航空发动机装配MES系统设计
许连芳，韩福金，吴法勇，丰少宝
（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015）
[摘要] 介绍了近年来MES 技术的发展趋势，分析了航空发动机装配业务特点及装配业务生产方式，并针对性地进
行了装配MES 系统的设计。针对装配MES 系统的核心功能，提出了基于网络图技术的发动机装配、分解过程管理方案和基于集成模式的发动机实物技术状态管理方案。关键词： 装配MES ；集成；数据采集；MRO DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.03.062
航空发动机结构复杂度高、技术含量高、研制难度大、研制周期长。航空发动机研制需要对发动机进行装配、试验/试车、故检、
改进
许连芳
硕士，中国航发沈阳发动机研究所信息技术中心工程师，主要研究方向为航空发动机装配试制信息化及企业管理信息化研究与应用，作为承担者参与了航空发动机装配MES 系统、CAPP 系统及M R O
系统、E R P 系统的建设与应用研究，为航空发动机研制提供了有力的信息化平台。主要从事应用系统集成技术研究与应用，完成应用系统间集成化开发工作，构建航空发动机设计、装配试制一体化信息平台。
设计、维修、再装配的多次循环，直
到发动机性能满足产品规定的性能及作战指标。在最短时间内，装配出符合设计技术要求的高质量发动机能够大大缩短航空发动机研制周期。因此，发动机装配与维修业务是航空发动机研制过程中至关重要的环节。然而，与其重要性不相匹配的是其信息化程度却远落后于发动机设计环节，成为了航空发动机研制全生命周期管理的瓶颈，加快航空发动机装配MES （Manufacturing Execution System）技术研究与应用势在必行。
MES 是近几年来在国际上迅速发展和面向执行层的实时信息系统[1-2]。MES 系统主要负责生产企业车间级计划制定、执行、协调、跟踪等的管理，属于执行层的信息管理系统。MES 通过生产现场信息的实时采集、传递、处理计划执行情况、资源状态等，能够及时发现生产过程中的问题并及时作出反应，能够为生产管理者决策提供有力的数据支持。
本文结合航空发动机装配MES 系统项目，通过梳理航空发动机研制阶段发动机装配、维修业务，发动机装配MES 的特殊要求，提出航空发
动机装配MES 系统的设计方案。
MES 发展趋势
随着制造运行管理与企业制造
职能管理等理念的提出，MES 技术发展趋向于集成化、智能化与并行化[3-9]。MES 系统与其他信息系统进行信息和数据的交换与业务的集成，实现生产企业业务流程的完整性，进一步提升生产企业业务协同能力。通过MES 与企业计划层信息系统如项目管理系统、质量管理系统等集成，保证企业总计划的落地，实现企业生产计划的闭环控制，同时，MES 与企业控制层系统集成如RFID （Radio Frequency Identification）技术、PLC （Programmable Logic Controller）技术等，实现生产现场数据采集，保证生产数据性与准确性。随着工业4.0战略和中国制造2015战略的推进，智能化制造等新理念的提出进一步推动了MES 技术向集成化、智能化发展的步伐。
航空发动机装配业务特点
航空发动机装配研究室作为研究所的发动机装配部门，承担着研究所所有发动机及其试验机的装配、维
修、大修等任务。其生产模式属于离散制造企业，同时，由于航空发动机产品结构复杂、装配周期长
等特点，发动机装配环境极为复杂，经常出现紧急任务、装配过程中现场缺件或其他导致装配作业无法继续进行的问题或故障等情况，其生产方式具有典型的单件、小批量生产的特点。同一时间段内，装配车间往往同时开展着多台发动机的装配或维修作业，航空发动机装配生产车间属于装配、维修、大修混装生产线。航空发动机研制阶段，发动机装配、维修的生产特点决定了装配MES 系统必须满足以下要求：（1）满足航空发动机装配、维修关键零部件技术状态的跟踪要求。
不同于一般类复杂产品装配过程管理要求，航空发动机研制过程中，研制人员需要特别注重对航空发动机关键零组件的实物技术状态的管控。发动机关键零组件技术状态管理贯穿了发动机实物整个生命周期，包括发动机关键零组件的相关设计、生产制造、到货登记、检验入库、装配集件、零组件出库、单元体装配、发动机整机装配、装配检验、装配串换件、发动机试车、发动机维修、关键零组件检修等业务过程。因此，在实现传统MES 系统的车间作业计划制定与调度的基础上，发动机装配MES 系统需要建立以关键零组件为视角的、面
