基于通用飛機(jī)的總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)研究

何建新，平麗浩

(中電科蕪湖鉆石飛機(jī)制造有限公司，　安徽 蕪湖 241000)

引　言

飛機(jī)總裝是一項(xiàng)技術(shù)難度大、涉及學(xué)科廣、綜合集成度高的技術(shù)工作，決定著飛機(jī)的最終質(zhì)量、制造成本和生產(chǎn)周期，也是制約我國飛機(jī)快速研制的巨大障礙[1]。飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線借鑒現(xiàn)代高效的流水線作業(yè)方式，技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新相結(jié)合，改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配模式，在國際航空制造業(yè)已成功應(yīng)用，并伴隨我國航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而引入國內(nèi)。

隨著我國低空空域的逐步放開、通航相關(guān)利好政策的密集出臺(tái)，我國通航產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了迸發(fā)式的發(fā)展。為了搶占市場先機(jī)，全球各種型號(hào)的通用飛機(jī)被先后引入國內(nèi)，各通航制造企業(yè)迅速展開了包括生產(chǎn)線建設(shè)、適航取證以及市場開拓在內(nèi)的激烈競爭。在政策與市場的雙重推動(dòng)下，我國通航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)如破竹。

從20世紀(jì)90年代起，波音、空客、洛克希德·馬丁等飛機(jī)制造商分別在民機(jī)和軍機(jī)的總裝生產(chǎn)中吸取豐田生產(chǎn)方式和精益制造理論進(jìn)行生產(chǎn)線流程再造，建立了飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線，成功的應(yīng)用于波音787、空客A380、F-35等飛機(jī)的總裝生產(chǎn)，大大縮短了總裝時(shí)間，降低了制造成本，提高了裝配質(zhì)量[2]。

同時(shí)，我國的飛機(jī)裝配技術(shù)也在不斷提高，在自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，緊緊把握世界先進(jìn)飛機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展方向。中航工業(yè)西飛建立了國內(nèi)首條飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線，經(jīng)歷了5年的調(diào)研論證與建設(shè)，于2010年5月建成并正式投入使用，國內(nèi)飛機(jī)總裝制造水平獲得顯著提升；中航工業(yè)洪都也開展了L-15飛機(jī)總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的工程項(xiàng)目[3]。

由于我國通航產(chǎn)業(yè)起步較晚卻發(fā)展迫切，飛機(jī)總裝生產(chǎn)線建設(shè)方面大多照搬國外模式，缺乏系統(tǒng)規(guī)劃研究，存在一定的盲目性。就通用飛機(jī)訂單需求而言，呈現(xiàn)出需求多變、批量小、任務(wù)緊急等特點(diǎn)，這勢(shì)必會(huì)對(duì)生產(chǎn)線造成不同程度的沖擊。因此，若想將脈動(dòng)生產(chǎn)線較好地應(yīng)用于通用飛機(jī)制造領(lǐng)域，必須結(jié)合上述特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)總裝脈動(dòng)線進(jìn)行高柔性化的改良。為此，本文就某國產(chǎn)雙發(fā)四座通用飛機(jī)的總裝生產(chǎn)進(jìn)行分析，充分學(xué)習(xí)吸收國內(nèi)外總裝脈動(dòng)線的精髓，結(jié)合中國民航局的適航要求與自身特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了一種基于通用飛機(jī)的拉動(dòng)式高柔性化總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線的理論。

1　拉動(dòng)式高柔性化的總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線模型

拉動(dòng)式高柔性化總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線主要由脈動(dòng)流、信息流、物料流和緊急流四大價(jià)值流，總拉動(dòng)線、主脈動(dòng)拉動(dòng)線、技術(shù)拉動(dòng)線、物料拉動(dòng)線和配合部門拉動(dòng)線共五大拉動(dòng)線，貫穿整個(gè)生產(chǎn)流程的質(zhì)量系統(tǒng)以及覆蓋產(chǎn)品全壽命周期的ERP系統(tǒng)共4大模塊組成。生產(chǎn)運(yùn)作模型如圖1所示。

圖1　拉動(dòng)式高柔性化總裝脈動(dòng)生產(chǎn)線模型

1.1　四大價(jià)值流

1.1.1脈動(dòng)流

脈動(dòng)流即脈動(dòng)主體，脈動(dòng)主體包含主脈動(dòng)線(工位1, 工位2, …, 工位n)與輔助脈動(dòng)線(工位0)。由于主脈動(dòng)線脈動(dòng)周期即為一架次飛機(jī)的下線周期，故生產(chǎn)線必須盡量縮減主脈動(dòng)線的脈動(dòng)周期Tm：

Tm=Max(Tj)(j=1,2,3,…,n)

