劉 敏，王大維，楊艷瑞，楊五兵

（中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，沈陽 110000）

精益生產(chǎn)是起源于日本豐田汽車公司的一種生產(chǎn)管理方法。其核心是追求消滅包括庫存在內(nèi)的一切“浪費(fèi)”，并圍繞此目標(biāo)發(fā)展了一系列具體方法，形成了一套獨(dú)具特色的生產(chǎn)經(jīng)營管理體系[1]。精益生產(chǎn)思想的最終目標(biāo)是企業(yè)利潤的最大化。但管理中的具體目標(biāo)，則通過消滅生產(chǎn)中的一切浪費(fèi)來實現(xiàn)成本的最低化[2]。因此精益生產(chǎn)線規(guī)劃主要研究生產(chǎn)線上面積浪費(fèi)、搬運(yùn)浪費(fèi)、等待浪費(fèi)、動作浪費(fèi)等行為，通過降低或消除非增值時間，達(dá)到提高員工工作效率的目的。目前國內(nèi)眾多學(xué)者對精益生產(chǎn)理念進(jìn)行了大量的研究，其中楊國榮等[3]提出了總裝移動生產(chǎn)線構(gòu)建架構(gòu)及各系統(tǒng)的基本組成，并以新舟國產(chǎn)渦槳支線飛機(jī)精益化構(gòu)建具體實例證明了精益生產(chǎn)在生產(chǎn)線建設(shè)中的重要性；林煒生[4]通過對精益生產(chǎn)、生產(chǎn)線平衡等理論的研究，實現(xiàn)了手機(jī)裝配生產(chǎn)線平衡改善，提升企業(yè)的核心競爭力；王晶[5]采取取消、合并作業(yè)工序，平衡生產(chǎn)線節(jié)拍以及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化等精益改進(jìn)措施，優(yōu)化了雷達(dá)數(shù)字陣列模塊組件生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)線產(chǎn)能。當(dāng)前，德國的工業(yè)4.0為全球制造業(yè)描繪出了第四次工業(yè)革命的宏偉藍(lán)圖，建立人機(jī)一體的智慧工廠（Smart factory）。實施工業(yè)4.0的核心問題之一是構(gòu)建智慧工廠的生產(chǎn)線，即將大量先進(jìn)技術(shù)組織為有機(jī)整體，并固化為生產(chǎn)線及管理模式，從而通過大幅提升生產(chǎn)效率，將生產(chǎn)線的精益化水平推向新高峰[6]。

空客A220飛機(jī)，前身為加拿大龐巴迪C系列客機(jī)，是一款窄體、雙引擎、中程噴氣客機(jī)，中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司承擔(dān)著A220項目前、中、后機(jī)身，艙門，尾錐，中央翼盒和翼身整流罩7個工作包產(chǎn)品的裝配任務(wù)（圖1）。目前，A220飛機(jī)艙門工作包月產(chǎn)4架，按照公司規(guī)劃目標(biāo)需求，需保證在現(xiàn)有人力基礎(chǔ)上，通過生產(chǎn)線規(guī)劃改善，滿足月產(chǎn)6架的生產(chǎn)能力，由于在以往的艙門布局中，車間著重于裝配工藝的實現(xiàn)，即裝配出滿足客戶需求的艙門工作包產(chǎn)品，對現(xiàn)場工時數(shù)據(jù)、浪費(fèi)現(xiàn)象缺乏足夠的認(rèn)識，導(dǎo)致員工工作效率低。為了滿足艙門爬坡生產(chǎn)需求，需要對當(dāng)前工藝布局進(jìn)行改善，消除生產(chǎn)現(xiàn)場種種不良浪費(fèi)現(xiàn)象，提高員工工作效率，打造精益化的艙門生產(chǎn)線。

生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

1 艙門生產(chǎn)工藝流程

A220飛機(jī)艙門工作包單架份需完成8個門的裝配任務(wù)，分別是前登機(jī)門（FPD）、后登機(jī)門（APD）、前服務(wù)門（FSD）、后服務(wù)門（ASD）、前貨艙門（CCD–1）、后貨艙門（CCD–2）、左應(yīng)急門（OWEED–1）、右應(yīng)急門（OWEED–2）各1個，圖2為前登機(jī)門裝配流程圖（其他門裝配順序與前登機(jī)門相同）。如圖2所示，前登機(jī)門從主結(jié)構(gòu)定位至存儲發(fā)運(yùn)共分為8個站位節(jié)拍，除檢驗調(diào)試工位上/下架過程中需使用吊車外，其余各站位節(jié)拍之間全部需要采用人工拖車轉(zhuǎn)移。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量