向关键零组件技术状态管理的、实物技术状态管理功能，以保证关键零组件履历的完整性和可追溯性。（2）适应发动机装配过程中，零组件的反复拆装作业要求。
航空发动机研制阶段，发动机装配、试验、维修、大修业务周而复始开展着。航空发动机装配以接收来自设计部门的装配任务书及科研生产计划主管部门下达装配计划开始，通过发动机装配任务编制、
下达、装配工艺设计、装配作业执行，最终以发动机整机交付试车结束。航空发动机试车完成后，根据试车情况，确定是否需要返厂维修。航空发动机维修、大修业务以发动机返厂登记为起
装机技术状态
电子卷宗装机零件信息工艺单管理计划编制现场进度监控现场可视化看板管路校形现场问题管理工时管理临时换件管理附件领取
型号管理计量单位管理库房管理
库位管理
人员基本信息部门信息BOM
人员资质信息
设备台帐管理零组件基本信息工装工具管理故检管理
生产准备派工管理现场采集装配报告管理
发运管理
装配分解测量信息零件故障信息零件装机履历装机技术状态管理
管理
配置管理
组织结构管理人员管理功能管理权限管理
日志管理
系统管理零件串换信息
工艺设计研究实物装配管理支撑功能
履历管理故障管理
串件管理综合统计分析系统集成
基础数据管理
工艺课题研究
工艺试验管理工艺规程设计工装设计专项研究项目
外场问题处理备忘装配计划管理科研计划管理
实物装配分解过程管理
图1 装配MES系统总体架构
Fig.1 Asmbly MES system structure
点，通过发动机分解、故检、再装配等业务后，再次交付试车。可见，发动机研制阶段，发动机零组件的反复拆装作业是其又一特点。因此，发动机装配MES系统需要引入流程化管理的思想，基于网络图技术实现发动机全生命周期的闭环控制。
装配MES系统架构
根据前文所述发动机装配、维修业务的特点及发动机装配MES系统的几点要求，设计了装配MES系统总体架构，如图1所示。装配MES 系统架构主要包括基础数据管理、发动机装配管理、发动机装机技术状态管理、装配工艺技术研究、支撑功能和系统管理等内容。scoop
装配MES系统的核心功能是实物装配管理和发动机装机技术状态管理。其中，实物装配管理又分为基
于网络图技术的发动机装配分解过
青岛赛思程管理及其他辅助功能如现场进度
监控、现场问题管理等。发动机装机
技术状态管理以航空发动机的构型、
配置、测量数据、寿命、履历、故障等
技术状态数据集中管控为手段，通过
与发动机装配分解过程管理集成，采
集并综合管理关键零组件状态标识、
使用履历、修理履历、位置追踪等信
息，为航空发动机研制人员提供准确
掌握发动机每次装机的技术状态的nelson mandela
能力。
装配MES系统功能实现
装配MES系统针对装配车间管
理的流程特点，确定了采用网络图
技术实现发动机装配分解流程的管
理。装配工艺人员在发动机装配前，
以发动机装配/分解工艺规则为蓝
本制定本台发动机的装配业务流程。
MES系统依据装配/分解网络图，通
过流程引擎驱动整个装配过程，随着
装配作业的不断推进，实现对现场数
据的采集、输入和管理。针对装配
MES系统的另一核心内容：发动机
实物技术状态管理，确定了采用集成
模式，通过发动机装配、分解过程管
理系统集成实现数据的采集。
1 基于网络图技术的装配过程管理
装配MES系统采用装配网络图
技术，实现发动机装配分解过程的流
程化管理。装配网络图是描述发动
汉堡包用英语机装配关系的图形，由工作节点和关
系连线组成，并用规程区域框划分不
同规程所涉及的区域，规程区域可以
折叠为一个工作节点。
在梳理发动机装配车间业务流
PDM/CAPP
系统
设计任务接收分发手工创建设计任务
发动机
装配
现场采集
机件修
理记录
机件入
库流程
检测机件出
口油颗粒度
试验工装修理
完工生成卷宗
油封保存
封口保存
Y
Y
Y
N
N
N
工时管理故障管理
生成卷宗
工装入库
管理
童装怎么拿货燃油附件
滑油附件
现场
采集
检验完工确认
送检管理故障反馈
分解卷宗
管理
生成分解/
故检报告
室内机件
交接流程
是否存
在故障
附件类型
存放
>90天
装配卷宗
管理
军检记录
管理
发运
发运
生成装配
报告
工艺单
导入
手工创建
工艺单
是否
紧急任务
工艺单
审定
消耗件
准备情况查询
资源冲突分析
（生产准备检查）
发动机
分解故检
试验件
装配
试验件
分解故检
首件装配
机件修理