(1)

式中：j代表主脈動(dòng)線每一個(gè)工位，Tj為主脈動(dòng)線每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期。

因?yàn)橐患艽物w機(jī)的下線周期取決于主脈動(dòng)線上子脈動(dòng)周期最長的一個(gè)工位，所以提高生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的其中一個(gè)途徑為縮短每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期。

為了達(dá)到縮短每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期目的，該生產(chǎn)線設(shè)立輔助脈動(dòng)線，即工位0。工位0的主要工作是預(yù)裝工作，即對(duì)主脈動(dòng)線上進(jìn)行裝配的零件預(yù)先在工位0組裝成可直接在主脈動(dòng)線上安裝的子部件，化串行為并行，縮短主脈動(dòng)線各工位的子脈動(dòng)周期。

1.1.2信息流

信息流主要指生產(chǎn)過程中技術(shù)、質(zhì)量和管理3個(gè)方面的信息流動(dòng)。

技術(shù)方面主要指技術(shù)支持信息，內(nèi)容包含工程技術(shù)部門自飛機(jī)訂單確認(rèn)后，在與設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分溝通的基礎(chǔ)上，根據(jù)客戶需求確定飛機(jī)構(gòu)型，再根據(jù)編制的構(gòu)型清單向生產(chǎn)車間下發(fā)有效圖紙、工卡和物料清單，并在車間生產(chǎn)中持續(xù)評(píng)定、執(zhí)行新接收到的設(shè)計(jì)更改所產(chǎn)生的信息流動(dòng)。

質(zhì)量方面主要指質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)部的質(zhì)量管理信息，內(nèi)容包含在公司質(zhì)量體系文件、程序文件等相關(guān)文件的框架下，按照適航要求進(jìn)行日常質(zhì)量管理所產(chǎn)生的信息流動(dòng)，其中包含飛機(jī)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各級(jí)檢驗(yàn)、偏離及其處理方案以及其它各類質(zhì)量管理信息等。

管理方面主要指在飛機(jī)生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)管理信息，其中包含計(jì)劃管理信息、生產(chǎn)秩序管理信息等，是生產(chǎn)線正常運(yùn)作的基本保證。

1.1.3物料流

物料流是物料供給系統(tǒng)的主要價(jià)值流之一，物料供給系統(tǒng)的最終目的是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃將準(zhǔn)確、合格的物料按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)配送到相應(yīng)的工位。

當(dāng)計(jì)劃部門下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，ERP系統(tǒng)自動(dòng)生成配料需求，并將物料配送信息發(fā)送至庫房，庫房接收到相應(yīng)信息后通過與ERP系統(tǒng)建立連接的立體庫與無人物流配送車進(jìn)行物料的自動(dòng)化出庫與配送，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的高度自動(dòng)化與精準(zhǔn)化。

另外，除了現(xiàn)場物料的自動(dòng)化配送外，物料配送系統(tǒng)還在此基礎(chǔ)上借助ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過綜合分析生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲(chǔ)信息、生產(chǎn)進(jìn)度、在途信息以及采購周期等各種因素自動(dòng)生成采購需求，以拉動(dòng)的模式在物料需求與采購之間建立拉動(dòng)關(guān)系，以此形成物料采購的最優(yōu)方案，使得采購工作科學(xué)且高效。

1.1.4緊急流

針對(duì)客戶需求的多變性以及緊急訂單，該生產(chǎn)運(yùn)作模式允許在脈動(dòng)流正常脈動(dòng)的基礎(chǔ)上，中間插入新的飛機(jī)生產(chǎn)計(jì)劃，即其生產(chǎn)運(yùn)作的高柔性化特征。由于通用飛機(jī)外形尺寸較小，故在其總裝生產(chǎn)線設(shè)置時(shí)，生產(chǎn)線物理空間相比傳統(tǒng)脈動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)置較大，即在生產(chǎn)過程中在空間上允許一架次飛機(jī)進(jìn)行跨越工位生產(chǎn)；而針對(duì)每一工位，當(dāng)有緊急訂單輸入時(shí)，只需按照調(diào)整后的計(jì)劃將緊急訂單的飛機(jī)提高優(yōu)先級(jí)即可。

如圖2、圖3所示，當(dāng)在正常計(jì)劃下輸入緊急飛機(jī)訂單(紅色區(qū)域，第11架次)時(shí)，只需將當(dāng)前生產(chǎn)的第6架次以及之后的非緊急訂單計(jì)劃后移即可，不會(huì)對(duì)脈動(dòng)線造成任何非線性影響，體現(xiàn)了該生產(chǎn)線的高柔性化狀態(tài)。為了在該方面有更深層次的保障，該生產(chǎn)線配備有專門的機(jī)動(dòng)人員，在機(jī)動(dòng)人員的參與下，生產(chǎn)線在有緊急訂單輸入時(shí)，不僅緊急訂單能夠被及時(shí)執(zhí)行，原脈動(dòng)線也基本不受影響，大大提高了生產(chǎn)線的抗沖擊能力。

