李西寧，支劭偉，蔣 博，王守川

（1.西北工業(yè)大學機電學院現(xiàn)代設計與集成制造教育部重點實驗室，西安 710072；2.中航飛機西安飛機分公司工裝設計所，西安 710089）

借鑒制造業(yè)的流水線作業(yè)方式，飛機總裝脈動生產(chǎn)線是按節(jié)拍移動的一種裝配線，運用精益制造思想，對裝配過程進行流程再設計、優(yōu)化和平衡，實現(xiàn)按設定節(jié)拍的站位式裝配作業(yè)，達到縮短裝配周期、滿足客戶要求的裝配生產(chǎn)形式?？傃b脈動生產(chǎn)線是介于固定站位裝配與連續(xù)移動裝配之間的一種裝配生產(chǎn)線形式，其典型特征是產(chǎn)品移動時不進行裝配作業(yè)，裝配作業(yè)進行時產(chǎn)品不移動。波音公司典型的脈動式總裝配線如圖1所示。

脈動生產(chǎn)線將技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新相結(jié)合，是一種有效地實現(xiàn)飛機批量生產(chǎn)的新型生產(chǎn)組織模式，在波音、空客等飛機制造企業(yè)中得到廣泛應用[1]。

波音、空客等航空巨頭正是牢牢掌握了飛機的總裝與試飛這樣的高價值環(huán)節(jié)，才使得眾多航空制造企業(yè)成為它們的下游供應商，而使自己以龍頭企業(yè)的身份穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)價值鏈的頂端，其中波音公司采用的移動式和脈動式總裝生產(chǎn)線技術(shù)，已經(jīng)成為改變飛機生產(chǎn)模式、提高質(zhì)量和效率的突出樣板。反觀國內(nèi)航空企業(yè)，僅取得了數(shù)字化裝配技術(shù)與關鍵裝備“點”的突破，還沒有形成精細化的總裝現(xiàn)場控制能力，裝配生產(chǎn)能力分析、生產(chǎn)任務分配和作業(yè)資源調(diào)度過程仍按傳統(tǒng)方式運作，導致計劃與實際生產(chǎn)進度脫節(jié)、作業(yè)任務失衡和產(chǎn)能無法滿足需求等狀況時有發(fā)生。我國飛機制造企業(yè)的脈動式生產(chǎn)線正處于起步階段，很多技術(shù)和管理方法都并未形成統(tǒng)一的體系。這就要求我國飛機制造企業(yè)積極學習外國先進技術(shù)，結(jié)合自身現(xiàn)有條件，研制出適合中國飛機制造的脈動式生產(chǎn)線。

圖1 波音脈動式總裝配線Fig.1 Pulsation production line of Boeing final assembly

本文分析總結(jié)了國內(nèi)外典型飛機總裝生產(chǎn)線及其應用情況，并對飛機數(shù)字化總裝生產(chǎn)線涉及的大部件數(shù)字化對接技術(shù)、數(shù)字化檢測技術(shù)、精準移動技術(shù)、集成裝配平臺技術(shù)、物料精益配送技術(shù)等關鍵技術(shù)進行了探討。

國外飛機總裝生產(chǎn)線及其應用

作為飛機制造技術(shù)發(fā)展的引領者，波音公司在其新一代夢幻客機787的工作區(qū)域劃分和總裝流程設置等諸多方面進行了大膽革新。波音公司基于并行工程的思想，按照總裝配的工作內(nèi)容等將787的總裝生產(chǎn)線劃分為零號工作區(qū)、一號工作區(qū)、二號工作區(qū)、三號工作區(qū)、四號工作區(qū)等5個工作區(qū)[2]，如圖2所示。

零號工作區(qū)完成機翼部件（如襟翼、副翼等）的安裝及其運動測試等工作，形成整體部件。

一號工作區(qū)進行飛機的前機身、中機身、后機身、左右機翼和尾段6大部件以及管路、線纜及各功能系統(tǒng)的安裝，如圖3所示。

必須堅持推動重心下移、力量下沉、資源下投的方向，盡可能把資源、服務、管理放到基層，更好發(fā)揮基層機構(gòu)貼近群眾、服務群眾的優(yōu)勢和作用，保證基層事情基層辦、基層權(quán)力給基層、基層事情有人辦。

