■ 韓大禹 高鴿 陳譽松 郭作燃 孫沐昕 / 中國航發(fā)黎明

與航空發(fā)動機傳統(tǒng)的固定站位式整機裝配模式相比，脈動裝配線具有數(shù)字化、自動化、柔性化以及人性化等特點,是突破發(fā)動機裝配制造瓶頸的重要手段。

小涵道比發(fā)動機多為軍用加力式發(fā)動機，整機裝配通常由傳動裝配（裸機裝配）和總裝配（外部結(jié)構(gòu)裝配）兩大工序構(gòu)成，分別涉及轉(zhuǎn)靜子、加力燃燒室等多個單元體的高精度對接集成，以及大量成附件、多層外部管路的立體安裝。復雜的整機裝配過程與日益增長的航空發(fā)動機需求量矛盾，使原有的生產(chǎn)線及工藝模式無法在效率、質(zhì)量與產(chǎn)能間達到良好平衡，探究適用于小涵道比發(fā)動機的新一代生產(chǎn)線模式已成為此類航空發(fā)動機制造領(lǐng)域發(fā)展的必由之路。

現(xiàn)行模式下的生產(chǎn)線分析

現(xiàn)行生產(chǎn)線采用固定站位式的生產(chǎn)組織模式。在大型工藝設備上，現(xiàn)行模式一般采用剛性桁架進行裝配，輔以裝配站架，操作者雖經(jīng)簡單培訓即可進行設備操作，但裝配過程中需要反復攀爬站架，人機工效不佳，存在一定安全隱患。

在具體生產(chǎn)作業(yè)方式上，發(fā)動機裝配作為一類典型的勞動密集型工序，基本為手工操作，固定站位模式的生產(chǎn)操作者需要掌握裝配全過程，對操作者技術(shù)水平要求較高，從人為因素考慮不利于質(zhì)量穩(wěn)定性控制。

脈動裝配生產(chǎn)線上部吊裝系統(tǒng)總覽

在系統(tǒng)支撐條件上，現(xiàn)有企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)/制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）僅有物料數(shù)量、位置等基礎信息，無物料特征信息（尺寸、質(zhì)量等），使優(yōu)選優(yōu)配工作難以推行，且發(fā)動機選配工作僅能在集件后執(zhí)行，如需更換零件會影響生產(chǎn)效率。

在裝配工藝上，現(xiàn)行模式無法快速構(gòu)建面向單臺次的裝配工藝，操作工人需要同時執(zhí)行工藝規(guī)程、臨時工藝文件、返修工藝文件等多種紙質(zhì)文件，且需要針對具體發(fā)動機臺份進行人工有效性識別，占用工人操作時間，存在技術(shù)狀態(tài)失控風險。

在檢驗檢測方法上，部分工序工步仍采用傳統(tǒng)檢測工具，需要人工讀取數(shù)據(jù)，并謄抄至紙質(zhì)質(zhì)量記錄，存在讀數(shù)及筆誤隱患。

在質(zhì)量證明文件上，質(zhì)量記錄匯總成紙質(zhì)發(fā)動機卷宗，發(fā)動機出廠后卷宗封存于特定地點。復查問題時，需要消耗較多資源進行質(zhì)量追溯工作，不利于發(fā)動機問題迭代歸零和可靠性提升。

建設思路

小涵道比發(fā)動機結(jié)構(gòu)更加緊湊，很難劃分出風扇、核心機、低壓渦輪、附件機匣等模塊，所以其裝配工藝流程應按更小的顆粒度進行重構(gòu)規(guī)劃，結(jié)合發(fā)動機結(jié)構(gòu)定制新的生產(chǎn)線模式：核心機裝配采用豎直調(diào)姿托架；風扇、核心機、低壓渦輪、加力燃燒室的連接采用多自由度裝配平臺；外部附件、導管及電纜的裝配與外廓測量則依托水平吊裝系統(tǒng)。

發(fā)動機智能脈動車間管理架構(gòu)

基于固定節(jié)拍的流動式生產(chǎn)

