方水良，劉猛男，鮮 果，秦永輝，田雨辰

(浙江大學(xué)，杭州 310027)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國際形勢的不斷變化，我國對商用飛機(jī)、軍用飛機(jī)、通用飛機(jī)等的需求和研制任務(wù)量不斷增長[1-2]，研究開發(fā)成本更低、效率更高、質(zhì)量更好的飛機(jī)裝配線具有重大的戰(zhàn)略意義。飛機(jī)總裝配是飛機(jī)制造過程的最后關(guān)鍵階段，涉及大部件對接、導(dǎo)管線纜敷設(shè)、發(fā)動機(jī)安裝、系統(tǒng)檢測等大量工作；總裝過程的精度要求高、專業(yè)性強(qiáng)、人工操作工作量大、生產(chǎn)資源管控難，其組織和管理工作將直接影響飛機(jī)的產(chǎn)出速度和供應(yīng)能力。為此，以精益思想為核心的移動式總裝線是飛機(jī)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[3-4]，是提高飛機(jī)制造水平、縮短飛機(jī)總裝周期、提高飛機(jī)裝配產(chǎn)能的主要舉措。

當(dāng)前，國內(nèi)各主機(jī)廠還是以傳統(tǒng)的固定式（機(jī)庫式）總裝生產(chǎn)方式為主，工人在固定站位上按照飛機(jī)裝配工藝要求逐步完成總裝配的各項裝配任務(wù)或裝配指令（Assembly order，AO）。裝配過程中各工種人員、各種物料、工裝設(shè)備等管理困難，難以保障飛機(jī)裝配質(zhì)量及其裝配效率，無法滿足飛機(jī)總裝配對集成化、精益化、智能化的需求。

從國內(nèi)外典型應(yīng)用分析可知，移動式裝配線的應(yīng)用極大地提高了飛機(jī)裝配線的精益化水平，提高了裝配效率及其裝配質(zhì)量，降低了總裝成本。但是當(dāng)前國內(nèi)脈動式飛機(jī)總裝線尚處于發(fā)展初期，其優(yōu)越性未得到充分發(fā)揮，而更先進(jìn)的連續(xù)移動式（續(xù)動式）、集成式總裝線還鮮有實施應(yīng)用。隨著數(shù)字化裝配、柔性工裝、智能物流、精益生產(chǎn)管理等先進(jìn)技術(shù)和方法的不斷發(fā)展，在國內(nèi)各飛機(jī)主機(jī)廠大力發(fā)展和實施飛機(jī)總裝移動生產(chǎn)線已經(jīng)成為可能[5-6]。

本文結(jié)合典型主機(jī)廠的實地調(diào)研，并通過當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)研究成果、文獻(xiàn)資料的綜合分析，綜述了脈動式和續(xù)動式兩種移動裝配線的主要特點及其國內(nèi)外應(yīng)用情況，從裝配線優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計、物料供應(yīng)優(yōu)化管理、裝配任務(wù)優(yōu)化調(diào)度、裝配線智能管控等方面綜述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，綜合提出了飛機(jī)總裝線的若干發(fā)展方向，最后通過典型飛機(jī)裝配任務(wù)的續(xù)動裝配線的優(yōu)化調(diào)度計算，對比分析了續(xù)動線與脈動線[6]的效能差異，驗證了續(xù)動線的裝配高效性。

飛機(jī)裝配線主要形式及其應(yīng)用情況

通過廣泛查閱，本研究選取74篇文獻(xiàn)進(jìn)行了較深入的分析，所選用的絕大部分文獻(xiàn)發(fā)表于近8年，如圖1所示；作者單位主要是國內(nèi)外各知名主機(jī)廠、裝配裝備供應(yīng)商以及重點航空院校，如表1所示。

表1 參考文獻(xiàn)的來源單位情況Table 1 Institution distribution of reviewed literatures

圖1 參考文獻(xiàn)的時間分布情況Fig.1 Time distribution of reviewed literatures

1 飛機(jī)總裝線主要裝配任務(wù)

