■ 高鴿 張晗 王海寧 郭桃都 / 中國(guó)航發(fā)黎明

隨著信息技術(shù)和管理理念的快速發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的固定站位的工序移動(dòng)式手工裝配模式，在效率、質(zhì)量方面均顯落后。伴隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配模式的變革，建立精益裝配線已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)工廠升級(jí)的必由之路。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配先后經(jīng)歷了固定集中裝配、固定分散裝配和工序移動(dòng)式裝配、脈動(dòng)裝配線等幾種模式的變遷。近年來(lái)，由于信息技術(shù)和管理理念快速發(fā)展，精益裝配線的概念開始出現(xiàn)，并得到初步應(yīng)用。

精益裝配線是將先進(jìn)的數(shù)字化裝配技術(shù)、管理理念集成融合到生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)基于工藝和生產(chǎn)過(guò)程全面優(yōu)化、基于模型的產(chǎn)品全過(guò)程數(shù)字化制造，以及基于信息流、物流集成的精益化生產(chǎn)管控，以提高生產(chǎn)線運(yùn)行效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的新型裝配線。

羅羅公司是將精益裝配線應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的先行者之一，其遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)中采用了精益裝配線，核心機(jī)部分采用固定站位裝配，后續(xù)則采用基于下部吊裝設(shè)備的脈動(dòng)裝配模式（如圖1所示）。賽峰飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司在2011年也建立了CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)的精益裝配線（如圖2所示），從而將完成一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的時(shí)間減少為10天，對(duì)比在1999年所需的29天，顯著縮短了裝配周期。

精益裝配線的特點(diǎn)

通過(guò)羅羅公司和賽峰飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的實(shí)踐，可以看到精益裝配線的特點(diǎn)主要有以下幾方面。

裝配參數(shù)檢測(cè)數(shù)字化

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程包含大量間隙、配合、跳動(dòng)及力矩等參數(shù)測(cè)量。通過(guò)大量采用數(shù)字化測(cè)量工具和設(shè)備，可以提升測(cè)量精度和穩(wěn)定性，大幅降低人為因素影響，提升裝配質(zhì)量。

局部過(guò)程自動(dòng)化

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積質(zhì)量大、裝配空間受限，主要依靠人工進(jìn)行裝配。通過(guò)大量應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，并通過(guò)機(jī)械、電子手段實(shí)現(xiàn)技術(shù)防錯(cuò)，能有效保證相關(guān)裝配特性，提升裝配過(guò)程的質(zhì)量穩(wěn)定性。

人機(jī)工程與助力裝配

圖1 遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的精益裝配線

圖2 CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)的精益裝配線

良好的人機(jī)工程與助力裝配可降低裝配人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提升裝配過(guò)程的效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。先進(jìn)的精益裝配線在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮人機(jī)協(xié)同，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中的升降和翻轉(zhuǎn)（或沿軸線滾轉(zhuǎn)），保證裝配人員的良好姿態(tài)。

倉(cāng)儲(chǔ)物流信息化

航空發(fā)動(dòng)機(jī)零組件數(shù)量眾多，平鋪式零組件存放方式導(dǎo)致配套面積嚴(yán)重侵占生產(chǎn)面積，通過(guò)將各配套件原始物料信息錄入條形碼，以條形碼作為識(shí)別依據(jù)將所有配套件存儲(chǔ)于數(shù)字化立庫(kù)。發(fā)動(dòng)機(jī)配臺(tái)時(shí)，根據(jù)物料清單，數(shù)字化立庫(kù)自動(dòng)配臺(tái)，并提取相應(yīng)電子物料信息。配套件通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)小車準(zhǔn)確及時(shí)地運(yùn)送至各生產(chǎn)工位，電子物料信息同步傳遞。數(shù)字化立庫(kù)的應(yīng)用既能更有效地利用空間，變相擴(kuò)大生產(chǎn)面積，又能提高物料配送的精確性及準(zhǔn)確性。

