摘要：复材制造属于典型的多品种、小批量模式。在实际的生产过程中也多存在急件插入、优先级调整等随机事件。这些因素的存在导致复材制造的生产计划更改率过高、执行情况追踪复杂、对生产的指导意义大于管控意义。为了解决这些问题，以某航空复材制造单位生产管理部门批产产品的整体流程为研究对象，针对典型的制造流程，研究并开发了一套信息化管理系统。该系统以与MES、LIMS、MDC等系统的集成为基础，涵盖了任务创建、计划下达、计划反馈、运行监控及产品交付过程，实现了任务的自动下发、数据的自动采集分析，为相关管理人员提供统一的产品交付运行管控与生产过程信息采集平台。系统应用后，该单位实现了全年全批量产品的信息化计划管控，实现了实时的计划数据的自动多维度分析及可视化展示，提升了整体交付进度。研究成果形成了航空复材生产计划管控模式、整体解决方案以及配套的软件产品，在航空行业内部具有极强的推广意义。

　　关键词：复材制造；信息化管理；计划管控；解决方案

　　0引言

　　复合材料是由两种或者两种以上不一样性质的材料通过物理或者化学方法合成的具有新性能的材料[1]。它既可以继承原有组成材料的主要性能，又能经过材料设计使各部分的性能相互补充且相互协同与联系，从而就可以获得原材料完全无法比拟的优越性能[1-3]。航空复合材料则是以有机高分子材料为基体，碳纤维和玻璃纤维等连续纤维为增强材料，通过复合工艺制备而成[4]。航空复合材料具有强度和模量高、耐疲劳性能和耐腐蚀性能好、密度小和性能可设计等优点[4-5]。高性能的航空复合材料是轻质高效结构设计的最理想材料，已经超过铝合金，成为民用飞机最重要的一类结构功能一体化材料[6]。

　　某航空单位作为国内重要的从事复合材料原材料（高性能树脂及预浸料、蜂窝及芯材）、复合材料构件研制、生产、销售和服务的单位，是我国航空复合材料研发工程化的核心力量[7]，起着引领我国航空复合材料技术未来发展的重要作用。在重要型号配套过程中，也发挥着重大作用。型号任务的增加、人员的增长，对原有的管理模式、生产体系、支撑环境、设备资源等环节提出了更快速、更高效、更智能的要求。数字中国、数智航空[8]等目标的落地更是对该单位流程管理方法、生产管控手段、数据治理工具、智能制造思想等方面提出了新的迫切的要求。

　　该单位的生产管理部门在具体的管理过程中，缺乏直接的工具可以实时获取现场的生产进度及情况，掌握的数据存在滞后性、准确性不高等问题；生产计划的下达及生产现场信息的反馈还比较多的采用办公软件，信息化程度不高，数据治理比较困难；对生产的管理数据分析主要利用相关的办公软件，需要耗费大量的人力和时间，数据分析的多样性、灵活性、美观性、实时性不高。

　　同时，产品用户在智能制造的全域对供应链提出了信息化、数字化、云化[9]的要求，在生产过程的智能化管控、产品最终的数字化交付[10]等方面也提出了更为严格的标准。原有的系统由于采用的是10年前的技术体系，与当前基于互联网架构的技术体系不同，不容易满足上云、集成的要求。

　　因此，需要在集成原有系统及资源的基础上，采用新的技术体系和框架，重新设计满足现有流程的信息化管控软件及开展相应的功能建设，实现整个计划管控流程的自动化、信息化、及时化、精准化。

　　1系统架构

　　系统的主要使用场景包括复材制造的整体生产流程、整体计划管控、整体产品交付；核心关注点在于计划的自动生成、自动下达、自动反馈、自动统计；同时系统的基座在于集成：与具体承制单位MES系统的集成获取生产实时数据，与LIMS系统的集成获取检验检测数据，与MDC系统的集成获取设备的实时运行数据等等。这些需求对软件系统的设计就提出了比较高的要求，首先要保证通用性，其次需要便于后续多次实施。设计架构总原则是在典型工艺特征提炼基础上，形成方法统一、设计灵活、特色鲜明的架构体系[11]。经过比较，整个技术确定的是“平台+App”的模式。

