飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

嚴(yán)金鳳

（南京理工大學(xué)　工程訓(xùn)練中心，江蘇　南京　210094）

引言

隨著我國飛機(jī)制造業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是大型商用飛機(jī)和軍用飛機(jī)需求量劇增，研制任務(wù)增多，我國的飛機(jī)制造模式正在向多品種、小批量轉(zhuǎn)型。基于精益思想的飛機(jī)移動(dòng)式裝配線已成為飛機(jī)生產(chǎn)新模式，世界各大航空制造企業(yè)競相采用。比如波音737和757機(jī)型的總裝配線就是采用連續(xù)移動(dòng)式的裝配線，具有生產(chǎn)節(jié)拍均衡、生產(chǎn)周期和裝配工時(shí)短、標(biāo)準(zhǔn)化工作、工作地可視化等特點(diǎn)[1-2]。

脈動(dòng)式裝配線作為移動(dòng)式裝配線的一種，使用模塊式方式設(shè)計(jì)總裝配線，通過站位劃分使得生產(chǎn)過程按設(shè)定的節(jié)拍進(jìn)行站位式裝配作業(yè)，具有工位專業(yè)化程度高、生產(chǎn)節(jié)奏性強(qiáng)、數(shù)字化程度高等特點(diǎn)，裝配作業(yè)分工明確細(xì)致、工作量單一重復(fù)，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)線一般配備專業(yè)的物流供給線。目前此種作業(yè)模式在我國的飛機(jī)制造企業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，比如中航工業(yè)西飛建成國內(nèi)首條飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線、中航飛機(jī)漢中飛機(jī)分公司總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線、中航工業(yè)洪都集團(tuán)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線等，在數(shù)字化裝配技術(shù)，裝配智能制造體系構(gòu)建、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線平衡等關(guān)鍵環(huán)節(jié)已取得重大突破。但我國飛機(jī)制造企業(yè)的總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線仍處于起步階段，在作業(yè)資源調(diào)度、生產(chǎn)任務(wù)分配等方面仍按傳統(tǒng)方式運(yùn)作，實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度脫節(jié)、作業(yè)任務(wù)失衡和產(chǎn)能無法滿足需求等狀況時(shí)有發(fā)生[3]。

1　裝配智能制造體系

以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真以及網(wǎng)絡(luò)安全等關(guān)鍵技術(shù)作為支撐，飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線裝配智能制造體系主要包括CAPP、ERP、PDM、MES。裝配智能制造體系中各系統(tǒng)的高度集成是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線裝配過程數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，其中的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing execution system，MES）作為支持飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線數(shù)字化裝配過程的核心模塊，可以有效解決車間管理落后的問題[4]。

如圖1所示，MES系統(tǒng)是與傳感網(wǎng)絡(luò)一起負(fù)責(zé)底層設(shè)備信息的反饋處理與上層計(jì)劃指令的傳達(dá)、執(zhí)行。目前MES系統(tǒng)在飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用非常廣泛，廠房內(nèi)配備電子顯示屏、現(xiàn)場可視化觸摸屏電腦等移動(dòng)終端，從設(shè)計(jì)信息、裝配指令、物流管理等方面實(shí)現(xiàn)無紙化管理，利用傳感器技術(shù)對(duì)人員狀態(tài)信息、物料狀態(tài)信息、生產(chǎn)進(jìn)度信息等進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)度。但是目前我國各飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)應(yīng)用廣度和深度仍不夠，應(yīng)用主要局限于作業(yè)指導(dǎo)和生產(chǎn)過程監(jiān)控，與其他系統(tǒng)集成度不夠，設(shè)計(jì)變更數(shù)據(jù)和工藝變更數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理不到位，在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在較多問題。

圖1　飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線多層次模型

2　數(shù)字化裝配技術(shù)

飛機(jī)先進(jìn)的數(shù)字化裝配技術(shù)是保證飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線能夠順利運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前我國飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用的數(shù)字化裝配技術(shù)主要包括大部件數(shù)字化對(duì)接技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)、自動(dòng)鉆鉚技術(shù)與裝備等。大部件對(duì)接技術(shù)和數(shù)字化測量技術(shù)都有賴于高精度的測量技術(shù)，同時(shí)，精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)也是實(shí)現(xiàn)工件定位、蒙皮制孔、連接和對(duì)接等的基礎(chǔ)。在我國飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線數(shù)字化裝配過程中應(yīng)用較為廣泛的數(shù)字化測量系統(tǒng)主要有激光跟蹤儀、iGPS（indoorGPS）和數(shù)字照相測量系統(tǒng)[5-6]。

飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線中的裝配對(duì)象、裝配資源和裝配工藝是其裝配系統(tǒng)的核心三要素?；贛BD（Model-Based Design）技術(shù)的三維數(shù)字化虛擬裝配技術(shù)通過構(gòu)建產(chǎn)品-工藝-資源一體的PPR（Product-Process-Resource）多層次模型，以可視化方式研究和解決飛機(jī)裝配過程中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等問題，滿足整個(gè)制造過程的不同仿真需求，見圖2。數(shù)字化企業(yè)精益制造交互式應(yīng)用DELMIA通過數(shù)字化裝配技術(shù)，能夠真實(shí)模擬飛機(jī)的裝配過程，是目前較多飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線選用的平臺(tái)[6-7]。

圖2　飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線多層次模型

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬沉浸環(huán)境下的裝配過程三維交互，工藝人員可以模擬真實(shí)的飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的裝配過程[7-8]。利用VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配過程中的人體疲勞度、可視性、可達(dá)性等方面進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，其準(zhǔn)確度的關(guān)鍵是模型精度級(jí)別。

3　物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物料的準(zhǔn)時(shí)配送是飛機(jī)總裝配線實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)的重要條件，因此物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線布局優(yōu)化與設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。以五站位飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線為例，飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線主要包括站位主體、物流供給系統(tǒng)、現(xiàn)場可視化管理系統(tǒng)、工裝設(shè)備、庫存車間等五大部分組成，生產(chǎn)現(xiàn)場物流資源主要包括AGV小車、叉車、吊車等[9-10]。

在裝配過程中，各個(gè)站位在執(zhí)行某一道裝配指令或工序時(shí)要將所需的物料、工具工裝、輔料等一起按照裝配順序擺放在配送箱上，利用AGV小車等設(shè)備送到相應(yīng)站位，因此飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的物流系統(tǒng)具有大批量、多站位、高聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)。傳統(tǒng)飛機(jī)裝配站位、線邊庫存、物料待加工區(qū)域布局設(shè)計(jì)大多憑經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，存在物料配送節(jié)拍與站位裝配節(jié)拍不一致、運(yùn)輸不及時(shí)、物流效率低等問題。因此，如何通過物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)時(shí)配送是亟待解決的問題。目前我國飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用DELMIA、eM-Plant、Quest等軟件進(jìn)行建模仿真，構(gòu)建生產(chǎn)線布局、制造過程模型，并對(duì)布局和物流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[11-12]。

圖3　飛機(jī)總站脈動(dòng)生產(chǎn)線布局示意圖

4　結(jié)語

國內(nèi)飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展迅速，已突破裝配智能制造體系、數(shù)字化裝配技術(shù)、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向精益制造方式轉(zhuǎn)變，是我國飛機(jī)制造業(yè)邁向世界水平的必由之路。但目前我國飛機(jī)脈動(dòng)生產(chǎn)模式存在自動(dòng)化水平低、缺乏規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、3D模型精度低、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可靠性不高、產(chǎn)品型號(hào)適應(yīng)性差等問題，已成為制約我國飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展的瓶頸[13-14]。通過深入研究飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)，建立適合我國飛機(jī)總裝配過程的脈動(dòng)生產(chǎn)線，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大型商用飛機(jī)和軍用飛機(jī)等型號(hào)的批量生產(chǎn)具有重要意義。

[1]陳紹文，王舸，孫珞珈.精益制造和飛機(jī)移動(dòng)式裝配[J].航空制造技術(shù)，2011（16）：34-37.

[2]張斌，董晨琳.中航飛機(jī)漢中飛機(jī)分公司總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)入試運(yùn)行[N].中國航空?qǐng)?bào)，2016-12-15（003）.

[3]李西寧，支劭偉，蔣博，等.飛機(jī)總裝數(shù)字化脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2016（10）：48-51.

[4]鄭諧，王婷，徐云天.飛機(jī)脈動(dòng)式裝配線規(guī)范化研究[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2017（2）：20-24.

[5]宋利康，鄭堂介，黃少華，等.飛機(jī)裝配智能制造體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2015（13）：40-45；50.

[6]薛良昌.飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線及其信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用于研究[J].航空制造技術(shù)，2014（18）：89-91.

[7]鄭力，江平宇，喬立紅.制造系統(tǒng)研究的挑戰(zhàn)和前沿[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（21）：124-136.

[8]朱海平，邵新宇，張國軍.不確定信息條件下的車間調(diào)度策略研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006，12（10）：1 637-1 642.

[9]梅中義，朱三山，楊鵬.飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配中的數(shù)字測量技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2011（17）：44-49.

[10]陳文亮，潘國威，丁力平.飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].航空制造技術(shù)，2016（8）：26-30.

[11]張輝，孫茜，吳曉瑜.DELMIA虛擬裝配技術(shù)在飛機(jī)研制中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2012（1）：89-91.

[12]王宏鋒，萬蕾.基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的飛機(jī)部件裝配工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2017（21）：39-43.

[13]嚴(yán)金鳳，汪圓.基于SLP的飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)[J].2015，37（7）：113-116.

[14]郭佳，吳永林.通用飛機(jī)總裝脈動(dòng)式生產(chǎn)線構(gòu)建[J].航空制造技術(shù)，2015（5）：58-61.