工檢文件一體化、無(wú)紙化

采用傳統(tǒng)的人工方式在裝配現(xiàn)場(chǎng)對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄，無(wú)法及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，另外，通過(guò)紙質(zhì)文件記錄、傳遞和歸檔質(zhì)量信息，不利于質(zhì)量數(shù)據(jù)的整理、分析和追溯。航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中大量的工藝文件和質(zhì)量記錄，若通過(guò)較為完善的文件體系，良好地將工藝文件及質(zhì)量記錄合二為一，并借助信息化手段基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)紙化，技術(shù)狀態(tài)管控和裝配過(guò)程的可追溯性便能大幅提高，與生產(chǎn)計(jì)劃的制訂結(jié)合更加緊密，減輕了操作者負(fù)擔(dān)。

精益裝配線建設(shè)需求

精益裝配線的建立是一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配模式的整體變革，是一項(xiàng)涵蓋生產(chǎn)管理、工藝優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新、分配模式、員工素養(yǎng)等諸多方面的系統(tǒng)工程。從思想意識(shí)和實(shí)際操作中，建立精益裝配線還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)需求。

將精益制造思想融合到生產(chǎn)線的構(gòu)建與實(shí)踐中

裝配生產(chǎn)線的核心及基礎(chǔ)就是精益制造，只有從領(lǐng)導(dǎo)到員工都深刻領(lǐng)會(huì)并愿意積極踐行和善于應(yīng)用各種精益工具，生產(chǎn)線才會(huì)有生命和活力。

保證全方位參加

精益生產(chǎn)線的構(gòu)建不局限于總裝線、總裝車間，需要整個(gè)工廠生產(chǎn)計(jì)劃、物資供應(yīng)、設(shè)備保障、設(shè)計(jì)協(xié)同、工藝保障等全方位參與，缺少任何一環(huán)都會(huì)導(dǎo)致精益生產(chǎn)線運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題。

做好精益裝配線產(chǎn)線規(guī)劃

產(chǎn)線的建設(shè)涉及產(chǎn)線線體設(shè)計(jì)、新工藝技術(shù)應(yīng)用評(píng)估、各種異常情況處理預(yù)案、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物料配送系統(tǒng)等，是關(guān)系到整個(gè)企業(yè)的系統(tǒng)工程；在吃透先進(jìn)精益線的基礎(chǔ)上，進(jìn)行充分的論證及數(shù)字孿生的產(chǎn)線仿真后，再進(jìn)行產(chǎn)線實(shí)體的搭建。

不接收、不制造、不傳遞缺陷

利用數(shù)據(jù)信息載體和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“三不”目標(biāo)；具有完備的質(zhì)量控制措施， 滿足“零缺陷”生產(chǎn)的要求；具備在線檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能；滿足產(chǎn)品信息按零部件批次、工位設(shè)備等可追溯性要求；時(shí)時(shí)防錯(cuò)，處處防漏。

排除操作人員的個(gè)人因素的影響，確保過(guò)程受控

工藝過(guò)程描述要求獨(dú)立、唯一、明確和數(shù)字化；明確各生產(chǎn)過(guò)程初始狀態(tài)（工件、裝備和人員）；所有的行為和動(dòng)作必須采集信息，保證和設(shè)定方式一致；所有的實(shí)時(shí)工藝參數(shù)必須采集；所有的結(jié)果必須與控制要求進(jìn)行比對(duì)，給出結(jié)論并記錄；所有的結(jié)論必須有決策，并反饋給操作人員，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)精益裝配線的構(gòu)建

通過(guò)對(duì)精益裝配線的特點(diǎn)和需求分析可以看出，要構(gòu)建航空發(fā)動(dòng)機(jī)精益裝配線，必須對(duì)工藝技術(shù)、硬件應(yīng)用技術(shù)(含傳感技術(shù))、工業(yè)軟件、數(shù)據(jù)分析及標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程等開展深入的應(yīng)用研究，這是構(gòu)建精益裝配線的重要基礎(chǔ)，也是需要重點(diǎn)攻克的難題。