不同機(jī)型及其不同裝配工藝的總裝任務(wù)分解方式不同，典型的飛機(jī)裝配任務(wù)包括（大）部件裝配、大部件對接、翼盒裝配、水平翼裝配、平尾和垂尾裝配、航電和機(jī)電系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)測試、整機(jī)測試交付等，具有工藝流程復(fù)雜、物料種類繁多、管理難度大等特點，需要根據(jù)裝配工藝特點、裝配工作量等合理安排各項裝配任務(wù)的次序及其在裝配線的不同位置。表2 列舉了幾種典型的軍機(jī)和民機(jī)總裝配的任務(wù)分解及其裝配過程，從中可知不同的機(jī)型的裝配線具有不盡相同的裝配任務(wù)分解方式。

表2 典型飛機(jī)總裝配的任務(wù)分解安排Table 2 Task decomposition and scheduling of typical aircraft assembly

2 飛機(jī)裝配線主要組織形式

波音公司Sarh[10]介紹了航天器需求量與其裝配線形式的對應(yīng)關(guān)系，提出總需求量10 架以內(nèi)一般采用人工裝配，10～100 架采用半自動化裝配，大于100 架采用高效的自動化裝配；可以說該規(guī)則同樣也適用于飛機(jī)的裝配生產(chǎn)組織。在選擇合適的飛機(jī)裝配線模式時，除了考慮飛機(jī)的裝配總量以外，還需要考慮管理方面因素，包括企業(yè)所具備的精益生產(chǎn)素質(zhì)，信息化、智能化、自動化基礎(chǔ)，相關(guān)的零部件供應(yīng)鏈的成熟性、穩(wěn)定性等[1,7,11-12]。

從資源組織管理角度分析，飛機(jī)裝配一般可以分為資源集中式和資源分散式兩種，其中分散式裝配由于增加了并行裝配的工位，改善了裝配作業(yè)條件，因此可以提高勞動生產(chǎn)率，縮短裝配周期，提高裝配產(chǎn)能。對于飛機(jī)總裝過程中大量的零部件、大部件的裝配作業(yè)，按照集中或分散的裝配原則，可以采用單點集中裝配（固定式或機(jī)庫式）、多點集中裝配（脈動式）以及分散式裝配（續(xù)動式——連續(xù)移動式），3 種裝配方式的具體特征如表3所示，其中脈動式是固定式向續(xù)動式發(fā)展的中間過渡形式[3-4,13]。

表3 3種飛機(jī)裝配線形式及其特征Table 3 Characteristics of three types of aircraft assembly lines

根據(jù)柔性程度、裝配效率、自動化程度、精益程度、物料流轉(zhuǎn)率、人員利用率、空間利用率等方面的特性，比較并繪制出3 種總裝模式的特性雷達(dá)圖，如圖2所示。一般來說，隨著飛機(jī)總裝生產(chǎn)線組織形式從固定式到脈動式再到續(xù)動式轉(zhuǎn)變，其生產(chǎn)效率、自動化程度、精益程度、生產(chǎn)產(chǎn)能等逐漸上升，飛機(jī)制造成本逐漸下降，但是系統(tǒng)生產(chǎn)柔性逐漸下降、建設(shè)成本逐漸增加。飛機(jī)裝配組織形式的選擇可以參考下列3 種方式。

圖2 3種飛機(jī)裝配模式特性雷達(dá)圖Fig.2 Radar chart of three aircraft assembly mode’s characteristics

（1）固定式。新機(jī)型試制，市場需求不明，小批量，多機(jī)型。

（2）脈動式。工藝成熟，市場需求穩(wěn)定，中等批量，同一機(jī)型存在多種構(gòu)型。

（3）續(xù)動式。工藝自動化程度高，市場需求大，大批量，同一機(jī)型同一構(gòu)型，物料供應(yīng)鏈穩(wěn)定。

3 國內(nèi)外飛機(jī)移動裝配線應(yīng)用情況

飛機(jī)移動總裝線技術(shù)最早源于二戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，福特汽車公司采用類似汽車流水線方式實現(xiàn)了8685 架B24 轟炸機(jī)的續(xù)動式裝配，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、成本等方面明顯優(yōu)于固定式飛機(jī)裝配[4]。值得注意的是，B24 的成功主要因為戰(zhàn)爭所帶來的大批量生產(chǎn)需求，以及B24 相對簡單的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等。