通過生產(chǎn)線規(guī)劃與仿真，確定合理的站位與脈動節(jié)拍，實現(xiàn)操作人員專業(yè)化分工，工裝設備專位專用，技術(shù)質(zhì)量文件與物料精準推送。同時，建立現(xiàn)場問題快速反應機制，實現(xiàn)生產(chǎn)進度透明管控。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的自動排產(chǎn)與動態(tài)調(diào)度

將人工經(jīng)驗排產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)和既定算法的自動排產(chǎn)，實現(xiàn)班產(chǎn)任務自動推送，裝配過程動態(tài)監(jiān)控，指令信息對稱傳遞和協(xié)同執(zhí)行。

數(shù)字化的裝配過程控制

建立工檢一體的數(shù)字化工藝、質(zhì)量文件體系，全面推進數(shù)字化檢測工具和試驗設備現(xiàn)場應用，基于MES和ERP系統(tǒng)對零部件質(zhì)量數(shù)據(jù)優(yōu)選配臺，實現(xiàn)庫存件最優(yōu)匹配。同時，基于過程管控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)字卷宗系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字化發(fā)動機鏡像模型，實現(xiàn)發(fā)動機產(chǎn)品特征數(shù)據(jù)化管理、裝配進度和精度的數(shù)字化預測。

基于信息化的立庫倉儲和精準配送

采用信息化立庫存儲，基于物碼管理庫存物料，指揮倉儲管理系統(tǒng)（WMS）進行精準配套，實現(xiàn)物料配套信息可視化和自動預警，按照生產(chǎn)節(jié)拍和配套節(jié)點精準配送。

高效的自動化輔助與人機協(xié)同

基于工藝特點、人機分析，進行生產(chǎn)線設備自動化升級，實現(xiàn)人機工程優(yōu)化和關(guān)鍵重點過程的自動化輔助裝配，從而降低裝配人員操作過程的復雜性，提升裝配穩(wěn)定性。

關(guān)鍵技術(shù)

裝配工藝流程再造

從固定站位式向脈動式裝配改造需要對現(xiàn)有工藝進行切割，通過觀察記錄每一個工序所需時間，結(jié)合工藝特點劃分節(jié)拍，盡量保證每個節(jié)拍時間相等。建立能夠面向單臺次快速重構(gòu)的工藝文件體系，工藝人員根據(jù)實際情況從工藝庫中快速摘取相應工序重構(gòu)出單臺工藝，對現(xiàn)場操作者指導性更強。

生產(chǎn)線人機工程

由于生產(chǎn)線設計運用精益方法分析存在的不良工效學問題，對生產(chǎn)線三大主要裝配工位（核心機工位、低壓部分工位、總裝配工位）的硬件設備進行了專項優(yōu)化定制，實現(xiàn)了大多數(shù)操作的人性化定制設計，杜絕了員工頻繁登高或彎腰操作的現(xiàn)象，改善現(xiàn)場人機工效與勞動強度，提升現(xiàn)場員工的人機安全感和滿意度，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)線的運營成本。

生產(chǎn)線數(shù)字化

現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過數(shù)字化檢測工具獲取上傳至MES，通過工檢一體的信息化系統(tǒng)生成數(shù)字化發(fā)動機卷宗。對影響發(fā)動機質(zhì)量的問題可以通過后臺調(diào)取裝配大數(shù)據(jù)進行分析，尋求解決辦法，同時為優(yōu)選優(yōu)配提供數(shù)據(jù)支持。

生產(chǎn)線自動化

隨著發(fā)動機產(chǎn)量提升，生產(chǎn)效率需要不斷提高，自動化設備開發(fā)能夠幫助操作者分擔部分裝配工作，屆時操作者可以進行并行操作提高生產(chǎn)效率。人工依靠經(jīng)驗排產(chǎn)已無法滿足脈動生產(chǎn)模式需要，整理排產(chǎn)所需邊界條件，梳理排產(chǎn)邏輯關(guān)系，構(gòu)建排產(chǎn)模型實現(xiàn)自動化排產(chǎn)，確保生產(chǎn)計劃的可執(zhí)行性。

