嚴金鳳

（南京理工大學　工程訓練中心，江蘇　南京　210094）

引言

隨著我國飛機制造業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是大型商用飛機和軍用飛機需求量劇增，研制任務增多，我國的飛機制造模式正在向多品種、小批量轉(zhuǎn)型?；诰嫠枷氲娘w機移動式裝配線已成為飛機生產(chǎn)新模式，世界各大航空制造企業(yè)競相采用。比如波音737和757機型的總裝配線就是采用連續(xù)移動式的裝配線，具有生產(chǎn)節(jié)拍均衡、生產(chǎn)周期和裝配工時短、標準化工作、工作地可視化等特點[1-2]。

脈動式裝配線作為移動式裝配線的一種，使用模塊式方式設(shè)計總裝配線，通過站位劃分使得生產(chǎn)過程按設(shè)定的節(jié)拍進行站位式裝配作業(yè)，具有工位專業(yè)化程度高、生產(chǎn)節(jié)奏性強、數(shù)字化程度高等特點，裝配作業(yè)分工明確細致、工作量單一重復，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)線一般配備專業(yè)的物流供給線。目前此種作業(yè)模式在我國的飛機制造企業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用，比如中航工業(yè)西飛建成國內(nèi)首條飛機總裝脈動生產(chǎn)線、中航飛機漢中飛機分公司總裝脈動生產(chǎn)線、中航工業(yè)洪都集團總裝脈動生產(chǎn)線等，在數(shù)字化裝配技術(shù)，裝配智能制造體系構(gòu)建、物流系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)線平衡等關(guān)鍵環(huán)節(jié)已取得重大突破。但我國飛機制造企業(yè)的總裝脈動生產(chǎn)線仍處于起步階段，在作業(yè)資源調(diào)度、生產(chǎn)任務分配等方面仍按傳統(tǒng)方式運作，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[3]。

1　裝配智能制造體系

以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、計算機仿真以及網(wǎng)絡安全等關(guān)鍵技術(shù)作為支撐，飛機總裝脈動生產(chǎn)線裝配智能制造體系主要包括CAPP、ERP、PDM、MES。裝配智能制造體系中各系統(tǒng)的高度集成是實現(xiàn)飛機總裝脈動生產(chǎn)線裝配過程數(shù)字化、標準化的基礎(chǔ)，其中的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing execution system，MES）作為支持飛機總裝脈動生產(chǎn)線數(shù)字化裝配過程的核心模塊，可以有效解決車間管理落后的問題[4]。

如圖1所示，MES系統(tǒng)是與傳感網(wǎng)絡一起負責底層設(shè)備信息的反饋處理與上層計劃指令的傳達、執(zhí)行。目前MES系統(tǒng)在飛機總裝脈動生產(chǎn)線應用非常廣泛，廠房內(nèi)配備電子顯示屏、現(xiàn)場可視化觸摸屏電腦等移動終端，從設(shè)計信息、裝配指令、物流管理等方面實現(xiàn)無紙化管理，利用傳感器技術(shù)對人員狀態(tài)信息、物料狀態(tài)信息、生產(chǎn)進度信息等進行監(jiān)控與調(diào)度。但是目前我國各飛機總裝脈動生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)應用廣度和深度仍不夠，應用主要局限于作業(yè)指導和生產(chǎn)過程監(jiān)控，與其他系統(tǒng)集成度不夠，設(shè)計變更數(shù)據(jù)和工藝變更數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理不到位，在實際應用過程中仍存在較多問題。

圖1　飛機總裝脈動生產(chǎn)線多層次模型

2　數(shù)字化裝配技術(shù)

飛機先進的數(shù)字化裝配技術(shù)是保證飛機總裝脈動生產(chǎn)線能夠順利運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前我國飛機總裝脈動生產(chǎn)線應用的數(shù)字化裝配技術(shù)主要包括大部件數(shù)字化對接技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)、自動鉆鉚技術(shù)與裝備等。大部件對接技術(shù)和數(shù)字化測量技術(shù)都有賴于高精度的測量技術(shù)，同時，精準的測量數(shù)據(jù)也是實現(xiàn)工件定位、蒙皮制孔、連接和對接等的基礎(chǔ)。在我國飛機總裝脈動生產(chǎn)線數(shù)字化裝配過程中應用較為廣泛的數(shù)字化測量系統(tǒng)主要有激光跟蹤儀、iGPS（indoorGPS）和數(shù)字照相測量系統(tǒng)[5-6]。

飛機總裝脈動生產(chǎn)線中的裝配對象、裝配資源和裝配工藝是其裝配系統(tǒng)的核心三要素?；贛BD（Model-Based Design）技術(shù)的三維數(shù)字化虛擬裝配技術(shù)通過構(gòu)建產(chǎn)品-工藝-資源一體的PPR（Product-Process-Resource）多層次模型，以可視化方式研究和解決飛機裝配過程中的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計等問題，滿足整個制造過程的不同仿真需求，見圖2。數(shù)字化企業(yè)精益制造交互式應用DELMIA通過數(shù)字化裝配技術(shù)，能夠真實模擬飛機的裝配過程，是目前較多飛機總裝脈動生產(chǎn)線選用的平臺[6-7]。