在生產(chǎn)線規(guī)劃過程中，各操作工序工時是最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為了對工時數(shù)據(jù)準(zhǔn)確收集，采用現(xiàn)場觀察的時間測量法，對生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)每道工序進(jìn)行裝配時間測量，表1為經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計后艙門結(jié)構(gòu)組件裝配周期，其中VA表示增值時間，即客戶認(rèn)為有價值的活動時間，例如完成艙門產(chǎn)品裝配的一系列操作，清潔、鉆孔、鉚接等活動產(chǎn)生的時間。NVA表示非增值時間，即在客戶眼中只增加成本，而不增加價值的活動行為產(chǎn)生的時間，例如停滯、等待、搬運(yùn)、不良動作等產(chǎn)生的時間均屬于非增值時間。根據(jù)精益改善的原則，在生產(chǎn)線規(guī)劃中，需要制定策略，消除非增值時間，進(jìn)而提高單位時間產(chǎn)出比。圖3為各站位節(jié)拍有效增值時間參考工作人力后得到的裝配工時數(shù)據(jù)曲線。

圖1 沈飛民機(jī)空客A220項目Fig.1 Airbus A220 program of SACC

圖2 前登機(jī)門裝配流程圖Fig.2 FPD assembly flow chart

根據(jù)公司規(guī)劃目標(biāo)需求，A220項目艙門生產(chǎn)線未來年產(chǎn)量為72架，即月產(chǎn)6架，按照每個月有效工作天數(shù)24d、每天工作時間為7.5h計算，生產(chǎn)線節(jié)拍CT（Cycle time）為24/6=4d/架。基于上述工時曲線和客戶生產(chǎn)節(jié)拍要求計算得出新增工裝數(shù)量如表2所示。

同時，通過現(xiàn)場實際觀測，繪制意大利面條圖，分析浪費(fèi)現(xiàn)象的來源，如圖4所示，以前登機(jī)為例，從現(xiàn)場觀測的意大利面條圖中可以得出如下結(jié)論：

（1）各工位輔助裝配設(shè)施距離加工位置較遠(yuǎn)，單位面積產(chǎn)出比非最佳，造成面積浪費(fèi)。

（2）操作者需要反復(fù)拿取搬運(yùn)零件和工具，產(chǎn)生搬運(yùn)浪費(fèi)。

總體布局規(guī)劃

1 總體布置原則

生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計是一種將空間、設(shè)備與成本等因素，運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析、研究和選擇，從而適應(yīng)企業(yè)的經(jīng)營管理模式、各環(huán)節(jié)的變化以及市場對產(chǎn)品需求的多元化要求。它有6個主要目標(biāo)[7]：

表1 艙門結(jié)構(gòu)產(chǎn)品裝配周期Table 1 Operator cycle time of A220 door

圖3 艙門裝配工時數(shù)據(jù)曲線圖Fig.3 Assembly time data curve of A220 door

表2 艙門工裝需求數(shù)量Table 2 Quantity of A220 door tooling jig 套

圖4 前登機(jī)門結(jié)構(gòu)件安裝工序意大利面條圖Fig.4 Spaghetti diagram of installation procedure for FPD structural parts

（1）工藝要求。生產(chǎn)對象流動順暢，避免工序之間的交錯疊加。

（2）最有效地利用空間。

（3）物料搬運(yùn)費(fèi)最少。

（4）保持生產(chǎn)和安排的柔性。

（5）適應(yīng)組織結(jié)構(gòu)的合理化和管理的方便。

（6）為職工提供安全、方便、舒適的作業(yè)環(huán)境。

為了確定生產(chǎn)線中的工位、設(shè)備、緩存區(qū)的數(shù)量和位置，同時達(dá)到上述規(guī)劃目標(biāo)，通常參考以下四種布置形式：產(chǎn)品原則布置、工藝原則布置、產(chǎn)品聚簇布置、固定工位布置。其中產(chǎn)品原則布置是按照生產(chǎn)線要求進(jìn)行布置；工藝原則布置按照機(jī)群進(jìn)行布置；產(chǎn)品聚簇布置按照分組歸納的方式進(jìn)行布置；固定工位布置按照工位要求進(jìn)行布置[8]。