生產(chǎn)線流動設計

小涵道比發(fā)動機整機裝配的總裝配采用導軌上部吊裝與多自由度裝配轉(zhuǎn)運平臺相結(jié)合的方案。傳動裝配—總裝配間的裸機傳遞，采用定制轉(zhuǎn)運自動引導小車（AGV）方案實現(xiàn)流動化設計。

實施效果

中國航發(fā)黎明針對航空發(fā)動機現(xiàn)有整機裝配工藝特點，以數(shù)字化工藝和質(zhì)量檢測為牽引、實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)計劃管控為手段、固化節(jié)拍的脈動式生產(chǎn)為組織形式、高效人機協(xié)作模式和精準物流配送為支撐，從管理層到執(zhí)行層全面規(guī)劃建設整機智能脈動裝配車間。

多自由度裝配平臺

生產(chǎn)線的核心機裝配采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自適應核心機裝配平臺。平臺可實現(xiàn)自適應人機智能交互，使操作者在舒適的姿態(tài)下即可依次完成核心機裝配。

生產(chǎn)線的整機裝配工位依托自主研發(fā)的多自由度裝配平臺展開。平臺基于整機裝配中350多個動作的分解研究，可實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、滾轉(zhuǎn)、升降多維度姿態(tài)調(diào)節(jié)。操作者可利用智能化電控系統(tǒng)進行整機裝配角度及位置的調(diào)節(jié)，并以最輕松的站立姿態(tài)完成低壓部件及加力燃燒室單元的裝配工作，極大降低了勞動強度與身體損傷，改善了人機交互環(huán)境。整機裝配完畢，AGV會依照指令，自動將發(fā)動機轉(zhuǎn)運至上部吊裝系統(tǒng)，完成節(jié)拍間的高效流動。

發(fā)動機外部成附件及管路裝配基于生產(chǎn)線上部吊裝系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)采用多環(huán)線多工位流動設計，可實現(xiàn)任意單工位的調(diào)姿功能，并可實現(xiàn)各個工位間的整機自動穩(wěn)定轉(zhuǎn)運。此外，系統(tǒng)融合了多重安全邏輯，以保證環(huán)線運行中的人機安全。

在物流管理方面，采用物控中心作為脈動裝配生產(chǎn)線的物流支撐設備，為脈動裝配生產(chǎn)線提供物料的信息化管理和精準配送功能。物控中心采用AGV等智能化轉(zhuǎn)運設備實現(xiàn)了物料的自動化運輸，構(gòu)建了以精準物流配送為驅(qū)動的生產(chǎn)線運行模式。

生產(chǎn)線的系統(tǒng)條件建設方面，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)中開發(fā)了基于重構(gòu)工藝的工檢一體模塊，工藝文件編制完成后，過程數(shù)據(jù)記錄文件自動生成，作為數(shù)據(jù)載體實現(xiàn)無紙化裝配。并以工序為最小顆粒，針對不同有效性技術(shù)狀態(tài)編制平行工序，將全部工藝推送至MES，由MES下發(fā)班產(chǎn)任務時，自動揀選成單臺工藝文件。在ERP系統(tǒng)中形成主生產(chǎn)計劃后推送至MES，MES結(jié)合工藝路線、標準期量、排產(chǎn)邏輯生成主制造計劃。WMS接到制造計劃后，根據(jù)ERP系統(tǒng)中生成的配臺方案形成物料配送計劃，驅(qū)動物控中心進行精準配送?，F(xiàn)場生產(chǎn)過程依托于MES，集成物碼系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。形成完整的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)記錄于數(shù)字卷宗，實現(xiàn)全生命周期管理。

結(jié)束語

智能化柔性脈動裝配線的建設與應用，不僅僅是對生產(chǎn)線設備的建設，更將拉動生產(chǎn)管理、技術(shù)管理、質(zhì)量管理與信息化管理的大幅升級。通過柔性化、數(shù)字化、流動式生產(chǎn)線規(guī)劃建設，提升發(fā)動機裝配效率和裝配穩(wěn)定性，滿足小批量多型號航空發(fā)動機混線裝配生產(chǎn)需求，是提升航空發(fā)動機總成單位核心制造能力的必由之路。