含了信息化生产流程驱动中的各项数据。
（3）业务逻辑层。主要用于完成信息化生产过程中的各种业务逻辑，信息化铸造实施过程中的核心技术是基于工作流引擎的工作流管理技术。
（4）应用表示层。主要是面向人的使用。航空中小型零件生产信息化过程当中，涉及的信息使用部门较多、人员构成及业务流程复杂。按使用设备分，应用层主要要面向两种用户：电脑终端用户和移动手机端用户；按职责划分，应用层的用户又可划分为：具有管理职责的员工用户和一般员工用户；按所在部门划分，应用层用户可划分为：管理部门用户、设计部门用户、生产部门用户、质检部门用户等。
本文主要应用的是单案例研究方式，以腾讯为例，针对人力资源管理领域的教授与管理者、博士研究生和硕士研究生进行了调查研究，并在此基础上进行数据收集。
3 航空中小型零件信息管理系统实现
3.1 模块功能设计
一个完整的软件系统一般需要分为多个子系统，而子系统又由更小的功能模块组成。模块之间要尽可能的独立，减小系统的耦合性，有利于整个系统的开发、调试、部署和扩展。在该项目的实施中，在现有SAP（思爱普）系统基本实现基于电脑终端的信息管理的基础之上，在移动手机终端要基本实现查看、浏览、上传和审批功能，将信息化的界限从传统的办公室拓展延伸到生产现场。
根据该航空中小型零件信息化管理系统的要求，如图5所示，将信息化系统主要分为五个主要模块，分别为用户管理模块、项目管理模块、制造技术管理模块、质量检查模块和物流管理模块。
图5 航空中小型零件生产信息管理系统功能模块
（1）用户管理模块
主要实现功能：①部门信息管理以及部门人员信息管理，查看、维护各部门的人员基本信息等，添加各部门管理信息以及人员基本信息；②系统权限管理，用于设置各部门相关人员相应查阅使用数据的权限。
用户管理模块的使用群体主要为两大类：企业内部工作人员与企业客户。为避免企业保密信息泄露，需对不同角色、用户进行权限管理。常用权限管理技术有：自动访问控制DAC（Discretionary Control）、强制访问控制MAC（Mandatory Access Control）和基于角色的访问控制RBAC（Role Based Access Control）[10]。
本项目信息管理系统采用RBAC96的权限管理方法。RBAC的核心是于用户集和权限集之间添加“中间集”，即角色集，使用“中间集”将用户集与权限集解耦，从而降低分配权限的工作量[11]。RBAC具有与策略无关、自我管理的能力，在按组织进行安全策划时更为方便。RBAC96[12]是Sanhu等人在RBAC的基础上进行改善的模型，添加了角色层次关系，使得不同角色之间可以继承或排斥，如图6所示。
（2）项目管理模块
主要是用来管理零件生产流程。中小型航空零件种类众多，系统中涵盖了多种资源信息。在信息管理系统整合之前，企业各部门之间由于缺乏统一的管理平台，对于同一种资源采用的编码规则都会有所不同，各类资源编码反应的信息也存在差异，从而造成了编码的混乱[13]。通过结合生产线实际情况和企业管理现状，对项目编码提出了便于记忆的统一编码结构，如图7所示。
根据零件部件归属、零件名称、零件特征（尺寸、工艺、产量）、更新改良代数设置相关编码，从而建立数字信息库。用户可通过编码查询相关项目进度状态、审核签批相关项目、监督管理项目进展程度、对进度不足的项目部门进行催促等。
图6 RBAC96的基本模型示意图
图7 项目编码结构
含有设计技术模块、加工工艺模块、产品维修技术模块三个子模块。其主要功能是：①分别对设计、加工工艺、产品维修三部分建立技术信息库，以便后期遇到类似产品加工、维修或类似问题处理时有技术支撑借鉴；②查阅、修改、增加、删减相关制造技术；③建立技术标准，统一生产、维修等标准，以避免标准不同导致质量不一。
（4）质量检测模块
主要功能为查询、建立、修改、添加质量检测标准，保证产品的质量在相邻误差内。
（5）物流管理模块
主要功能有：①采购模块，物资采购可在此查询、添加、更改、取消；②库存模块。原材料等的库存是保证机加工行业连续生产的基础，因此必须获知必要的存库信息。物资库存信息可查询现有物资类型及库存数量、储存位置信息、使用状态信息等。
（6）独立分析模块
该模块是为管理层人员获得及时、有效的信息而独立设计。此模块根据不同部门管理人员权限需求可自动筛选整理分析所需信息，并个性化生成可视化简洁图文表等格式。使管理者以更高效的方式吸收信息，从而快速进行工作部署。流程如图8所示。
图8 独立分析模块使用流程
3.2 开发与使用环境
根据信息管理系统各模块功能，进行软件模块化设计和封装，完成航空中小型零件信息管理系统的搭建。信息管理操作系统开发环境为Windows 7，编程开发环境为Android Studio 2.0，后台数据库为SQL Server 2008 Express，使用环境为Android及以上操作系统。
3.3 应用实例
在使用智能移动端进行生产流程管理时，由于流程应用的多样性，提供了通用流程和专用特定流程这两种应用模式，如图9、图10所示。在图9示例中，可通过创建工作联系单的形式来实现信息的沟通和管理。专用特定流程主要用于一些固定的流程操作，通过制定专用流程模板完成。
图9 通用流程的创建与填写
图10 专用特定流程的创建与选择
通过通用和专用特定流程的相互配合，可以完成该单位的大部分管理需求。对于还没有对应模板的特定部门的特殊要求，可暂时采用通用模板或使用开发工具制作专用流程模板。
如图11所示，在进行通用流程创建方法创建相应的工作联系单后，工作联系单将根据填写信息按照既定流程进行流转。相应操作步骤的对应人员将在“待办事项”中看到自己需要完成的相应工作内容；而已完成处理的各项工作任务则会出现在“已办事项”中，以便查询。
图11 流程跟踪与应用示例
如图12所示，群组交流功能可用于设计、制造、质检等各阶段的内部相关人员之间的沟通。在沟通过程中，可以传输文件、图片、文档等多种形式的信息，该功能将使单位人员的工作空间不再受到地理位置的局限。同时，由于该手机应用程序为自主研发，其权限控制、数据加密可以得到有效保障，因此其数据安全风险较其他商业通用软件将大幅降低。
图12 群组交流功能