盡管單架份A220飛機(jī)艙門產(chǎn)品有8個，但是其裝配工藝流程和生產(chǎn)節(jié)拍基本相同，因此可以將具有相似工藝路線的工序集中一個單元內(nèi)，建立柔性生產(chǎn)線，同時相似工序集中在一個單位內(nèi)便于生產(chǎn)線上輔助設(shè)施、工具、器材的集中管理，優(yōu)化面積的使用，可有效解決當(dāng)前艙門生產(chǎn)現(xiàn)場存在的由于輔助設(shè)施、工具、器材距離加工位置較遠(yuǎn)而導(dǎo)致的浪費(fèi)問題，因此綜合考慮后艙門生產(chǎn)線整體上應(yīng)按照產(chǎn)品聚簇式布置，即單元模塊化布置。在生產(chǎn)線布局規(guī)劃中，生產(chǎn)線平衡率是一個很重要的評價指標(biāo)，用于衡量流程中各站位節(jié)拍符合度，其計算公式如下[9]：

生產(chǎn)線平衡率=各工序時間總和/（最長作業(yè)時間×總工序數(shù)）

圖5為采用產(chǎn)品聚簇式布局且消除非增值時間后，得到的理論上8個站位節(jié)拍生產(chǎn)線平衡情況，經(jīng)過計算，生產(chǎn)線平衡率為84.1%。

2 總體布局形式

在確定了生產(chǎn)線的工藝流程、工裝設(shè)備數(shù)量、生產(chǎn)線總體布置原則之后，開始著手具體生產(chǎn)線方案設(shè)計，此時需確定生產(chǎn)線布局形式，一般生產(chǎn)線的布局形式見表3。表3為不同布局方式的優(yōu)缺點對比。

在確定生產(chǎn)線布局形式時，除了考慮工藝流程外，還需考慮各站位節(jié)拍之間的物流情況，即通過作業(yè)單位物流相關(guān)圖（穆德圖）對各節(jié)拍站位進(jìn)行物流相關(guān)強(qiáng)度分析，通常在物流強(qiáng)度分析中將作業(yè)單位間的物流強(qiáng)度劃分為5個等級，A（非常重要），E（較重要），I（重要），O（一般），U（無關(guān)）[8]。圖6為艙門生產(chǎn)線的作業(yè)單位物流表。通過相關(guān)表可以看出艙門整體工藝流程僅上下相鄰工序之間存在物流搬運(yùn)，特別地，在艙門主結(jié)構(gòu)定位，骨架成型、鉚接和補(bǔ)鉚3個節(jié)拍之間存在跨工位物流搬運(yùn)，其原因在于主結(jié)構(gòu)定位完成后個別支架或者隔板零件需要在補(bǔ)鉚工位安裝，且零件數(shù)量較少，因此物流強(qiáng)度定位I級。

根據(jù)艙門裝配工藝流程圖（圖2）以及作業(yè)單位物流相關(guān)圖（圖6）可知，A220項目艙門工作包在整體上裝配工藝順序上下銜接，整體上應(yīng)采用串聯(lián)布局方式。由于未來艙門需達(dá)到年產(chǎn)120架的生產(chǎn)能力，交付節(jié)奏較快，因此需要保證生產(chǎn)線持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，對生產(chǎn)線應(yīng)對風(fēng)險能力要求較高，因此局部瓶頸站位采用并聯(lián)布局方式，即魚骨型布局為最佳選擇，總體布局方式見圖7。

3 詳細(xì)布局設(shè)計

生產(chǎn)線具體規(guī)劃通常借助AutoCAD等二維繪圖軟件，將工裝、設(shè)備模型等投影成二位平面線條圖，按照1 ： 1的尺寸在待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)進(jìn)行放置，上述傳統(tǒng)方法僅能在二維的角度上籠統(tǒng)地進(jìn)行規(guī)劃，圖紙展示效果差，無法從三維空間的角度評價工藝流程的優(yōu)劣，如吊車的空間布置和吊裝方案等[10]。

目前，航空制造企業(yè)都采用達(dá)索系統(tǒng)公司的CATIA進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計，故后期的廠房布局和仿真也較多地采 用CATIA、DELMIA或Quest等軟件。CATIA對于廠房前期規(guī)劃這類頻繁更改的工作顯得效率很低，不適合快速建模工作，且其展示效果較差；DELMIA更適合產(chǎn)品進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段的裝配工藝過程仿真等工作，且必須要有詳細(xì)的數(shù)模才可體現(xiàn)其實用價值；Quest一般在汽車等標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程度很高的領(lǐng)域使用，主要用于物流以及生產(chǎn)節(jié)拍的精確模擬和優(yōu)化。與上述軟件相比，3ds Max有著強(qiáng)大的建模手段，可以實現(xiàn)CATIA格式的飛機(jī)產(chǎn)品、工裝外形數(shù)據(jù)等的無損轉(zhuǎn)換，特別是其特有的網(wǎng)格建模技術(shù)在物體建模和修改方面非常高效和靈活。同時3ds Max可以實現(xiàn)全方位的、快速的建模及裝配模擬仿真制作工作并可渲染輸出高質(zhì)量的動畫和圖片進(jìn)行展示[10]。

