面向離散制造業(yè)的智能脈動管控

廖慶妙 于曉楠 伏曉露

航空工業(yè)信息技術(shù)中心（金航數(shù)碼）脈動生產(chǎn)線是一種源于航空制造業(yè)、可用于離散制造業(yè)的生產(chǎn)組織模式，它通過重塑工藝流程和生產(chǎn)組織模式，確定生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)站位式管理，有效解決了傳統(tǒng)機(jī)庫式（停車場式）裝配存在的周期長、質(zhì)量低、成本高以及應(yīng)變能力差等問題。

國外航空企業(yè)在飛機(jī)總裝模式方面率先進(jìn)行探索，波音公司1999年建立波音737移動式裝配生產(chǎn)線，目前，空客、洛.馬等已采用脈動生產(chǎn)模式。我國航空工業(yè)從2010年西飛的國內(nèi)首條飛機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線，到2018年陜飛總裝脈動生產(chǎn)線投產(chǎn)，飛機(jī)總裝逐步從傳統(tǒng)模式向脈動模式轉(zhuǎn)變。

信息技術(shù)中心（金航數(shù)碼）為加快詠動生產(chǎn)模式推廣應(yīng)用，同時亦為滿足航空工業(yè)智能制造發(fā)展要求，充分借鑒吸收國內(nèi)外先進(jìn)成熟的飛機(jī)數(shù)字化、信息化和智能化技術(shù)，重點(diǎn)在生產(chǎn)線規(guī)劃、智能計劃調(diào)度、智能生產(chǎn)協(xié)同、三維可視化、智能分析與預(yù)警等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)脈動管控系統(tǒng)實現(xiàn)對脈動生產(chǎn)線的管理。

一、基于建模仿真的脈動生產(chǎn)線規(guī)劃

脈動生產(chǎn)線涉及制造系統(tǒng)的人、機(jī)、料、法和環(huán)等多種要素，采用建模仿真的方法進(jìn)行生產(chǎn)線評價，然后根據(jù)評價結(jié)果優(yōu)化實施生產(chǎn)線建設(shè)。

生產(chǎn)線要素分析是建模與仿真的基礎(chǔ)，基于對站位數(shù)量布局、工藝規(guī)劃、物流路徑和設(shè)備布局等生產(chǎn)線要素的分析，將站位布局、作業(yè)內(nèi)容、資源配置、物流配送和作業(yè)人員等抽象后，構(gòu)建仿真模型，并對制造過程進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和過程定義，從而實現(xiàn)對制造過程的模擬仿真。仿真評價與優(yōu)化是對已構(gòu)建的脈動生產(chǎn)線仿真模型進(jìn)行生產(chǎn)能力、經(jīng)濟(jì)效益、站位平衡率、設(shè)備利用率、物流量和生產(chǎn)周期等制造系統(tǒng)整體指標(biāo)和單項指標(biāo)進(jìn)行評價，以便評估脈動生產(chǎn)線實施效果。

同時以現(xiàn)場設(shè)備、物料、人力資源配置和物流配置為對象，對資源分配等情況進(jìn)行判斷，確定關(guān)鍵資源，通過迭代優(yōu)化算法，基于現(xiàn)場資源的調(diào)度機(jī)制實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)線的動態(tài)平衡和持續(xù)優(yōu)化。

二、基于裝配網(wǎng)絡(luò)圖的智能計劃調(diào)度

裝配計劃與重調(diào)度是脈動生產(chǎn)線能否“脈動”的關(guān)鍵要素。為了更靈活應(yīng)對現(xiàn)場臨時突發(fā)狀況，采用站位-AO兩級計劃模式，站位級計劃重點(diǎn)解決站位沖突，AO級計劃重點(diǎn)考慮AO間復(fù)雜的串并行關(guān)系，并保障人員、設(shè)備、工裝和物料等資源的配置滿足任務(wù)需求。脈動生產(chǎn)線計劃與重調(diào)度流程如圖1所示。

首先基于站位節(jié)拍和訂單優(yōu)先級編制站位計劃，然后基于站位計劃的起止時間，結(jié)合裝配網(wǎng)絡(luò)順序圖編制各站位的AO計劃。系統(tǒng)動態(tài)感矢口脈動生產(chǎn)線的人、機(jī)、料、法和環(huán)的變化，自動進(jìn)行AO計劃重調(diào)度。如果AO計劃的調(diào)整影響了關(guān)鍵路徑，導(dǎo)致AO計劃超出了該站位的結(jié)束時間，系統(tǒng)就會自動申請站位計劃調(diào)整，站位計劃的調(diào)整將影響到最終產(chǎn)品的交付。