1998年，波音公司首先開始規(guī)劃設(shè)計現(xiàn)代飛機(jī)裝配的移動式裝配線，并于2000年在Apache 武直機(jī)的總裝過程中實現(xiàn)了脈動式裝配生產(chǎn)，2006年又在717 客機(jī)的總裝中實現(xiàn)了連續(xù)移動式（續(xù)動式）裝配生產(chǎn)；隨后波音在其主要機(jī)型737、757、777、787 上也逐步擴(kuò)大了脈動式生產(chǎn)線的應(yīng)用[1]。同期，研發(fā)應(yīng)用移動式裝配生產(chǎn)線的公司及其機(jī)型還包括洛克希德· 馬丁的F-22 和F-35、空客的A320 和A380、龐巴迪的C100 系列等。國內(nèi)各主機(jī)廠自2010年起也陸續(xù)開始探索應(yīng)用移動式裝配生產(chǎn)線[7,14-15]。

按照建成時間的先后次序排列，國內(nèi)外移動裝配線的應(yīng)用情況大致如表4所示。從表4 可知，連續(xù)移動裝配線（續(xù)動線）研發(fā)應(yīng)用主要集中在2006年前，近十幾年基本都采用脈動裝配線；正在建造和完善過程中的中國商飛C919 總裝線采用了續(xù)動式，其移動速度為0.6m/h[2,17,37]。

表4 國內(nèi)外典型的飛機(jī)或部件移動裝配線Table 4 Typical aircraft or component moving assembly lines over the world

飛機(jī)移動裝配線相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外研究人員針對飛機(jī)移動裝配線關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)做了大量研究，主要包括裝配線設(shè)計方法、裝配線負(fù)荷平衡和裝配任務(wù)優(yōu)化調(diào)度、物流管理優(yōu)化、裝配線管控以及先進(jìn)裝配裝備研制等。

1 裝配線設(shè)計方法

空客公司建立了基于知識的裝配線設(shè)計模型[38-39]，通過IDEF0 功能模型記錄裝配線的概念設(shè)計過程，通過統(tǒng)一建模語言UML 記錄知識模型。在精益管理方面，空客公司使用測量時間法估計裝配時間，并使用“七浪費”、價值流圖等精益工具識別裝配線的提升方向[40]。

在面向裝配的設(shè)計（DFA）過程中，仿真對于評估不同的工藝過程、系統(tǒng)配置方案至關(guān)重要，為此空客公司構(gòu)建了產(chǎn)品、過程、資源3 個相互關(guān)聯(lián)的知識單元，以支持建立飛機(jī)總裝線的工業(yè)數(shù)字模型（iDMU）[38]。Ortegón[40]、Anselmetti 等[41]提出了一種計算機(jī)輔助設(shè)計工具，從工藝、布局、生產(chǎn)、調(diào)度等視角分析優(yōu)化不同的裝配流程及其配置。

國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)在裝配線設(shè)計方面主要研究分析了考慮物流配送的裝配線布局優(yōu)化問題。嚴(yán)金鳳等[42]應(yīng)用系統(tǒng)布局設(shè)計（SLP）方法，考慮各站位間的物流和非物流強(qiáng)度關(guān)系，通過定性和定量綜合分析獲得了較優(yōu)的總裝脈動生產(chǎn)線布局方案；馬小麗[43]將SLP 方法和一般設(shè)施布置步驟相結(jié)合，減少了某型飛機(jī)總裝廠房物料搬運量；段勝文[33]通過采集飛機(jī)脈動總裝線生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)，建立了飛機(jī)總裝過程的生產(chǎn)物流模型，分析提出一種飛機(jī)脈動總裝線生產(chǎn)物流理想布局方案。

在具體實施層面，楊文等[2]總結(jié)出一種飛機(jī)移動裝配線總體設(shè)計模式，其主要設(shè)計流程包括產(chǎn)品工藝分析及其工藝方案確定、裝配流程分析與規(guī)劃、產(chǎn)能分析和廠房布局、裝配資源選用與配置、部件交付與物流配送、節(jié)拍分析與產(chǎn)線平衡、標(biāo)準(zhǔn)化與生產(chǎn)線管控、仿真分析與反饋優(yōu)化等。