实施本项目后，在相应系统中完成产品工艺图纸、工艺卡片的制作，并进行上传审批操作。在远程智能手机端需要对工艺卡片等信息进行读取查看时，系统后台将读取相应系统的数据库数据并将其按照既定的模板转换压缩为JPEG图片格式，并发送给使用人员。该远程功能可以使现场操作人员随时查看获取到相关的工艺文件。通过群组功能，可以及时有效地与相关项目组人员进行沟通交流；同时结合图9～图11所示的流程管理功能，可以规范航空中小型零件生产的管理过程，避免管理沟通上的混乱，并有据可查。
4 结论
（1）研究了某航空中小型零件生产企业信息化生产在设计、生产效率方面的制约因素，并在此基础上提出了航空中小型零件生产信息化的一般功能性需求；
（2）根据某航空中小型零件生产信息化的一般功能性需求和“互联网+”的航空中小型零件信息化模式，提出了一种基于“互联网+”的航空中小型零件信息化生产架构模型，该架构模型具有模块间高度解耦的特点，为航空中小型零件基于“互联网+”的生产模式的具体实施提供了理论指导；
（3）在分析实施单位的信息化现状和使用需求的基础上，对该实施单位的基于智能移动终端的工艺实施过程信息化软件系统进行了详细的模块功能设计，进行了信息管理软件的设计，给出了信息管理软件在移动终端应用案例。
本文所述基于“互联网+”的航空中小型零件生产管理系统的成功应用，使得生产信息能够及时、有序和有效地反馈给企业客户、管理人员、设计人员和现场工人，可大幅度提高项目管理效率，并进一步实现协同设计、协调创新、协同制造、协同商务，能有效促进企业信息化集成和融合创新。项目的实施也将为其他单件小批量生产模式企业的生产信息管理提供参考。
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Research on Production Management System of Small and Medium-Sized Aviation Parts Based on "Internet+"
LIU Guanglin1，ZHONG Liuhua1，LI Pengchuan1，WANG Xiaohu1，HOU Li2
(1.Chengdu Holy Aviation Science & Technology Co. Ltd, Chengdu 611936,China;2.School of Mechanical Engineering,Sichuan University, Chengdu 610065,China)
A production management system based on "Internet +" was developed to solve the problems of low information feedback efficiency, low matching rate of equipment and personnel preparation plan and production plan, and low production efficiency in the information management mode of a small and medium-sized aviation parts manufacturer in China. Based on the main product life cycle process, and combined product design with production efficiency constraints, the system functional requirements are analyzed. This paper presents an information mode of small and medium-sized aviation parts and construct an information architecture model based on "Internet +". On this basis, the system function module design and software system development are carried out. Finally, the application case of the information management system in the process management of product information is presented. The realization and application of the system can improve the information feedback efficiency and management efficiency in the production process of small and medium-sized aviation parts, so as to improve the production efficiency of enterprises and further reduce the production cost.
aviation small and medium-sized parts；information management system；architectural model；production；demand analysis
TP339
A
10.3969/j.issn.1006-0316.2021.03.010
1006－0316 (2021) 03－0059－09
2020－10－14
四川省科技厅资助项目：航空发动机燃油喷嘴智能制造系统关键技术研究（2018GZ0117）
刘光林（1970－），男，土家族，重庆人，经济师，主要研究方向为航空零备件研制，E-mail:liuguanglin@sccdholy.com；侯力（1956－），男，四川雅安人，博士，教授，主要研究方向为航空宇航机械设计及理论。