机件清洗
工艺更改
工装试用
机件油封
科研生产
管理平台
AMRO
系统库房
任务
分配
按原任务
执行
送件
任务
分配
现场问题管理
看板管理
图2 发动机装配/分解过程功能模型
Fig.2 Aeroengine asmbly/disasmbly process function model
计划编制
程的基础上，设计了发动机装配/分解过程管理的功能模型，包括发动机装配流程、试验件装配、发动机分解故检流程、试验件分解故检流程等9大业务流程，并实现了流程的闭环控制（见图2）。
2 基于集成模式的发动机实物技术
状态管理
发动机实物技术状态管理的基
础数据载体是BOM结构（见图3）。
按照发动机每一个装配次和每一次
分解次划分数据记录点。其记录内
容包括：初始拆分状态、最终拆分状
态、BOM树形结构、零组件状态标识
issn信息、零组件实物批次信息、修理信
息、位置信息、质量信息等数据，关联
零件使用履历、图纸换版记录和其他
一些设计相关信息等。同时，为精确
掌握发动机装配、试验过程中构型结
构的变更情况，系统采用了装配BOM
快照技术，在发动机装配过程中构型
发生重大变更、发动机试车前，发动
机试车后等节点，建立发动机某台份
谦逊的意思某装配次关键点装配构型快照。
MRO管理卷宗管理
debrisMES管理
工艺施工
装配任务
变更
关联
关联
关联
工艺单
检验
项
作业计划
现场问题反馈
问题及处理情况
计划下达
领料申请
发放
工艺单执行
完工
领料出库
故障采集
集件目录
检验采集
测量数据
工序采集
整机交付
装配
报告
装配
卷宗
质量
卷宗
校对
现场问题
串件
EBOM配套BOM
MBOM
生成
工装组合件零件工具标准件单元体同步数据
同步数据
实物BOM
串换件管理
零件1零件2
互换
抽取数字化仓库
寿命管理履历管理
履历计算故障管理测量数据管理
初中英语教案试车数据登记寿命
计算
零组件
履历
台份
故障树
单台份
装机卷宗
型号
故障树
台份
测量数据
图3 发动机实物技术状态管理集成模型
Fig.3 Aeroengine technology estate integration model
Y
发动机技术状态信息来源于发动机装配、分解作业现场采集的数据。因此，装配MES系统建立了基于
集成模式的发动机实物技术状态管理机制。通过与装配过程管理子系统的集成，将发动机实物技术状态管理与发动机装配、分解过程结合，以设计BOM、装配BOM、实物BOM 和基于版本的零件信息为基础，以装配技术要求的下达为起点，以装配任务和计划为驱动，通过对装配过程的控制，集成装配过程中采集的发动机技术状态数据（故障、装配/分解工艺、检验、测量数据等），实现对发动机实物零件状态、使用、修理、位置、质量等信息的全方位跟踪和管理。同时，采用发动机装配快照技术保留发动机装配过程中装机技术状态的变更记录。基于集成模式的发动机实物技术状态管理子系统，建立了与装配过程管理子系统，发动机装配流程、发动机分解流程、送件流程、库房管理相关业务流程的全面集成。
结束语
基于集成模式的发动机实物技术状态子系统，从发动机实物技术状态管理的角度，建立了与发动机装配过程子系统的集成，包括与发动机装配流程、发动机分解流程、送件流程、库房管理业务流程的全面集成。本文针对航空发动机研制行业，经过对航空发动机装配、维修及大修业务特
点、生产方式的深入分析和对MES
技术的研究，给出了装配MES系统
的设计方法，并提出了基于装配网络
图的发动机装配/分解过程管理系
camden统方案和基于集成模式的发动机实
物技术状态管理系统方案。该系统
已经应用于航空发动机研制阶段发
动机装配业务管理，系统经历了多次
修改，已经趋于完善，具有较大的使
用价值。本文提出的装配MES系统
也可以在大型复杂产品研发企业中
推广应用。
参 考 文 献
[1] ANSELMETTI B, FRICERO B. Aid
tool for the design of process and aircraft asmbly
lines[J]. Erospace Science and Technology,
2012,3(1) : 387-398．
[2] ADLER D J，HERKAMP J，DAN H, et
al. Does a manufacturing execution system reduce
the cost production for bulk pharmaceuticals? [J].