參考霍爾（Hall）的三維建模分析方法論，本文對飛機(jī)移動裝配線全生命周期進(jìn)行3 個維度建模分析，如圖3所示。其中，“時間維”設(shè)定為裝配線的規(guī)劃設(shè)計維，表示移動裝配線設(shè)計的主要過程，包括裝配總量評估、裝配線選型設(shè)計、廠房規(guī)劃設(shè)計、物流配送系統(tǒng)設(shè)計、裝配指令A(yù)O分解及其工時計算、人機(jī)料法環(huán)測（5M1E）規(guī)劃設(shè)計等；“邏輯維”設(shè)定為裝配指令A(yù)O 執(zhí)行過程維，主要針對脈動或續(xù)動裝配生產(chǎn)線，在工藝路線和作業(yè)區(qū)域等約束條件下，分別進(jìn)行脈動線的各工作站的AO 組合優(yōu)化及其調(diào)度，或者基于工種類型和裝配線移動速度等條件，具體確定續(xù)動線各裝配小組的AO 組合及其作業(yè)時間和區(qū)間；“知識維”列舉了裝配線設(shè)計及其運行過程所需要的理論方法和技術(shù)，包括自動化定位技術(shù)、激光測量技術(shù)、SLP 布局優(yōu)化理論、5S 等精益生產(chǎn)理論、倉儲優(yōu)化方法、5M1E 管理理論、賽博物理系統(tǒng)/數(shù)字孿生（CPS/DT）理論方法等。飛機(jī)移動裝配線的規(guī)劃設(shè)計可以參考該霍爾模型進(jìn)行。

圖3 飛機(jī)移動裝配線規(guī)劃設(shè)計的霍爾三維模型Fig.3 Hall 3D model of aircraft moving assembly line design

2 裝配線負(fù)荷平衡和裝配任務(wù)優(yōu)化調(diào)度

對于脈動裝配線來說，其核心問題之一是脈動節(jié)拍的確定和裝配線的調(diào)度控制問題。脈動節(jié)拍取決于各站位的最長工作周期，不平衡的脈動裝配線會造成生產(chǎn)資源的浪費，降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。脈動裝配線平衡問題具有并行操作多、資源約束多、不確定性大等特點，同時還要考慮站位間平衡以及站位內(nèi)平衡兩方面，相比傳統(tǒng)裝配線的平衡優(yōu)化問題，其建模和求解難度更大。Silva等[44]研究分析了當(dāng)裝配線上具有可分解的裝配任務(wù)時，如何基于這些裝配任務(wù)的優(yōu)化分解，實現(xiàn)整條裝配線的任務(wù)負(fù)荷平衡及其優(yōu)化調(diào)度；鄭諧等[45]研究了脈動線站位內(nèi)的班組任務(wù)分配均衡問題，在工藝、節(jié)拍、工時、人員技能等約束下，采用遺傳優(yōu)化算法確定班組數(shù)量及其作業(yè)順序；汪圓[32]針對脈動線站位間的空程比、平滑指數(shù)、完工率等指標(biāo)，在考慮工藝、時間、工序等約束條件下，采用模擬退火法進(jìn)行了裝配線的優(yōu)化設(shè)計；潘志豪[6]針對脈動線站位間的平衡性指數(shù)、人員總數(shù)等優(yōu)化問題，研究了裝配線的3 類平衡問題，考慮了裝配線的工藝約束及其節(jié)拍等因素，通過遺傳算法和布谷鳥算法等混合優(yōu)化方法，研究確定了一個由76 個裝配任務(wù)組成的飛機(jī)裝配線的最優(yōu)脈動站位數(shù)及其最優(yōu)裝配工人數(shù)。