三、基于一體化管控的智能生產(chǎn)協(xié)同

智能生產(chǎn)協(xié)同實現(xiàn)采購供應(yīng)、零件加工、部裝、脈動總裝以及生產(chǎn)準(zhǔn)備相關(guān)部門之間的協(xié)同，保證脈動裝配所需的資源及時供應(yīng)，避免因缺件等因素影響脈動裝配節(jié)拍。通過生產(chǎn)線智能協(xié)同管理，使零件生產(chǎn)、部裝生產(chǎn)、成品采購與裝配進(jìn)度保持一致，避免產(chǎn)生信息孤島，從而縮短裝配、零件生產(chǎn)和采購周期，實現(xiàn)準(zhǔn)時交貨、快速響應(yīng)裝配要求。

當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常時，相關(guān)人員可以直接將問題通過系統(tǒng)進(jìn)行反饋，系統(tǒng)支持問題的分類，不同類型的問題發(fā)送到不同的部門，不同級別的問題有不同的處理流程，支持問題處理拖期自動升級，從而可以實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場問題信息的及時共享，相關(guān)部門可及時進(jìn)行問題處理，減少停工時間，確保產(chǎn)品交付。

此外，系統(tǒng)提供生產(chǎn)管控會議功能，將影響脈動節(jié)拍的各類問題進(jìn)行匯總、展示，快速便捷地查看各類問題，落實責(zé)任人、責(zé)任單位，制定解決措施，反饋問題處理進(jìn)度，提高會議效率，保障脈動現(xiàn)場正常運(yùn)行。

四、基于輕模型的三維可視化

基于總裝脈動生產(chǎn)線建立三維展示模型，集成數(shù)據(jù)采集、記錄、圖表、報告和分析功能，構(gòu)建一體化的三維可視化展示系統(tǒng)。集成多維度信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，完成生產(chǎn)線狀態(tài)信息動態(tài)跟蹤。定制滿足生產(chǎn)管理角色權(quán)限的實時看板，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中作業(yè)狀態(tài)、物流狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)等信息的全方位獲取和追蹤，如圖2所示。

五、基于大數(shù)據(jù)的智能分析與預(yù)警

脈動生產(chǎn)線智能分析與預(yù)警綜合利用生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)和物料配套數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對脈動生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和預(yù)測，提前發(fā)現(xiàn)問題、規(guī)避風(fēng)險，保障脈動生產(chǎn)線平穩(wěn)高效運(yùn)行，如圖3所示。

1、脈動生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)在線分析

對生產(chǎn)線執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，重點(diǎn)關(guān)注物料配套/配送、生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量問題、站位問題和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從站位、生產(chǎn)計劃和架次等多視角分析并生成分析報告，包含預(yù)警、狀態(tài)和結(jié)論信息，并將預(yù)警信息發(fā)送到負(fù)責(zé)人。

2、脈動生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)離線分析

對生產(chǎn)線運(yùn)作過程中產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過聚類分析、相關(guān)[生分析等算法，挖掘生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)配套情況、設(shè)備和工人可靠性等因素對生產(chǎn)的影響，為生產(chǎn)線生產(chǎn)持續(xù)優(yōu)化提供決策支持和指導(dǎo)。

3、脈動生產(chǎn)線風(fēng)險預(yù)測及智能預(yù)警

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，對工裝工具、設(shè)備和人員狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測、預(yù)警，并根據(jù)設(shè)備、工裝工具、質(zhì)量和物料等問題形成問題解決方案知識庫，支持脈動生產(chǎn)線運(yùn)行。

六、結(jié)論

金航總裝脈動管控系統(tǒng)通過建模與仿真，協(xié)助企業(yè)進(jìn)行脈動生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計與資源配置。

通過智能裝配計劃與調(diào)度，保障脈動生產(chǎn)節(jié)拍。

通過三維可視技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化。

通過一體化智能生產(chǎn)協(xié)同，保障脈動生產(chǎn)資源準(zhǔn)時配套。

通過智能分析與預(yù)警，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的脈動生產(chǎn)決策。

金航總裝脈動管控系統(tǒng)是離散制造業(yè)脈動生產(chǎn)線的最佳支撐工具，能真正協(xié)助企業(yè)建立符合“動態(tài)感知、實時分析、自主決策以及精準(zhǔn)執(zhí)行”的智能脈動生產(chǎn)線。