ISA Transaction, 1995, 34(4):343-347.
[3] 黄学文. 制造执行系统（MES）的研
究和应用[D]. 大连：大连理工大学, 2003.
HUANG Xuewen. Rearch and application
of manufacturing execution system (MES) [D].
Dalian: Dalian University of Technology, 2003.
[4] 刘松良, 陈彪. 管接头生产管理系
统[J]. 航空制造技术, 2015(8):98-99.
LIU SongLiang, CHEN Biao. Production
management system of pipe joint[J]. Aeronautical
Manufacturing Technology, 2015(8):98-99.
[5] 汤科, 张维生, 刘京威, 等. MES关
键技术在航天制造企业中的应用研究[J]. 新
技术新工艺, 2013(12):8-12.
TANG Ke, ZHANG Weisheng, LIU Jingwei,
et al. Application rearch on key technology of
MES in aerospace manufacturing enterpris[J].
New Technology & New Process, 2013(12):8-12.
[6] 彭宇馨, 张博, 宋晶. 面向航空装备
维修过程的MRO系统开发及应用[J]. 航空维
修与工程, 2015(6):69-72.
PENG Yuxin, ZHANG Bo, SONG Jing.
Design and application of MRO system bad
on maintenane process of aviation equipment[J].
Aviation Maintenance & Engineering ,
2015(6):69-72.
[7] 李文辉. 制造执行系统(MES) 的应
用与发展[J]. 兰州理工大学学报, 2006,32(2):
50-54.
L I W e n h u i.T h e a p p l i c a t i o n a n d
development of manufacturing execution
system(MES)[J]. Journal of Lanzhou University of
Technology, 2006,32(2):50-54.
[8] 牛余朋, 刘 飞, 曲从善, 等. MES 系
统在导弹整修质量管理过程中的应用[J]. 航
空制造技术, 2014(8):118-120.
NIU Yupeng, LIU Fei, QU Congshan, et
al. Application of MES in the process of missile
maintenance quality management[J]. Aeronautical
Manufacturing Technology, 2014(8):118-120.
[9] 韩兴龙, 李曼丽, 赵永平, 等. 航天
器总装MES系统的设计及关键技术[J]. 航天
制造技术, 2015(4):55-56.
HAN Xinglong, LI Manli, ZHAO Yongping,
et al. Design and key technologies of spacecraft
asmbly MES[J]. Aerospace Manufacturing
Technology, 2015(4):55-56.
通讯作者：许连芳，Email: jn_xlf@163.
com。
Aeroengine Asmbly MES System Design
XU Lianfang, HAN Fujin, WU Fayong, FENG Shaobao
(AECC Shenyang Aeroengine Rearch Institute, Shenyang 110015, China) [ABSTRACT] This article introduces the development trend of MES technology in recent years, and analys the charac-teristics and mode of aeroengine asmbly business. Bad on the analysis result, we completed the asmbly MES system design. For the core function of asmbly MES system, we establish aeroengine asmbly and disasmbly process man-agement solution bad on the technology of network diagram, and aeroengine physical technical state management solu-tion bad on integration pattern.
Keywords: Asmbly MES; Integration; Data acquisition; MRO
（责编 古京）