二號工作區(qū)安裝主起落架（圖4）以及地板、絕緣毯、次結(jié)構(gòu)件等。

三號工作區(qū)裝飾飛機內(nèi)部，安裝輔助動力裝置并對其進行初步試驗。而液壓系統(tǒng)、起落架收放測試及航空電子試驗、飛行控制試驗等在四號工作區(qū)完成。

圖2 波音787總裝生產(chǎn)線Fig.2 Product line of Boeing 787 aircraft final assembly

總裝生產(chǎn)線在波音公司的成功應用，不僅為其他航空企業(yè)樹立了榜樣，而且堅定了企業(yè)實施總裝生產(chǎn)線的信心。洛克希德·馬丁公司在建成F-35脈動總裝生產(chǎn)線，取得巨大經(jīng)濟效益的基礎上，正在構(gòu)建模塊化的大部件生產(chǎn)線，將顯著提高飛機裝配效率；其他航空公司，如意大利的阿古斯特維斯特蘭公司、加拿大龐巴迪公司也都建立了與飛機型號相適應的脈動式裝配線[3-7]。

圖3 大部件安裝Fig.3 Automated assembly of aircraft large parts

圖4 主起落架安裝Fig.4 Main landing gear installation

為了適應飛機總裝生產(chǎn)線需要，波音、空客等公司對機翼等大部件進行了模塊化設計制造，即在進行總裝之前，完成各部件上的線纜、管路等的安裝，形成大部件的模塊化結(jié)構(gòu)。這樣既可減少原來安裝線纜、管路所需的傳統(tǒng)工裝，也為脈動式生產(chǎn)線的構(gòu)建、物料自動配送系統(tǒng)的實施等提供了條件。

國內(nèi)飛機總裝生產(chǎn)線及其應用

國內(nèi)飛機總裝配傳統(tǒng)上通常采用以飛機為中心，工裝、設備等圍繞飛機布局，裝配人員再根據(jù)總裝工作內(nèi)容，在飛機不同位置完成裝配工作的固定站位裝配方式。總裝配過程以人工為主，檢測設備和測試手段落后，排障困難，勞動強度大，嚴重影響生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量，導致生產(chǎn)進度滯后[8]。

隨著飛機裝配生產(chǎn)線技術(shù)在國外的應用與發(fā)展，國內(nèi)航空企業(yè)在借鑒國外先進裝配技術(shù)的同時，努力鉆研，自主創(chuàng)新，逐步推進飛機總裝生產(chǎn)模式由傳統(tǒng)裝配方式向脈動生產(chǎn)線裝配方式轉(zhuǎn)變。

中航工業(yè)西飛公司為了提高飛機總裝配技術(shù)水平和裝配質(zhì)量，結(jié)合了“飛豹”飛機總裝特點，在突破了多自由度調(diào)姿定位技術(shù)、大部件自動化對接技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)和軌道移動等關鍵技術(shù)的基礎上，建立了國內(nèi)首條總裝脈動生產(chǎn)線，為飛機脈動式生產(chǎn)線在國內(nèi)的應用樹立了典范[9]。

隨著大飛機的成功研制以及新一代渦槳支線飛機MA700的立項，中航工業(yè)西飛結(jié)合型號正在進行數(shù)字化總裝脈動生產(chǎn)線的規(guī)劃與建設；國內(nèi)其他航空公司（如洪都公司、成飛公司等）也開展了飛機裝配脈動生產(chǎn)線的工程項目。

飛機數(shù)字化總裝脈動生產(chǎn)線關鍵技術(shù)分析

飛機總裝脈動生產(chǎn)線是全面提升總裝產(chǎn)品質(zhì)量和裝配效率的有效途徑。近年來，隨著大量飛機型號進入批量生產(chǎn)階段，飛機總裝脈動生產(chǎn)線作為國內(nèi)新型生產(chǎn)組織模式，其相關技術(shù)研究尤為迫切。飛機數(shù)字化總裝脈動生產(chǎn)線關鍵技術(shù)包括:大部件數(shù)字化對接技術(shù)、數(shù)字化檢測技術(shù)、精準移動技術(shù)、集成裝配平臺技術(shù)、物料精益配送技術(shù)等。

