航空制造企業(yè)生產制造系統(tǒng)的特征

孫鑫

摘 要： 航空制造企業(yè)屬于典型的離散型制造方式，航空制造企業(yè)依據訂單進行原材料和加工設備的采購，經歷從零件毛料加工、機械制造、裝配再到試飛調試等一系列工程具有一定的復雜性。本文通過分析航空企業(yè)制造系統(tǒng)的特性和復雜性，提出了依據生產系統(tǒng)上減少控制級、簡化制造過程和實施信息化三種手段降低航空企業(yè)制造系統(tǒng)的復雜性。

關鍵詞： 航空企業(yè)制造系統(tǒng);系統(tǒng)復雜性

1.航空企業(yè)制造系統(tǒng)的特征

航空制造系統(tǒng)由若干相互關聯(lián)的制造功能子集的生產組織構成，系統(tǒng)通過對生產時間、制造成本、設備使用等生產要素的調節(jié)，以達到生產性能的最優(yōu)化。

航空制造企業(yè)具有離散為主，流程為輔，裝配為重點特點的典型離散型制造企業(yè)。企業(yè)的產品需要進行以零部件的裝配為主要工序的離散生產，工藝路線靈活，航空產品零部件較多不利于制造資源的協(xié)調，自動化水平相對較低，生產計劃的制訂與生產任務的調度管理任務繁重。

航空企業(yè)制造級的層次多，裝配的離散性，主要表現在：

（1）航空器的制造是產品由小批量、多品種的產品組合，使系統(tǒng)的復雜系數和系統(tǒng)的不確定成倍增加，進而導致系統(tǒng)效率不高。

（2）小批量和多種零件導致機械加工無法完全實現自動化，進而增加了制造協(xié)調的成本和信息反饋的延時。

2.航空企業(yè)制造系統(tǒng)功能和結構復雜性

（1）系統(tǒng)復雜性含義

復雜性系統(tǒng)的本質是不透明性和不確定性且由若干關系和要素組成。通常系統(tǒng)的要素越多就越復雜。系統(tǒng)效果是由系統(tǒng)整個運行過程中的可控變量和不可控變量共同作用的，可用以下數學模型表示：

其中，E為效果，xi為可控變量，yi為不可控變量。從模型中可知，系統(tǒng)的效果（E）關于可控變量（xi）不可控變量（yi）的函數，系統(tǒng)復雜因素越多，yi越大，E值降低，系統(tǒng)越不確定。

（2）系統(tǒng)與外部環(huán)境相互作用、相互聯(lián)系的過程的秩序與能力稱為復雜性系統(tǒng)功能。它體現了一個系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的能量、物質和信息的交換能力。系統(tǒng)功能F與系統(tǒng)的組成要素C、結構S、環(huán)境E的關系表述為：

航空制造系統(tǒng)的功能就是接受新的架次的訂單，采購外購件以及生產加工原材料，在各種外部條件的約束以及各種控制因素作用下完成訂單產品。飛機制造系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)工程。

從生產角度看，航空制造企業(yè)的生產系統(tǒng)的元功能是加工中心的生產、計劃和控制功能。加工中心是整個航空制造系統(tǒng)的基本單元。

航空制造企業(yè)系統(tǒng)的功能是所有生產部門集合的整體所表現出的功能。航空制造企業(yè)生產系統(tǒng)的本功能體現為生產部門整體的素質和能力，包括部門的管理水平、業(yè)務處理能力、組織文化等。

（3）系統(tǒng)結構的復雜性

航空制造系統(tǒng)的部件主要分為結構部件、操作部件和流部件。結構部件是制造系統(tǒng)內相對固定部分，通常包括裝配需要的工裝、車間廠房和加工使使用的刀具、量具等;操作部件是執(zhí)行過程中的處理部分，通常包括車間各種加工輔助設備、吊裝吊具設備、運輸工具，人力資源;流部件是作為物質流、能量流和信息流等交換用的構件，其交換的能力要受到結構部件和操作部件的限制。結構部件、操作部件和流部件都有不同的屬性，同時又相互影響，它們的組合結構從整體上影響著系統(tǒng)的行為和特征，航空制造企業(yè)的設備和人員數量都是相當巨大，因此其結構也是十分復雜的。

3.降低航空制造系統(tǒng)復雜性方法

由于航空制造系統(tǒng)的制造周期較長，制造成本過高，對于制造系統(tǒng)包含著眾多子系統(tǒng)和要素之間是很難控制的，且系統(tǒng)整體缺乏靈活性因此管理起來十分復雜。解決該問題提出三種方法降低系統(tǒng)的復雜性：

（1）生產系統(tǒng)上減少控制級

上下級之間可能存在的關系包括三種：

（a）直接的單一關系。通常為上級直接或者與個別直屬下級發(fā)生聯(lián)系;

（b）直接的組合關系。通常為上級與其屬下人員的各種可能組合之間的聯(lián)系;

（c）交叉關系。通常為下屬彼此交叉聯(lián)系。

人際關系數的數學模型描述如下;

上式中，N為可能存在的關系總數;n為控制幅度（如管理的人數）。由公式可見，隨著管理寬度的増加，上下級之間的相互關系數量也在急劇上升，控制難度越大。該模型反應了管理較多下屬時復雜性，因此要降低具有離散型屬性的航空企業(yè)生產制造系統(tǒng)的復雜性就要減少控制級，實行模塊化、集成化制造。同時還要使各個子系統(tǒng)間的關系簡化，要求各個子系統(tǒng)相對封閉。

（2）簡化制造過程

（a）物料按加工工序流動是航空制造系統(tǒng)的重要組成部分，從系統(tǒng)流程的角度來說有零件的原材料到零件機械加工完成再到產品裝配制造最后成為航空產品。在這個過程中應使得物流的路線最短。

（b）以產品為主體，應用成組配套技術。將飛機所需加工的零部件的按照相似形原理進行相似聚類，將其中結構相似零件進行分段集中加工，從而將原有小批量或單品形成相對的批量生產，便于提示自動化程度。通過該方式將原有多樣化零件轉為近似的批量化生產降低加工的復雜性。

（c）對難以加工或成品率低的部件加強管理和控制，通過制造工藝的研究，保證制造系統(tǒng)內的均衡性，以減少系統(tǒng)中的不確定性。對資源進行整合和優(yōu)化加大對難以加工或成品率低的部件的資源投入。

（3）實施信息化

（a）通過信息化建設就是把信息技術與航空制造企業(yè)管理和生產過程有機結合起來，實現信息的及時反饋和有效的處理，達到及時協(xié)調的目的，使系統(tǒng)實現可控。

（b）建立CMS環(huán)境運作，通過使用CAPP、CAD、PDM等軟件，強化系統(tǒng)集成，使產品設計、制造、生產管理信息一體化，從而有效控制制造過程，降低制造系統(tǒng)的復雜性。

結論

本文給出了航空企業(yè)制造系統(tǒng)的特點和功能，指出了特殊的復雜性，提出了基于生產系統(tǒng)上減少控制級、簡化制造過程和實施信息化三種手段降低航空企業(yè)制造系統(tǒng)的復雜性。

參考文獻

[1]溫晉玲，王艷紅，尹朝萬.基于網絡看板的車間作業(yè)管理系統(tǒng)[C]2007中國控制與決策學術年會論文集，930-933.

[2]王偉玲. 離散型制造企業(yè)車間生產調度與控制系統(tǒng)的研究與應用出]，沈陽：沈陽工業(yè)大學，2005：46-48.