在德國漢堡的空客A320 系列總裝過程中，Buergin 等[46]研究了混合構(gòu)型飛機(jī)的裝配線訂單調(diào)度問題，綜合考慮各生產(chǎn)線間的工人共享情況，優(yōu)化了混合飛機(jī)構(gòu)型訂單的裝配線優(yōu)化分配及其生產(chǎn)排序問題。Biele 等[47]研究了由兩個子系統(tǒng)組成的飛機(jī)裝配制造系統(tǒng)，子系統(tǒng)1 由并行的混合模型裝配線組成，子系統(tǒng)2 由相同的并行工作站組成；為了減少飛機(jī)裝配線的生產(chǎn)成本和拖期，作者提出了多個步驟的啟發(fā)式規(guī)則，并采用隨機(jī)秘鑰遺傳算法優(yōu)化了裝配線的人工成本、庫存成本、裝配工期及其完工延誤率。

但是目前國內(nèi)外有關(guān)連續(xù)移動裝配線的裝配任務(wù)調(diào)度優(yōu)化及其生產(chǎn)線平衡問題的研究文獻(xiàn)很少。

3 裝配線物流管理優(yōu)化

先進(jìn)的物流管理體系是實現(xiàn)移動式，特別是續(xù)動式總裝線的關(guān)鍵技術(shù)之一。國內(nèi)外在飛機(jī)總裝移動生產(chǎn)線的物流管理方面的研究主要包括飛機(jī)主體的站位間的搬運工裝的設(shè)計、線邊物料的配送調(diào)度、信息化物流管理系統(tǒng)開發(fā)3 個方面。

Tang 等[48]開發(fā)了基于機(jī)器視覺的飛機(jī)運輸平臺系統(tǒng)，安裝在平臺正面和背面的兩個攝像頭通過識別二維碼來指導(dǎo)平臺移動，以滿足目標(biāo)飛機(jī)的在站位置及其姿態(tài)精度要求。Jiang 等[49]設(shè)計了一種具有重載能力及其全向可移動性的AGV 系統(tǒng)，實現(xiàn)了大型飛機(jī)部件的自動運輸。Flynn 等[50]開發(fā)了一種基于地上導(dǎo)軌的運輸系統(tǒng)，通過絕對值編碼器提供定位反饋，實現(xiàn)物流系統(tǒng)與定位系統(tǒng)的高度集成，如圖4所示[50]。畢修文等[51]將每個工位的工裝設(shè)計為固定和可移動兩部分，既實現(xiàn)了飛機(jī)部件在各工位間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)運和精確定位，又能在各工位間局部或整體移動。

圖4 龐巴迪公司地面導(dǎo)軌運輸系統(tǒng)Fig.4 Bombardier rail transit systems

嚴(yán)金鳳[30]研究了飛機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線的物流資源沖突問題，提出了基于優(yōu)先級的物流資源動態(tài)調(diào)度策略。沈夢超等[52]研究了飛機(jī)移動生產(chǎn)線物料JIT 準(zhǔn)時配送模型及算法，基于倉儲、站位、運輸人員和小車等約束條件，優(yōu)化確定物料的配送方式；Lu[53]和陸志強(qiáng)[54]等研究了移動裝配線線邊倉儲建模及其優(yōu)化問題，基于裝配線的移動速度、各裝配作業(yè)的起始和結(jié)束時間等條件，研究確定相應(yīng)物料的最優(yōu)配送時間及其最優(yōu)儲存?zhèn)}位。

張俊等[55]研究了脈動生產(chǎn)線的精益配送管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了裝配計劃管理、成品配送、零件配送、工裝夾具配送等功能，根據(jù)飛機(jī)交付進(jìn)度及MBOM 對每個站位進(jìn)行準(zhǔn)時化配送；萇書梅等[26]以物料配送主流程模型為驅(qū)動，以生產(chǎn)管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)為輸入，實現(xiàn)物料倉儲補(bǔ)給、現(xiàn)場配送預(yù)警，并采用條碼實現(xiàn)物料標(biāo)識。