（1）大部件數(shù)字化對接技術(shù)。

大部件對接技術(shù)是實現(xiàn)機翼與機身等的裝配。數(shù)字化對接是利用數(shù)字化測量技術(shù)、計算機控制技術(shù)等實現(xiàn)飛機部件的自動對接。20世紀80年代以來，隨著數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展，自動對接逐漸廣泛應用在西方的飛機制造業(yè)中[10]。波音公司在787等飛機研制過程中，采用激光跟蹤儀、iGPS等數(shù)字化測量設備對飛機部件上的控制點、交點孔等位置進行檢測，協(xié)助飛機部件直接對接[11]。

國內(nèi)通過自動化對接平臺實現(xiàn)大部件對接。根據(jù)飛機部件（機身、機翼等）的結(jié)構(gòu)特點，工裝可采用柔性多點支撐陣列形式，滿足不同部件的支撐要求[12]。

（2）數(shù)字化檢測技術(shù)。

飛機數(shù)字化檢測包括飛機線纜和系統(tǒng)功能等檢測。隨著計算機控制技術(shù)和自動檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化在線檢測技術(shù)成為航空檢測領域的發(fā)展趨勢。國外波音、空客等航空公司在波音 757、F-35、A380、A320等飛機裝配中，已將模塊化在線檢測技術(shù)應用在航電、液壓、動力、火控等系統(tǒng)裝配、系統(tǒng)試驗等方面，實現(xiàn)了飛機線纜、系統(tǒng)的在線檢測、故障隔離。在國內(nèi)，對飛機總裝生產(chǎn)現(xiàn)場的故障診斷、故障隔離以及線路檢查缺乏有效手段和相應的檢測設備。為了實現(xiàn)數(shù)字化檢測，需要突破線纜和系統(tǒng)一體化在線檢測技術(shù)、全機在線檢測等技術(shù)，并構(gòu)建飛機總裝配快速、高效在線檢測平臺。

（3）精準移動技術(shù)。

精準移動技術(shù)實現(xiàn)了飛機在脈動式生產(chǎn)線上的移動、裝配所需物料的配送以及路徑的選擇，國內(nèi)外航空企業(yè)非常重視這方面的研究，并且研制開發(fā)了一些實用和新穎的移動設備。在飛機總裝脈動式生產(chǎn)線上主要應用有飛機牽引車、自主引導搬運車（AGV）、氣墊運輸系統(tǒng)、嵌入式軌道移動系統(tǒng)等。

精準移動設備的使用要依據(jù)具體工作內(nèi)容進行確定，如在波音公司的脈動式生產(chǎn)線上，飛機在二號工作區(qū)安裝好主起落架后，可依靠自身起落架支撐飛機，采用飛機牽引車拖動飛機在飛機總裝脈動式生產(chǎn)線上移動；負責物料的配送運輸可采用AGV等。牽引設備精確移動定位與集成控制技術(shù)，移動設備優(yōu)化設計技術(shù)等是實現(xiàn)精準移動的關鍵。

（4）集成裝配平臺技術(shù)。

在飛機總裝脈動生產(chǎn)線中，為減少總裝線上的工裝，以方便數(shù)字化生產(chǎn)線的管理，工裝不僅要具備移動性特點，而且需要工裝具有多功能性，形成集成裝配平臺。集成裝配平臺需要綜合考慮各個集成模塊的預置布局區(qū)域、物料放置區(qū)域、工裝工具放置區(qū)域、線路管路的鋪設區(qū)域以及操作人員的工作空間等因素，對工作平臺劃分相應的功能區(qū)域，保證系統(tǒng)運行、維護以及操作人員的工作條件。因此飛機總裝集成裝配平臺具有大負載、大尺寸、高集成的特點，需要重點研究集成裝配平臺移動技術(shù)、集成裝配平臺優(yōu)化設計技術(shù)、系統(tǒng)模塊化集成技術(shù)等。