圖3　加入緊急訂單后計(jì)劃甘特圖

1.2　五大拉動(dòng)線

該生產(chǎn)系統(tǒng)中共有總拉動(dòng)線、主脈動(dòng)拉動(dòng)線、技術(shù)拉動(dòng)線、物料拉動(dòng)線和配合部門拉動(dòng)線五大拉動(dòng)線，該五大拉動(dòng)線共同組成了該飛機(jī)總裝線的拉動(dòng)式生產(chǎn)模式。對(duì)于每一個(gè)生產(chǎn)單元來說，拉動(dòng)式生產(chǎn)的拉動(dòng)力便是其下一個(gè)生產(chǎn)單元的需求，總拉動(dòng)線的拉動(dòng)力是客戶需求，主拉動(dòng)線的拉動(dòng)力是主脈動(dòng)線上每一個(gè)工位所面向的其下一個(gè)工位的需求，技術(shù)拉動(dòng)線的拉動(dòng)力是生產(chǎn)現(xiàn)場的技術(shù)支持需求，物料拉動(dòng)線的拉動(dòng)力是生產(chǎn)現(xiàn)場的物料需求，配合部門拉動(dòng)線的拉動(dòng)力是總裝線對(duì)其他部門(如計(jì)劃部、技術(shù)部、復(fù)材廠、機(jī)加車間等)的配合需求。為了更好地實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式生產(chǎn)，總裝線由計(jì)劃部門將所有的拉動(dòng)需求導(dǎo)入ERP系統(tǒng)，由ERP系統(tǒng)作為整個(gè)拉動(dòng)系統(tǒng)的載體，并設(shè)立可視化監(jiān)控界面，方便每一個(gè)生產(chǎn)單元查閱其生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)，避免生產(chǎn)節(jié)奏紊亂、單一生產(chǎn)單元產(chǎn)能過剩等不良現(xiàn)象出現(xiàn)。

在物料供應(yīng)方面，物料供應(yīng)不及時(shí)容易造成生產(chǎn)非預(yù)期性停工，而過多的物料采購容易產(chǎn)生物料囤積、過期等現(xiàn)象，造成浪費(fèi)。因此，以ERP系統(tǒng)為載體在生產(chǎn)線與物料供給系統(tǒng)之間建立拉動(dòng)關(guān)系，以生產(chǎn)拉動(dòng)物料供應(yīng)的運(yùn)行模式是解決該矛盾的必然途徑。在ERP系統(tǒng)中，飛機(jī)制造廠與各飛機(jī)零部件供應(yīng)商分享其生產(chǎn)信息，并共同開發(fā)包含生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲(chǔ)信息、生產(chǎn)進(jìn)度、在途信息等內(nèi)容在內(nèi)的物料配送管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料入庫及出庫信息的公開化，提高物流效率，減少物流倉儲(chǔ)成本，為精益化生產(chǎn)提供保障，實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)時(shí)化配送[4]。

1.3　質(zhì)量系統(tǒng)

質(zhì)量是飛機(jī)的生命，適航是飛機(jī)的根基。在該生產(chǎn)運(yùn)作模式下，質(zhì)量控制滲透于飛機(jī)生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié)，主要包括來料質(zhì)控、生產(chǎn)過程監(jiān)控以及飛機(jī)的最終檢驗(yàn)放行等。該質(zhì)量系統(tǒng)必須嚴(yán)格按照中國民航局相關(guān)規(guī)章建立和實(shí)施，其最終目的是為了保證飛機(jī)的初始適航?？茖W(xué)全面的質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)保證飛機(jī)的初始適航有著非常重要的意義，也使得該生產(chǎn)運(yùn)作模式得到有力的保障。

1.4　ERP系統(tǒng)

ERP系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)公司的運(yùn)作，單就圖1中的運(yùn)作范疇而言，ERP系統(tǒng)在拉動(dòng)生產(chǎn)線和物料供給系統(tǒng)運(yùn)作方面起到了極其重要的作用，有效地協(xié)助生產(chǎn)線解決實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度與計(jì)劃脫節(jié)、作業(yè)任務(wù)失衡和產(chǎn)能無法滿足等問題，使得整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)作高效有序。

2　生產(chǎn)線效率分析

通過分析主脈動(dòng)線模型可以看出，由于不同工位之間相互制衡、相互影響，故此處提出生產(chǎn)線生產(chǎn)效率η的概念：

(2)

