民用飛機制造項目產(chǎn)能評估方法

黃垚翀

0 前言

民用飛機制造項目涉及零部件眾多，裝配精度要求苛刻，質(zhì)量穩(wěn)定性及安全可靠性要求高，生產(chǎn)線規(guī)模大，具有周期長、技術(shù)難度高、參與單位多、輸入輸出關(guān)系復(fù)雜、未知因素多等特點[1]。

某型國產(chǎn)民用飛機完成適航取證后，生產(chǎn)線由研制階段的單機生產(chǎn)向小批量生產(chǎn)過渡，制約飛機生產(chǎn)規(guī)劃的主要因素是主制造商的生產(chǎn)能力。在此情況下，對該型民機生產(chǎn)線進行產(chǎn)能評估和測算，識別生產(chǎn)線的瓶頸和短板，對該型飛機項目的生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)線建設(shè)具有重要意義。

1 研究方法和假設(shè)條件

1.1 研究方法

根據(jù)某型國產(chǎn)民用飛機的部總裝流程，建立產(chǎn)能評估模型，并進行實際測算，得出產(chǎn)能評估結(jié)果，并對結(jié)果開展驗證和分析，識別生產(chǎn)線瓶頸，得出產(chǎn)能評估方法的研究結(jié)論。

生產(chǎn)能力由生產(chǎn)資源配置數(shù)量及其發(fā)揮效率決定，每一個生產(chǎn)過程的產(chǎn)能最小值決定了整機產(chǎn)能。根據(jù)該民機實際情況，制約整機產(chǎn)能的關(guān)鍵生產(chǎn)資源是部總裝的工位工裝數(shù)量和技能人力數(shù)量。

1.2 邊界和假設(shè)條件

1.2.1 工作范圍

從飛機進入部段裝配到完成總裝下線，不考慮前期零部件生產(chǎn)、后期生產(chǎn)試飛和客戶化等過程。

1.2.2 生產(chǎn)環(huán)境

假設(shè)飛機構(gòu)型已凍結(jié)，不考慮工程更改貫徹周期；不考慮制造偏離、缺件缺料等生產(chǎn)異常情況。

1.2.3 工作時間

每月按21.75 個工作日計算，每日有效工作時間記為7.5H，不考慮加班。

2 建模過程

2.1 整機產(chǎn)能

整機產(chǎn)能PAC由各工位產(chǎn)能的最小值決定：

巍峨雄渾、綿延千里的祁連山脈是甘肅省和青海省之間的巨大山系，在古匈奴語中，“祁連山”意為“天之山”。山系西北高，東南低，最高峰團結(jié)峰海拔5827米。祁連山上有3000多條冰川，這些冰川如果化成水，將有1320億立方米。祁連山的地貌為古冰川冰磧（qì）地貌。冰川融水滋養(yǎng)著河流，祁連山是黑河、托來河等5條河流的源頭。為了更好地保護這里的生態(tài)環(huán)境，祁連山自然保護區(qū)于1988 年被列為國家級自然保護區(qū)。

式中，PAC為整機產(chǎn)能，PWi為第i 個工位產(chǎn)能，s 為工位數(shù)量。產(chǎn)能的單位均為架份/年（下同）。

在已定義的假設(shè)條件下，單個工位產(chǎn)能PW 是該工位的工位工裝資源產(chǎn)能PE 及技能人力資源產(chǎn)能PH 的最小值：

2.2 工位工裝資源產(chǎn)能

工位工裝資源產(chǎn)能PE 由下列二式聯(lián)立得出：

式中，Y 為年日歷日，對應(yīng)第i 個工位，IF 為工裝定檢頻率（次/年），IT 為工裝單次定檢返修占用周期（日歷日），Takt 為工位生產(chǎn)節(jié)拍（日歷日），WT 為工位估算基準(zhǔn)周期（日歷日），E 為工位工裝數(shù)量。

2.3 技能人力資源產(chǎn)能

技能人力資源產(chǎn)能PH 由下列三式聯(lián)立得出：

式中，對應(yīng)第i 個工位，Hcap 為工位年能力工時，Hquo 為工位定額工時，M'為加權(quán)后的工位技能人員數(shù)，Hwork 為每日有效工作小時數(shù)，Dwork 為每月工作天數(shù)，Hac 為單機定額工時，AOi為對應(yīng)工位的裝配大綱AO 數(shù)量，∑AOi為整機AO 數(shù)量。

由于單機定額工時是按熟練工人操作測算的，因此需將不滿足熟練工人要求的技能人員數(shù)量按一定權(quán)重折算為熟練工人數(shù)量。按照技能等級定義加權(quán)比例，技師、高級工按1 個熟練工人計算，中級工按0.7 個熟練工人計算，初級工不能獨立操作，按0.3 個熟練工人計算。