　　1.1业务流程

　　针对批量交付产品，客户在年末将下一年度订单确认并形成正式合同订单。由生产主管部门牵头确认实际交付数量和交付计划节点并形成年度一级交付计划，之后结合产品工艺、生产资源等情况，确定月度二级交付计划、投产计划。各个承制基层单位根据接收的一级、二级计划独立制定自己的工序级三级生产计划。三级计划形成完整的计划体系。

　　生产主管部门将一级、二级计划下达至主承制单位，主承制单位会根据自身实际产生工序级的三级计划。在三级计划的可执行性上，考虑一级计划、二级计划的合理性，并上报合理性判断以及修改意见。生产主管部门根据反馈意见修改完善相应的计划之后，最终确定可执行的一级计划、二级计划，并正式完成计划的下发。正式下发的一级计划、二级计划，作为主承制单位的生产源头依据和考核指标项目。如图1~2所示。

　　主承制单位在接收正式的一级、二级计划后，按照产品BOM结构分解、自身资源等情况，形成正式的三级计划，并横向推送给内外协作单位。

　　针对实际的生产过程，主承制单位根据实际情况，定时反馈三级计划、二级交付计划、二级投产计划信息，若反馈计划满足二级计划则可按该原有计划节点开展；否则，将二级计划反馈至生产主管部门进行统筹协调，进行二级计划的修改或重新下发，最终各承制单位按生产主管部门协调后的计划执行。

　　如果出现临时的插单或突发的任务，由生产主管部门紧急修改二级计划，根据实际情况，完成二级计划的修改、完善、重新下发。

　　一级计划、二级计划的下发，对于已经实施了MES系统的单位采用系统自动下达的模式，对于没有实施MES系统的单位采用规范化的EXCEL下发模式；二级计划的反馈，对于已经实施MES系统的单位采用系统自动反馈、自动推送模式，对于没有实施MES系统的单位采用规范化的EXCEL反馈模式。

　　1.2系统架构

　　依据该单位批产管理部门对生产相关业务的需求，同时考虑与后续新技术的衔接需要，本系统采用的是微服务技术架构。该技术架构有处于底层的数据库层、提供总体服务的微服务平台层、提供总控作用的网关层以及面向用户的应用层。其中数据库层管理所有数据的逻辑关系、实体落地，采用的是MySQL；微服务平台层提供平台基础功能；网关层对于逻辑操作进行实时通信；应用层是用户直接面向的应用，如图3所示。

　　业务系统应用也采用微服务架构，如图4所示，分为UI层、服务层、数据层[12]三层结构。UI层是功能的实现表象[13]，主要有界面设计、前后台交互等；服务层则是功能的实现层[14]，提供实现功能的底层业务微服务、关联外部系统的集成微服务、内部服务之间调用的接口服务等；而数据层则是多种核心数据的集合[15]。整个数据流动逻辑为前台UI层提供输入、输入调取服务层操作、操作直接与数据库进行交互；本系统提供集成服务，通过两者之间的接口服务调用，启动双方的服务操作；内部各微服务之间通过代理接口[16]进行服务交互。系统以3层结构的组合形式提供公共组件、专用组件。公共组件是通用组件，可以在其他系统中重复直接部署应用；专用组件则是针对具体的需求定制开发的服务集合[17]。

　　（1）UI层。主要包含生产管理系统、计划管理系统、自动排产系统、质量系统、设备维护系统等。生产管理系统的作用主要辅助完成工序级生产任务的管控，同时提供全过程的日志监控数据；计划管理系统进行整体生产计划的管控，下发生产计划、自动获取计划进程、统计分析计划执行；自动排产系统对年度级生产订单进行整体排产，形成一级生产计划；设备维护系统负责设备台账管理、设备故障维修记录、设备维护计划制定以及设备运行信息记录。

　　（2）服务层。主要囊括基本服务、运行服务、维护服务、质量服务、库房服务、计划服务等微服务结构[18]。基本服务主要侧重管理公共组件服务[19]，对员工信息、机构信息、工艺信息、单元信息等进行管理；运行服务包含公共组件服务、专业组件服务，其中计划任务、计划分解、计划生成等为公共组件，计划下发、计划反馈等为专用服务；维护服务提供设备能力管理、设备数据采集等具备公共、专用组件混合服务；质量服务作为专用组件服务，主要提供定制化的质量分析；库房服务则提供原材料库、成品库、工装库、工具库等公共组件服务；计划服务提供整个中心全年度的一二级计划自动生成服务、各个基层单位三级计划的自动生成服务。