參考架構(gòu)模型

在精益裝配線的構(gòu)建過(guò)程中，可供參考的架構(gòu)模型主要有工業(yè)4.0的參考架構(gòu)模型（RAMi4.0）與美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）的架構(gòu)模型（IIRA）。

RAMi4.0主要依據(jù)全生命周期和價(jià)值鏈維度、層次結(jié)構(gòu)維度和功能級(jí)維度建立。全生命周期和價(jià)值鏈維度分為樣機(jī)（開發(fā)、維護(hù)/使用）、產(chǎn)品（生產(chǎn)、維護(hù)/使用）。層次結(jié)構(gòu)維度分為互聯(lián)世界、企業(yè)、工作中心、站、控制設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、產(chǎn)品。功能級(jí)維度分為商業(yè)、功能、信息、通信、集成和資產(chǎn)，可以將它理解為一種信息建模方法，用于對(duì)另外兩個(gè)維度建模，即對(duì)生命周期維度進(jìn)行價(jià)值鏈建模，對(duì)層次結(jié)構(gòu)維度進(jìn)行技術(shù)對(duì)象建模。RAMi4.0在功能級(jí)維度上通過(guò)建立企業(yè)各種資源庫(kù)（產(chǎn)品庫(kù)、設(shè)備庫(kù)、工藝庫(kù)等），保證全生命周期及生產(chǎn)管理工具中實(shí)現(xiàn)資源互聯(lián)互通和互操作。

IIRA則包括商業(yè)視角、使用視角、功能視角和實(shí)現(xiàn)視角4個(gè)層級(jí)。其功能架構(gòu)確定了商業(yè)、運(yùn)營(yíng)、信息、應(yīng)用和控制5大功能領(lǐng)域，以及系統(tǒng)安全、信息安全、彈性、互操作性、連接性、數(shù)據(jù)管理、高級(jí)數(shù)據(jù)分析、智能控制、動(dòng)態(tài)組合9大系統(tǒng)特性。在功能架構(gòu)基礎(chǔ)上，IIC 進(jìn)一步確定了由邊緣層、平臺(tái)層和企業(yè)層組成的系統(tǒng)架構(gòu)，以及各層包含的軟硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)精益裝配線整體架構(gòu)

參考以上兩種架構(gòu)模型，結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)工廠實(shí)際情況，精益裝配線的整體架構(gòu)應(yīng)包括4個(gè)層級(jí)：企業(yè)層、車間層、集控層和現(xiàn)場(chǎng)層。其中，在企業(yè)層，利用產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)平臺(tái)、企業(yè)資源計(jì)劃平臺(tái)、全生命周期質(zhì)量管理平臺(tái)、綜合維修與服務(wù)保障平臺(tái)、綜合辦公協(xié)同平臺(tái)6大系統(tǒng)，覆蓋企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程，向車間層傳遞生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)文件等信息，并接收車間層執(zhí)行過(guò)程中質(zhì)量、裝配履歷等數(shù)據(jù)的反饋；在車間層，以產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)平臺(tái)、企業(yè)資源計(jì)劃平臺(tái)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)改造升級(jí)并擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)調(diào)度、工藝狀態(tài)、物流配送等業(yè)務(wù)管理，對(duì)制造執(zhí)行過(guò)程全面管控；在集控層，以工業(yè)總線為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控；在現(xiàn)場(chǎng)層，建設(shè)脈動(dòng)生產(chǎn)線，配備數(shù)字化和自動(dòng)化的裝配、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)備，為精益裝配線的形成提供底部支撐。

根據(jù)上述層級(jí)的劃分，構(gòu)建精益裝配線首先應(yīng)建立主生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)字化車間系統(tǒng)、配套支撐環(huán)境3大部分。