在考慮物料不確定性的動態(tài)調(diào)度、考慮資源約束的項目調(diào)度等方面，文獻(xiàn)[56-57]針對具有不確定物料交付的飛機(jī)移動裝配線的反應(yīng)性調(diào)度問題建立了一個雙目標(biāo)模型，考慮了由于物料延遲交付帶來的額外成本和時間，提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的反應(yīng)式調(diào)度方法；文獻(xiàn)[58]分析了飛機(jī)移動生產(chǎn)線物料供應(yīng)干擾的不同情況，將反應(yīng)調(diào)度決策劃分為固定決策和預(yù)測決策，以對裝配計劃影響程度最小化為目標(biāo)，設(shè)計了兩階段禁忌搜索算法對問題進(jìn)行求解；文獻(xiàn)[59]將飛機(jī)移動裝配線的基本調(diào)度問題表述為資源受限的項目調(diào)度問題，基于線邊共享資源管理特點，通過更改作業(yè)優(yōu)先約束，將項目劃分為多個子項目，提高了調(diào)度效率。

4 移動裝配線管控

飛機(jī)移動裝配線生產(chǎn)現(xiàn)場分布著大量的操作人員、自動化設(shè)備、工裝夾具、待裝物料等，生產(chǎn)現(xiàn)場的管理對裝配過程至關(guān)重要。

文獻(xiàn)[60]分析構(gòu)建了基于總裝過程5M1E 信息的管控方法及其綜合應(yīng)用模型，開發(fā)了基于5M1E 的飛機(jī)總裝過程三維可視化及其過程管控的原型系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了訂單耗時動態(tài)預(yù)測、生產(chǎn)成本統(tǒng)計分析、產(chǎn)品質(zhì)量回溯等基本功能，如圖5所示。

圖5 基于5M1E信息模型的移動裝配線的管控Fig.5 5M1E-model based moving assembly line monitoring and control

孫元亮等[61]研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的飛機(jī)移動總裝生產(chǎn)線管理技術(shù)，實現(xiàn)了裝配過程中現(xiàn)場狀態(tài)的實時采集、裝配進(jìn)度的跟蹤控制、倉儲物流的管理改進(jìn)、裝配過程的防錯控制等；秦亞茹等[62]研究了基于馬爾科夫鏈模型的脈動裝配線運行狀態(tài)預(yù)測，綜合分析了人員、物料等因素對脈動線運行狀態(tài)的影響；趙陽等[63]構(gòu)建了飛機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線數(shù)字孿生應(yīng)用架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上研究了反應(yīng)式計劃調(diào)度、物流精準(zhǔn)配送、智能作業(yè)指導(dǎo)、產(chǎn)線健康監(jiān)視、資源迭代優(yōu)化配置等方面的應(yīng)用。

飛機(jī)移動裝配線研究開發(fā)的若干建議

1 面向移動總裝的部件模塊化設(shè)計和裝配

深入研究面向裝配的飛機(jī)設(shè)計及其工藝規(guī)劃（Design for assembly，DFA）技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計飛機(jī)裝配工藝分離面等工藝結(jié)構(gòu)、功能模塊，從全生命周期的角度考慮飛機(jī)設(shè)計和工藝規(guī)劃；積極采用決定性裝配（Determinant assembly，DA)、以骨架為基準(zhǔn)的自動化裝配、基于柔性裝配工裝的壁板裝配方法等[14]，提高飛機(jī)總裝過程的工藝便利性，縮短總裝配的操作工時。

擴(kuò)展飛機(jī)部件模塊化裝配工作內(nèi)容，將許多原先屬于總裝線的裝配工作盡可能前移至組部件裝配階段。例如某些大部件中的線纜安裝及其檢測可以在大部件裝配過程完成（部件間留下必要的線纜接口），以減少飛機(jī)對接總裝后的內(nèi)部線纜安裝工作。通過擴(kuò)展底層零部件的模塊化組裝，使得主機(jī)裝配線上待裝配的零部件盡可能少，甚至比汽車流水線上要安裝的零部件還少，從而大大減少飛機(jī)的總裝配作業(yè)量，縮短總裝配時間，提高裝配線的裝配產(chǎn)能。另外由于部件移動裝配受企業(yè)外部供應(yīng)鏈影響較小，所以可以大力發(fā)展部件的移動裝配線，為總裝移動線提供高效、準(zhǔn)時的部件供應(yīng)，以保障總裝移動裝配線的高效、可靠運行[64-65]。