（5）物料精益配送技術(shù)。

物料的準時化配送是實現(xiàn)飛機總裝脈動生產(chǎn)線的重要條件。為達到這一目標,飛機制造廠商需要與飛機零部件供應商分享其生產(chǎn)信息，并共同開發(fā)包含生產(chǎn)計劃、倉儲信息、生產(chǎn)進度、在途信息等內(nèi)容的物料配送管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對物料入庫及出庫信息的公開化，提高物流效率，減少物流倉儲成本，為精益化生產(chǎn)提供保障。

結(jié)束語

國內(nèi)飛機數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展迅速，已突破大型飛機組件、部件數(shù)字化裝配技術(shù)，并研制了相應的數(shù)字化關鍵裝備，但飛機總裝基本上仍然采用傳統(tǒng)裝配方式，與波音、空客等飛機模塊化裝配、總裝脈動生產(chǎn)、系統(tǒng)集成檢測等數(shù)字化總裝技術(shù)存在巨大差距，已成為制約飛機生產(chǎn)能力提升的瓶頸環(huán)節(jié)。通過深入研究飛機總裝生產(chǎn)線技術(shù)，建立適合我國飛機裝配的脈動生產(chǎn)線，對于提升飛機制造水平和生產(chǎn)管理水平，實現(xiàn)大飛機等型號的批量生產(chǎn)具有重要意義。

[1]李金龍, 杜寶瑞, 王碧玲, 等. 脈動裝配生產(chǎn)線的應用與發(fā)展[J]. 航空制造技術(shù),2013(17):58-60.

LI Jinlong, DU Baorui, WANG Biling, et al.Application and development of pulse assembly line[J]. Aeronautical Manufacturing Technology,2013(17):58-60.

[2]范玉青. 波音787:“全球制造”下的總裝革新[J]. 大飛機, 2014(1):40-43.

FAN Yuqing. Assembly innovation in"Global Manufacturing" of Boeing 787[J]. Jetliner,2014(1):40-43.

[3]任曉華. 洛克希德·馬丁公司的F-22戰(zhàn)斗機裝配生產(chǎn)線[J]. 航空制造技術(shù),2006(8):36-38.

REN Xiaohua. The F-22 aircraft assembly line of Lockheed Martin space systems company[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2006(8):36-38.

[4]許國康. 飛機總裝移動生產(chǎn)線技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù) , 2008(20):40-43.

XU Guokang. Movable production line technology for aircraft assembly[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2008(20):40-43.

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

CHEN Shaowen, WANG Ge, SUN Luojia.Lean manufacturing and aircraft mobile assembly line[J]. Aeronautical Manufacturing Technology,2011(16):34-37.

[6]袁立. 現(xiàn)代飛機數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線[J]. 航空科學技術(shù), 2011(5):1-4.

YUAN Li. Digital flexible assembly line of modern aircraft[J]. Aviation Science and Technology, 2011(5):1-4.

[7]陳紹文. 航空產(chǎn)品移動式裝配的動向和對策[N]. 中國航空報, 2013-1-10(T03).

CHEN Shaowen. The trend and countermeasure of mobile aviation assembly[N].China Aviation News, 2013-1-10(T03).

[8]李洋, 桑龍. 淺談飛機總裝自動化裝配生產(chǎn)線[J]. 裝備制造技術(shù), 2011(10):132-134.

LI Yang, SANG Long. The automatic aircraft assembly line[J]. Equipment Manufacturing Technology, 2011(10):132-134.

[9]彭明富. 搶占航空制造技術(shù)制高點[N]. 中國航空報, 2013-4-20(003).

PENG Mingfu. Seize the commanding heights of aviation manufacturing technology[N].China Aviation News, 2013-4-20(003).

[10]金慶勉, 金加奇. 飛機機身自動對接技術(shù)研究[J]. 航空制造技術(shù), 2014(19):72-75.

JIN Qingmian, JIN Jiaqi. Study on aircraft fuselage automatic joining technology[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2014(19):72-75.

[11]李旭龍. 飛機翼身對接中的自動定位技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)[D]. 南京: 南京航空航天大學, 2011.

LI Xulong. Research on the technology of automatic location for wing fuselage connection and developing of the control system software[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2011.

[12]李西寧, 胡匡植, 李維亮, 等. 飛機數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù) , 2013(12):40-43.

LI Xining, HU Kuangzhi, LI Weiliang,et al. Aircraft digital flexible assembly tooling technology[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2013(12):40-43.