3 實際測算過程

某國產(chǎn)民用飛機部總裝工位流程的關(guān)鍵路徑如圖1 所示。

根據(jù)該型號已完工飛機的生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)，使用計劃評審技術(shù)（PERT）的活動時間三點估算方法[2]給出產(chǎn)能評估模型的工位估算基準(zhǔn)周期。結(jié)合各工位的工裝數(shù)量和工裝定檢返修間隔及周期，測算出各工位生產(chǎn)節(jié)拍及工裝資源產(chǎn)能，如表1 所示。

圖1 部總裝工位流程關(guān)鍵路徑

根據(jù)各工位AO 數(shù)量，單機定額工時分解至各工位，并對技能工人數(shù)量進行加權(quán)處理，測算出各工位技能人力資源產(chǎn)能，如表2 所示。

綜合以上兩表，整機產(chǎn)能PAC為3.7 架/年，最主要瓶頸為部裝階段的200 工位；總裝階段的瓶頸為150 和140 工位，產(chǎn)能均為4.4 架/年。工裝工位資源和技能人力資源均存在分布不均衡、使用不飽滿的問題。

表1 工位工裝資源產(chǎn)能測算結(jié)果

4 驗證和分析

4.1 實際生產(chǎn)當(dāng)量驗證

產(chǎn)能評估結(jié)果可通過特定時間區(qū)間內(nèi)的實際生產(chǎn)當(dāng)量來驗證。某國產(chǎn)民機的生產(chǎn)當(dāng)量可使用裝配工藝文件完工歸檔數(shù)量來測算，即裝配大綱AO 和先行裝配大綱AAO 的完工歸檔數(shù)量與單機基準(zhǔn)數(shù)量的比值，如下兩式：

式中，PEQUI為僅統(tǒng)計AO 的年度生產(chǎn)當(dāng)量，P'EQUI為統(tǒng)計AO及AAO 的年度生產(chǎn)當(dāng)量，AOCLOSED為年度歸檔AO 數(shù)，AAOCLOSED為年度歸檔AAO 數(shù)，AOBASE為單機AO 基準(zhǔn)數(shù)（3200 份）。

選取2010-2016 年度作為生產(chǎn)當(dāng)量驗證的時間區(qū)間，測算各年度實際生產(chǎn)當(dāng)量，如圖2 所示。

圖2 2010-2016 年度實際生產(chǎn)當(dāng)量

將產(chǎn)能評估結(jié)果與實際生產(chǎn)當(dāng)量進行對比，可得：

（1）實際生產(chǎn)當(dāng)量總體呈逐年上升，2014 年達到區(qū)間峰值，符合生產(chǎn)熟練程度提升的趨勢。

（2）2015-2016 年生產(chǎn)當(dāng)量大幅陡降，主要由于該型飛機取得型號合格證后，適航管控要求和方式發(fā)生變化，生產(chǎn)線需重新適應(yīng)。

表2 技能人力資源產(chǎn)能測算結(jié)果

（3）區(qū)間內(nèi)實際生產(chǎn)當(dāng)量峰值低于整機產(chǎn)能評估結(jié)果，說明實際產(chǎn)能發(fā)揮效率尚達不到產(chǎn)能評估模型測算的水平。

4.2 偏差原因分析

實際生產(chǎn)當(dāng)量低于產(chǎn)能評估結(jié)果，偏差原因主要有兩大方面：

（1）從型號發(fā)展的角度看，該型國產(chǎn)民機為新研機型，處于從科研成功轉(zhuǎn)向商業(yè)成功的過渡階段、從取得型號合格證（TC）轉(zhuǎn)向小批量生產(chǎn)的摸索階段，研制階段的生產(chǎn)組織模式和構(gòu)型管控方式等都不能滿足批量生產(chǎn)的需求，需要變革和調(diào)整。

（2）從企業(yè)成長的角度看，該民機制造企業(yè)在整機制造產(chǎn)業(yè)鏈中逐步從承攬方角色向發(fā)包方角色轉(zhuǎn)變，"主制造商-供應(yīng)商"管理模式還不完善，產(chǎn)品質(zhì)量還不穩(wěn)定，生產(chǎn)線成熟度距離批量生產(chǎn)還有較大差距。

綜上，實際生產(chǎn)當(dāng)量可用于驗證產(chǎn)能評估模型在應(yīng)用上的有效性，卻不是衡量產(chǎn)能評估結(jié)果準(zhǔn)確性的最終標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

本文建立的產(chǎn)能評估模型在實際應(yīng)用中是可行有效的，測算結(jié)果能夠反映飛機生產(chǎn)線產(chǎn)能，能夠識別制約整機產(chǎn)能的瓶頸環(huán)節(jié)；且測算過程相對簡便，利于數(shù)據(jù)更新和過程迭代，測算工作所需的企業(yè)資源消耗和人力物力成本較低。

該模型也存在局限性，較為理想化的假設(shè)條件使測算結(jié)果存在誤差；且未能將設(shè)計更改、制造質(zhì)量、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性、工藝成熟度等因素納入模型中，未能充分體現(xiàn)民機制造項目的大型復(fù)雜性。