　　（3）数据层。包含员工信息数据表、机构信息数据表、各种字典信息数据表、产品信息数据表、年度订单信息数据表、各级计划信息数据表、数据流动信息数据表等。其中存在多级父子表的情况。并且各数据表之间存在着复杂的关联，相互之间互相引用。

　　2系统功能

　　系统功能如图5所示，包含基础数据管理、生产运行监控、执行管理、计划管理、资源管理、系统平台配置等6类一级功能。每个一级功能又包含了若干二级功能APP。

　　系统通过模型化任务，实现具体任务的多层管理落地；通过二次授权，实现整体任务的授权以及任务节点明细的再授权；通过专门的界面，实现任务的生成、下达、反馈。并且实现了多类型的任务管理模式；通过专门看板，实现了各种数据的汇总统计展示。

　　整体实现了任务从开始到交付的全过程的计划管理。

　　系统的主要功能以APP的形式实现，总计约30个APP。其中基础数据管理主要解决监控任务进度需要涉及的一些基础数据的管理；计划管理主要解决生产任务的自动分解、计划的自动生成及下达、反馈，辅助主管完成中间过程进度的手工、自动填报。包括任务的分解、主管过程管理、计划下达反馈等；看板管理主要解决任务进度管控过程中需要监控的各种指标展示。系统实现了在基础信息基础上的订单录入、计划自动生成、计划自动下发、计划反馈、计划统计分析等。

　　2.1基础数据管理

　　主要完成的是计划相关联的基础数据的管理功能。主要包括机构管理、职员信息管理、项目模板定义、工作日历管理、编码规则、销售客户管理、项目节点定义、工序字典管理、项目节点行为定义、工序行为定义、设备台账、制造模板管理、供应商管理、产品BOM管理、项目任务授权管理、产品制造工艺定义等，共计16个App。部分内容如图6所示。

　　在这个模块中，具有典型性的功能主要是项目模板所定义、项目节点定义以及项目任务授权管理。

　　项目模板定义主要是对进行管理的对象进行模型化。主要分为批产、科研、专项、KPI等类别。如图7所示。

　　项目节点定义，主要包含两部分。其一是结构化项目模板。把每个类型的模板结构化为规范的数据结构。如图8所示，批产任务分解为合同签订、交付管理等若干模型。其二是二次结构化模板明细。把每条明细二次建模，形成模型化的需求。如图9所示，合同签订节点包含了若干需要填报的规范化数据。

　　项目任务授权管理，主要是针对具体的任务在一次授权的基础上，针对任务明细节点的二次授权（图10），会直接影响后续的操作界面。

　　2.2计划管理

　　计划管理主要解决生产任务的自动分解、计划的自动生成及下达、反馈，辅助主管完成中间过程进度的手工、自动填报。包括任务的分解、主管过程管理、计划下达反馈等。包括项目任务管理、项目主管工作台、承制单位生产订单、承制工作台、交付计划管理等模块，共计5个App。如图11所示。

　　这个模块是系统的核心功能模块。

　　项目任务管理主要是根据结构化的定义，建立新的模型化的任务，并进行任务的授权，实现不同人对不同任务的管控。

　　项目主管工作台（图12）是核心的功能。被授权的人员通过这个功能，可以实现管理任务的落地分解（包括任务基本信息、工序信息、各个节点信息等所属信息的自动建立）、任务计划信息的建立（从排产系统自动获取或手工录入年度计划）、工序执行情况管理（工序计划及执行情况）、交付情况管理、附属信息管理（包括外协、合同、发票等）。

　　交付计划管理，主要是根据项目主管确认的年度计划信息，自动按月生成交付计划、投产计划，并实现系统的自动下发。同时，系统支持多次计划的下发调整。如图13所示。系统会按照结构化的定义，自动把计划分类下发给任务牵头单位。

　　承制单位生产订单，主要功能是针对那些没有MES系统的部门。系统自动下达的计划会自动分为MES、非MES两类。MES类计划会通过后台集成，自动下达到MES系统中，作为其生产订单，如图14所示。显示“自动”的是系统自动派发的任务；非MES类计划，通过该功能实现计划的接收以及反馈，如图15所示。