生產(chǎn)線生產(chǎn)效率η體現(xiàn)一架次飛機(jī)自主脈動(dòng)線工位1～工位n整個(gè)流程中設(shè)備、人員等生產(chǎn)資料運(yùn)作時(shí)間占總時(shí)間的百分比。η越低，代表脈動(dòng)線空閑時(shí)間越多，即閑置工時(shí)較多。

而在實(shí)際生產(chǎn)中，除了脈動(dòng)線本身屬性的因素以外，其總脈動(dòng)效率還受到生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障、物料的供應(yīng)、各配合部門的配合因素以及其它外部因素(此處除生產(chǎn)線本身設(shè)置因素之外的其它因素均稱為外部因素，下同)所影響。

此處，設(shè)各外部因素分別為Ai(i=1,2,…,n)；設(shè)其對(duì)脈動(dòng)線上各工位j的影響系數(shù)分別為ξAi,j(即ξA1,j,ξA2,j, …,ξAn,j，其中ξAi,j≥1)，它表示各外部因素對(duì)各工位子脈動(dòng)周期Tj的影響程度，取值參考表1。所以，對(duì)于每一個(gè)子脈動(dòng)周期Tj，在各外部因素的多重影響下，其實(shí)際子脈動(dòng)周期Tj′為：

(3)

從而可得生產(chǎn)線的實(shí)際脈動(dòng)周期Tm′為：

(j=1,2,…,n)

(4)

進(jìn)而可以推算出生產(chǎn)線的實(shí)際生產(chǎn)效率η′為：

(5)

ξAi,j可參照表1進(jìn)行取值。

表1　ξAi,j取值參考表

因此，生產(chǎn)線需要經(jīng)過一系列的改良，使得其η′趨于1。通過分析可知：

當(dāng)ξAi,j→1時(shí)，

(6)

進(jìn)一步，當(dāng)Max(Tj)→Tj時(shí)，

(7)

即降低各外部因素對(duì)各工位子脈動(dòng)周期Tj的影響程度，進(jìn)一步均衡每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期。

對(duì)于降低各外部因素的影響程度，則需要綜合協(xié)調(diào)處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障、物料的供應(yīng)問題、各配合部門的配合問題以及其它所有外部因素。因此，生產(chǎn)線效率的提高不僅僅局限于總裝生產(chǎn)線內(nèi)部，整個(gè)公司都要給予積極的配合并形成科學(xué)的生產(chǎn)管理模式。對(duì)于均衡每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期，主要是在設(shè)置生產(chǎn)線時(shí)須綜合規(guī)劃生產(chǎn)線總體布局，研究生產(chǎn)線的移動(dòng)與定位技術(shù)，并對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)與持續(xù)再造，從而使得生產(chǎn)線達(dá)到節(jié)拍平衡的狀態(tài)。

因此，在飛機(jī)總裝脈動(dòng)線的生產(chǎn)流程中建立的拉動(dòng)關(guān)系可以很好地處理該矛盾，由前文可知，對(duì)于每一個(gè)生產(chǎn)單元來說，拉動(dòng)式生產(chǎn)的拉動(dòng)力便是其下一個(gè)生產(chǎn)單元的需求，因此上一個(gè)單元把下一個(gè)單元的需求作為直接輸入，全力保證下一單元的供給，可以使上一單元目標(biāo)清楚、責(zé)任明確，從而能夠更好地完成自己的任務(wù)。在此拉動(dòng)式生產(chǎn)模式下，每一個(gè)生產(chǎn)單元都如此，可以使得整個(gè)生產(chǎn)順暢、高效。除了可以使整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)更加順暢高效，在拉動(dòng)關(guān)系下所產(chǎn)生的各類正負(fù)反饋還可以使得生產(chǎn)線能夠逐漸自我完善，即能夠進(jìn)行“均衡每一個(gè)工位的子脈動(dòng)周期”等自我完善的過程，使得生產(chǎn)線逐步走向最優(yōu)狀態(tài)。

3　結(jié)束語

有預(yù)測(cè)指出，到2020年，中國通用航空飛機(jī)數(shù)將增加到12 000架以上。因此，隨著通航市場的逐步開放，私人擁有飛機(jī)成為一種趨勢(shì)，通航飛機(jī)訂單的多變性將愈發(fā)明顯，故不斷地對(duì)傳統(tǒng)脈動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行高柔性化改良變得尤為重要。高柔性脈動(dòng)生產(chǎn)線在拉動(dòng)式生產(chǎn)管理模式下，能夠幫助生產(chǎn)線滿足各類沖擊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)，是未來小型通用飛機(jī)總裝線發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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