圖2　飛機總裝脈動生產(chǎn)線多層次模型

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)可以實現(xiàn)虛擬沉浸環(huán)境下的裝配過程三維交互，工藝人員可以模擬真實的飛機總裝脈動生產(chǎn)線的裝配過程[7-8]。利用VR技術(shù)可以實現(xiàn)對裝配過程中的人體疲勞度、可視性、可達性等方面進行檢驗和優(yōu)化設(shè)計，其準確度的關(guān)鍵是模型精度級別。

3　物流系統(tǒng)設(shè)計

物料的準時配送是飛機總裝配線實現(xiàn)脈動的重要條件，因此物流系統(tǒng)的設(shè)計在飛機總裝脈動生產(chǎn)線布局優(yōu)化與設(shè)計中至關(guān)重要。以五站位飛機總裝脈動生產(chǎn)線為例，飛機總裝脈動生產(chǎn)線主要包括站位主體、物流供給系統(tǒng)、現(xiàn)場可視化管理系統(tǒng)、工裝設(shè)備、庫存車間等五大部分組成，生產(chǎn)現(xiàn)場物流資源主要包括AGV小車、叉車、吊車等[9-10]。

在裝配過程中，各個站位在執(zhí)行某一道裝配指令或工序時要將所需的物料、工具工裝、輔料等一起按照裝配順序擺放在配送箱上，利用AGV小車等設(shè)備送到相應站位，因此飛機總裝脈動生產(chǎn)線的物流系統(tǒng)具有大批量、多站位、高聯(lián)動的特點。傳統(tǒng)飛機裝配站位、線邊庫存、物料待加工區(qū)域布局設(shè)計大多憑經(jīng)驗，在實際生產(chǎn)過程中，存在物料配送節(jié)拍與站位裝配節(jié)拍不一致、運輸不及時、物流效率低等問題。因此，如何通過物流系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)物料的準時配送是亟待解決的問題。目前我國飛機總裝脈動生產(chǎn)線物流系統(tǒng)設(shè)計主要采用DELMIA、eM-Plant、Quest等軟件進行建模仿真，構(gòu)建生產(chǎn)線布局、制造過程模型，并對布局和物流系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計[11-12]。

圖3　飛機總站脈動生產(chǎn)線布局示意圖

4　結(jié)語

國內(nèi)飛機總裝脈動生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展迅速，已突破裝配智能制造體系、數(shù)字化裝配技術(shù)、物流系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向精益制造方式轉(zhuǎn)變，是我國飛機制造業(yè)邁向世界水平的必由之路。但目前我國飛機脈動生產(chǎn)模式存在自動化水平低、缺乏規(guī)范和標準、3D模型精度低、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可靠性不高、產(chǎn)品型號適應性差等問題，已成為制約我國飛機總裝脈動生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展的瓶頸[13-14]。通過深入研究飛機總裝脈動生產(chǎn)線技術(shù)，建立適合我國飛機總裝配過程的脈動生產(chǎn)線，對于實現(xiàn)大型商用飛機和軍用飛機等型號的批量生產(chǎn)具有重要意義。

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

[2]張斌，董晨琳.中航飛機漢中飛機分公司總裝脈動生產(chǎn)線進入試運行[N].中國航空報，2016-12-15（003）.

[3]李西寧，支劭偉，蔣博，等.飛機總裝數(shù)字化脈動生產(chǎn)線技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2016（10）：48-51.

[4]鄭諧，王婷，徐云天.飛機脈動式裝配線規(guī)范化研究[J].航空標準化與質(zhì)量，2017（2）：20-24.

[5]宋利康，鄭堂介，黃少華，等.飛機裝配智能制造體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2015（13）：40-45；50.

[6]薛良昌.飛機總裝脈動生產(chǎn)線及其信息管理系統(tǒng)的應用于研究[J].航空制造技術(shù)，2014（18）：89-91.

[7]鄭力，江平宇，喬立紅.制造系統(tǒng)研究的挑戰(zhàn)和前沿[J].機械工程學報，2010，46（21）：124-136.

[8]朱海平，邵新宇，張國軍.不確定信息條件下的車間調(diào)度策略研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2006，12（10）：1 637-1 642.

[9]梅中義，朱三山，楊鵬.飛機數(shù)字化柔性裝配中的數(shù)字測量技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2011（17）：44-49.

[10]陳文亮，潘國威，丁力平.飛機數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].航空制造技術(shù)，2016（8）：26-30.

[11]張輝，孫茜，吳曉瑜.DELMIA虛擬裝配技術(shù)在飛機研制中的應用[J].航空制造技術(shù)，2012（1）：89-91.

[12]王宏鋒，萬蕾.基于虛擬現(xiàn)實（VR）的飛機部件裝配工藝技術(shù)研究與應用[J].航空制造技術(shù)，2017（21）：39-43.

[13]嚴金鳳，汪圓.基于SLP的飛機總裝脈動生產(chǎn)線布局設(shè)計[J].2015，37（7）：113-116.

[14]郭佳，吳永林.通用飛機總裝脈動式生產(chǎn)線構(gòu)建[J].航空制造技術(shù)，2015（5）：58-61.