圖5 聚簇式布置下的艙門生產(chǎn)線平衡圖Fig.5 Balance figure of A220 door production line under cluster layout

表3 常見生產(chǎn)線布局方式對比Table 3 Comparison of common production line layouts

在3ds Max軟件中按照廠房尺寸快速建立廠房模型，包括綠色通道、廠房立柱等模型，利用CATIA對艙門工裝和產(chǎn)品進(jìn)行模型輕量化后直接導(dǎo)入3ds Max軟件中，根據(jù)計算得出的生產(chǎn)線所需工裝數(shù)量、艙門生產(chǎn)線整體布局，將所需工裝設(shè)備在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行排列，在詳細(xì)規(guī)劃階段除考慮本工位占地面積外，還需考慮完成本工序裝配流程所需的相應(yīng)物流周轉(zhuǎn)面積，同時在工裝、產(chǎn)品布局完成后，將工位輔助裝配設(shè)施包括工具、器材、操作者等模型一并導(dǎo)入模型，以便更好地展示三維布局效果。圖7為艙門生產(chǎn)線骨架成型和結(jié)構(gòu)補(bǔ)鉚站位詳細(xì)規(guī)劃效果展示，如圖8所示，在進(jìn)行產(chǎn)品聚簇式布置后，可根據(jù)單元內(nèi)工序配置輔助設(shè)施和器材工具，同時單元模塊化便于人員管理以及工作熟練度的提升，在有效解決了裝配現(xiàn)場的浪費(fèi)現(xiàn)象問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了A220飛機(jī)艙門生產(chǎn)線裝配效率，圖9為A220飛機(jī)艙門生產(chǎn)線整體規(guī)劃效果展示圖。

結(jié)論

本文針對空客A220飛機(jī)艙門生產(chǎn)線按照精益和工業(yè)工程思想進(jìn)行了A220飛機(jī)艙門生產(chǎn)線布局規(guī)劃，主要得到以下結(jié)論：

圖6 艙門生產(chǎn)線作業(yè)單位物流相關(guān)圖Fig.6 Operation unit logistic relationship for A220 door

圖7 艙門生產(chǎn)線整體布局Fig.7 Overall layout of A220 door production line

圖8 艙門生產(chǎn)線布局細(xì)節(jié)展示Fig.8 Production layout details display for A220 doors

圖9 艙門生產(chǎn)線三維工藝布局效果展示Fig.9 3D process layout effect of A220 door production line

（1）基于精益思想，通過對現(xiàn)場操作的實時觀察和記錄，識別出現(xiàn)場浪費(fèi)現(xiàn)象的主要來源，在后續(xù)生產(chǎn)線規(guī)劃過程中，通過將生產(chǎn)線總體布置原則調(diào)整為單元聚簇式，實施單元模塊化管理，同時配合單元內(nèi)相關(guān)輔助設(shè)施的集中配套管理手段，杜絕了搬運(yùn)浪費(fèi)現(xiàn)象，提升了員工工作效率，經(jīng)過統(tǒng)計，單架次艙門工作包產(chǎn)品節(jié)省人力搬運(yùn)工時94h。

（2）基于3ds Max軟件的廠房布局規(guī)劃，展示效果更加逼真，通過各個工位工藝流程的人體工程學(xué)模擬，優(yōu)化了艙門工區(qū)的占地面積，在滿足裝配生產(chǎn)需要的前提下節(jié)省艙門工區(qū)生產(chǎn)面積416m2。

（3）空客A220飛機(jī)艙門精益生產(chǎn)線規(guī)劃，以現(xiàn)場實測裝配工時、識別現(xiàn)場浪費(fèi)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，以工業(yè)工程方法為依據(jù)，以計算機(jī)輔助軟件為實施手段，最終制定出了滿足爬坡生產(chǎn)需求的精益化生產(chǎn)線，為其他飛機(jī)裝配廠生產(chǎn)線精益改善提供參考。