2 先進(jìn)裝配裝備和精益化管理方法的有機(jī)集成

脈動線與續(xù)動線都涉及大量裝配工序的操作人員分配及其裝配先后次序的有效組織管理方法，需要采用細(xì)致的精益管理理論。在裝配線精益化管理水平提升的同時再結(jié)合大量的先進(jìn)裝配技術(shù)及其裝備，例如AGV、調(diào)姿定位器、激光測量儀、自動鉆鉚機(jī)等，就可以集成提高移動線的管理水平和總裝自動化水平，構(gòu)建先進(jìn)的自動化、柔性化、智能化、精益化集成的移動裝配線（Integrated assembly line，IAL）[14]，從而大大提升移動裝配線的整體效能，可以實現(xiàn)在同一移動裝配線上完成不同構(gòu)型的同類飛機(jī)的裝配，滿足個性化“加裝、改裝”飛機(jī)的總裝配需要。

3 脈動與續(xù)動集成的混動式移動裝配線開發(fā)

按照集約化和綜合優(yōu)化的組織管理理念，研究開發(fā)由脈動式和續(xù)動式裝配線組成的混動式裝配線；根據(jù)某型飛機(jī)的完整的裝配任務(wù)特性，分別建立一條裝配作業(yè)相對固定的脈動式裝配線（甚至是單一固定站位），一條裝配作業(yè)相對分散的續(xù)動式裝配線；對裝配協(xié)調(diào)比較困難、對接裝配精度不容易保障的大部件裝配任務(wù)，可以采用操作相對固定的脈動式裝配線，而對于飛機(jī)總裝過程的中、后階段小部件裝配、線纜敷設(shè)、系統(tǒng)測試等分散度較大的裝配作業(yè)，則采用高效的續(xù)動式裝配線，這種混合移動式的裝配線可以更好地滿足特定機(jī)型的高效裝配需求。

4 基于數(shù)字孿生的移動總裝線的智能管控

數(shù)字孿生技術(shù)通過建立完整的物理系統(tǒng)模型，并通過多種數(shù)據(jù)采集方式獲取大量的物理裝配線的實時狀態(tài)信息，從而形成一個包含大量動、靜態(tài)信息的裝配線數(shù)字孿生模型。通過大數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)裝配線狀況的統(tǒng)計、分析、預(yù)測、追溯以及多維度真實展示等功能。

研究建立面向5M1E 要素的移動裝配線全維度數(shù)字孿生模型，開發(fā)基于數(shù)字孿生技術(shù)的移動線智能管控系統(tǒng)，實現(xiàn)對裝配線各生產(chǎn)要素的智能管控，包括狀況監(jiān)控、進(jìn)度預(yù)測、成本管理、預(yù)防維護(hù)、質(zhì)量追溯等功能；基于數(shù)字孿生模型及其處理技術(shù)，提供VR 裝配培訓(xùn)、AR 裝配輔助、多媒體AO 工卡應(yīng)用等功能，有助于進(jìn)一步提升飛機(jī)移動裝配線的管理水平及其飛機(jī)裝配產(chǎn)能。

脈動線與續(xù)動線平衡優(yōu)化及其效能比較

為了更深入具體地比較分析脈動線與續(xù)動線的特性及其效能，本文針對文獻(xiàn)[34]所給出的由76 個裝配任務(wù)組成的飛機(jī)總裝配問題，開展面向續(xù)動線的裝配任務(wù)安排及其人員配置優(yōu)化研究，并與原文獻(xiàn)中的脈動線的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行比較。

76 個裝配任務(wù)的具體數(shù)據(jù)請參閱文獻(xiàn)[6,34]，通過對76 個裝配任務(wù)的裝配時間及其所需協(xié)作工人數(shù)量的統(tǒng)計，求得每架飛機(jī)所需的有效裝配人時數(shù)為1299 人時。由于第45個裝配任務(wù)的裝配時間最長（28h），所以要達(dá)到續(xù)動裝配線理論上的最大產(chǎn)能，續(xù)動線上前后兩架飛機(jī)的間隔時間（節(jié)拍）應(yīng)該為28h，裝配線上每個裝配工人的節(jié)拍時間也要小于28h；另外，同一架飛機(jī)的裝配過程中，每項裝配任務(wù)的操作必須滿足其緊前任務(wù)的約束關(guān)系，并且還要滿足單架次飛機(jī)上的11 個裝配區(qū)域（如圖6所示[6]）的空間約束關(guān)系，即每個裝配區(qū)域同一時間只能執(zhí)行一項裝配任務(wù)。