　　承制工作台，主要功能是根据任务节点的二次授权，没有MES系统的单位，进行一级计划、二级计划反馈。实施了MES的单位，可以通过后台集成直接反馈相应计划。如图16所示，该人员只能操作两个发亮的节点信息，其他的无权访问。

　　2.3资源管理

　　主要对主材库、工装库、计量器具、设备台账、资源引用等进行管理，共计5个App。如图17所示。

　　2.4看板管理

　　主要解决的是计划执行管控过程中各种数据的统计分析及可视化展示。主要包括综合看板、计划执行看板、客户看板、供应商看板、交付配套对比看板等。

　　综合看板如图18所示，主要展示的是年度的各种指标的实现情况以及具体的底层数据支撑。系统提供了各种维度的数据对比。

　　交付配套对比看板如图19所示，主要展示的是选择的时间段内，各个承制单位的交付数据的横向对比情况。

　　2.5系统平台管理

　　系统平台管理主要提供系统运行公共组件服务。包括密码更改及绑定、界面布局调整、授权管理、日志分析等。共计4个App，如图20所示。

　　3系统应用效果分析

　　系统从2024年开始在某复材制造单位应用。完成了发动机进气道、外涵道等产品从订单到交付全过程的信息化管控。该单位在系统的辅助下，实现了基于工业互联网平台的计划管控；形成了适合复材制造模式的计划管控业务模式以及相应的软件支撑工具；实现了计划系统与MES系统的双向集成，形成了计划信息流的通路；实现了计划数据的实时统计、实时分析、实时决策。同时，从计划、排产、过程管控、设备采集到综合看板的全过程集成贯通，也形成了企业制造智能（EMI）的初步模型[20]。

　　该系统采用App+形式，由基本数据管理、运行监控管理、执行管理、计划管理、平台管理等若干个功能App构成，后台采用MySQL数据库。采用了如图21所示的密码、刷卡两种登录方式，系统的主界面如图22所示，由不同的APP组成，代表不同的业务功能，点开后，出现不同的操作界面。

　　在实施的过程中，首先定义了需要管理的产品的基本零件工艺定义，在此基础上完成了PBOM的定义，实现了负责单位、负责人、定额等附属信息一体的产品完整信息；然后录入了需要管理的生产订单，自动分解订单后，自动产生了年度交付计划；经过计划下达功能，自动生成每月的一级交付计划、二级投产计划；MES用户与非MES用户利用不同的系统，进行计划的接收、反馈；系统根据各种计划数据，自动汇总产生需要的看板及报表。

　　如图23所示，任务类型中的批产任务主要包括合同签订、计划分解、交付管理、外协监控、结算和收款等10个基本节点。合同签订节点包括了合同类型、签署人、签订时间、主要内容等结构化预制信息。

　　4结束语

　　复材制造计划管理系统依据复材制造工艺的典型特征，设计并实现了相应的软件支撑工具，与相应的复材制造MES系统实现了深度集成。解决了复材制造生产计划的整体管控问题，实现了计划的自动生成、自动下发、执行情况的自动反馈、计划数据的自动统计分析及可视化分析。整个研究过程形成了航空典型复材制造工艺生产管控模式及系统（包括计划系统与MES系统），封装了一整套解决方案。该模式及配套的软件产品在航空行业，尤其是复材制造工艺领域极具推广价值和应用价值。本文的研究成果及研制的软件，处于国内领先的水平。

　　系统在实际的生产过程中发挥了牵引和管控的基础性功能，与MES系统实现了紧密的集成互动。在系统形成新模式之后，更实际的需求也陆续被提出。今后的研究重点主要包括如下内容。

　　(1)复材制造工艺自动排产功能的深入研究。主要包括对原有生产工艺模型的持续优化、算法各种约束规则模型的持续优化、新的适用算法及工具的深入研究。例如近期爆火的DeepSeek模型与系统的适配问题。

　　(2)数据集成规模继续扩大。实现与PLM、CAPP等系统的集成，统一产品、订单等数据源。同时，要研究计划数据反向的集成及要求。例如实际的数据对排产系统的基础工时、能力等数据的反向提供路径及规则。

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