主生產(chǎn)系統(tǒng)位于現(xiàn)場(chǎng)層，核心是建設(shè)脈動(dòng)裝配線。結(jié)合脈動(dòng)裝配線和合理優(yōu)化后的裝配工藝進(jìn)行設(shè)置，融入先進(jìn)的數(shù)字化裝配技術(shù)作為支撐，提升裝配效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，產(chǎn)線設(shè)置大量信息傳感器，接收并執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃、物料供應(yīng)、工藝文件等指令信息，反饋管控系統(tǒng)所需的生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量數(shù)據(jù)、異常問(wèn)題等信息，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)模式，確保產(chǎn)線高效穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)配備數(shù)字化裝配工具、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)、數(shù)字化檢驗(yàn)檢測(cè)工具以及其他輔助配套設(shè)備，采用工業(yè)控制網(wǎng)將各類設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集集成，全面構(gòu)建精益裝配線，提高裝配線制造響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)全透明管理。

數(shù)字化車間系統(tǒng)貫穿企業(yè)層、車間層和集控層。以產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)平臺(tái)、企業(yè)資源計(jì)劃平臺(tái)、全生命周期質(zhì)量管理平臺(tái)等系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配全過(guò)程數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化管理。在數(shù)字化裝配工藝管理方面，形成包含設(shè)計(jì)信息、制造信息、檢驗(yàn)檢測(cè)規(guī)劃等的數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)裝配工藝技術(shù)狀態(tài)數(shù)字化管理。以裝配制造執(zhí)行管理系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排產(chǎn)、生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化管控。以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)裝配任務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)將自動(dòng)化分系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接集成，形成承接車間上下層信息交互的信息樞紐，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行工單自動(dòng)接收、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、工件位置和狀態(tài)自動(dòng)追蹤、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備遠(yuǎn)程控制等業(yè)務(wù)功能。通過(guò)各層級(jí)信息系統(tǒng)的緊密集成，組成精益裝配線的“大腦”，形成結(jié)構(gòu)化信息知識(shí)積累，通過(guò)知識(shí)庫(kù)的積累、儲(chǔ)存、共享、挖掘，使之成為現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靈活分析與決策的知識(shí)庫(kù)。

配套支撐環(huán)境的建設(shè)包括數(shù)字化識(shí)別設(shè)備、服務(wù)器及存儲(chǔ)等，并構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和信息安全系統(tǒng)，為精益裝配線整體安全高效運(yùn)行提供基礎(chǔ)環(huán)境支撐。

結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是高端裝配制造業(yè)的典型代表，以資金密集、技術(shù)密集著稱。受航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配特點(diǎn)限制，傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)基本沿用固定站位的工序移動(dòng)式手工裝配模式進(jìn)行生產(chǎn)，為提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平，在日益激烈的國(guó)際大環(huán)境中占得一席之地，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配模式急需變革，而通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化理念構(gòu)建精益裝配線，提升質(zhì)量穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率，是今后發(fā)展的主要方向。

構(gòu)建航空發(fā)動(dòng)精益裝配線雖迫在眉睫，卻須“緩步緩行”，要在充分透徹學(xué)習(xí)先進(jìn)精益線的基礎(chǔ)上，結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，深入開展體系架構(gòu)和運(yùn)行模式的研究。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)精益裝配線需要緊密結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化環(huán)境基礎(chǔ)，突破共性關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)后，進(jìn)行小范圍示范應(yīng)用，再逐步推廣。

成熟穩(wěn)定的裝配技術(shù)和批量化的產(chǎn)品需求是精益裝配線規(guī)劃的基礎(chǔ)，裝配技術(shù)能力的提升及數(shù)字化裝配技術(shù)的應(yīng)用是精益裝配線的先決因素，應(yīng)該得到足夠的重視和支持。