圖6 某型飛機(jī)的11個裝配區(qū)域Fig.6 Eleven assembly areas of aircraft

據(jù)此，計算可得單架飛機(jī)最短裝配總時間為38.5 個工作日（308h，每個工作日按照8h 排班），這是在假定人員、設(shè)備、物資等充足、完備的情況下，飛機(jī)從上線到下線總共需要的時間；裝配線穩(wěn)定后每28h 下線一架飛機(jī)，如果飛機(jī)機(jī)身長21m，那么續(xù)動線移動速度大約0.75m/h，整條續(xù)動裝配線總長231m，可以同時進(jìn)行11架飛機(jī)的在線總裝。

本文采用基于MS Project 和Excel 的人工組合和排序方法，在最小理論節(jié)拍28h 情況下，計算確定續(xù)動線所需配置的各工種的最少人數(shù)。初步計算可得，如果按照單架飛機(jī)76 個裝配任務(wù)的裝配時間進(jìn)行平衡調(diào)度安排，其續(xù)動線總共需要111 人，其中工種1～7 的人數(shù)分別為40—9—12—5—25—4—16；如果按照前后兩架飛機(jī)的152 個裝配任務(wù)進(jìn)行協(xié)同分配調(diào)度，或者按照類似U 型裝配線進(jìn)行布置和調(diào)度，那么續(xù)動線需要的總?cè)藬?shù)還可以減少，初步計算結(jié)果是104 人。

基于飛機(jī)11 個裝配工作區(qū)域排列的甘特圖如圖7所示，其中的5 位編碼舉例說明如下： 43702 表示43號裝配任務(wù)由工種7 的2 個工人共同完成，43 是任務(wù)號，中間7 是工種號，最后兩位02 代表該裝配任務(wù)需要的工人數(shù)；從圖7 中還可以看出，該裝配任務(wù)的執(zhí)行需要占用3 個裝配區(qū)域：區(qū)域4、7、8。

圖7 基于單架飛機(jī)11個裝配區(qū)域的裝配甘特圖Fig.7 Assembly Gantt chart based on eleven assembly areas of single aircraft

表5 比較了本文的續(xù)動線與文獻(xiàn)[34]的脈動線的平衡優(yōu)化結(jié)果及其效能情況。從表5 可知，本文簡單優(yōu)化設(shè)計的續(xù)動裝配線的單機(jī)在線裝配總時間、單機(jī)所需的裝配人時數(shù)等，都比脈動線有大幅降低，生產(chǎn)線人時利用率大幅提高。

表5 飛機(jī)裝配續(xù)動線與脈動線的效能比較Table 5 Efficiency comparison of continuation moving line and pulsation moving line

結(jié)論

（1）飛機(jī)移動裝配最早出現(xiàn)于1945年前后的B24 轟炸機(jī)的流水式裝配線，然后就是1999～2006年的以連續(xù)移動裝配線為主的發(fā)展階段，2007年以后轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦}動式移動裝配為主，其中原因主要包括當(dāng)今社會航空產(chǎn)品市場變化太快，現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加，裝配線管理難度增加等。

（2）與脈動裝配線相比，續(xù)動裝配線能夠以更小的節(jié)拍、更高的人時利用率實現(xiàn)更高效的飛機(jī)裝配，同時也對線邊物料供應(yīng)管理系統(tǒng)提出更高的要求。

（3）隨著機(jī)型模塊化設(shè)計、部件模塊化裝配等技術(shù)不斷完善，以及裝配裝備智能化、裝配工藝柔性化、計劃管理精益化的進(jìn)一步發(fā)展，續(xù)動線的高效率、低成本優(yōu)勢將重新獲得人們的關(guān)注和重視，加強(qiáng)續(xù)動線的理論方法研究和實際開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。