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脈動式生產(chǎn)在航天器AIT中的應用探索

2017-10-23 06:32:34北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所趙晶晶張立偉陳昊
航天工業(yè)管理 2017年9期
關鍵詞:總裝型號航天器

◎北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所 趙晶晶 張立偉 陳昊

脈動式生產(chǎn)在航天器AIT中的應用探索

◎北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所 趙晶晶 張立偉 陳昊

航天器AIT是指航天器總裝、集成、測試過程,是航天器研制過程中最為重要的環(huán)節(jié)之一,其實施質(zhì)量直接影響航天器的可靠性、壽命及性能。多年來,總裝及測試工作主要集中在固定工位實施完成,這種固定式裝配模式對生產(chǎn)資源需求較多,人力資源占用大,自動化程度低,很大程度上制約了人力和設備等多種資源利用率的提高。

“十三五”以來,以導航衛(wèi)星為代表的航天器批生產(chǎn)型號研制任務陸續(xù)進入AIT階段,數(shù)量眾多且研制周期緊張,對AIT實施單位計劃制定、生產(chǎn)資源調(diào)配以及生產(chǎn)組織管控提出了嚴峻的挑戰(zhàn),現(xiàn)有的生產(chǎn)模式已難以滿足日益增長的批生產(chǎn)型號AIT生產(chǎn)需求,成為制約航天器研制的主要瓶頸之一,亟待進行變革,以建立適應批生產(chǎn)型號任務的生產(chǎn)方式來提升航天器AIT能力。

一、國內(nèi)外航天器AIT及生產(chǎn)模式特點

在歐美等主要航天器研制公司中,美國SpaceX公司在航天器研制方面采取扁平式、產(chǎn)品貨架化AIT模式,實現(xiàn)了前后方人員的優(yōu)化配置和發(fā)射任務的快速響應,降低了費用成本,簡化了決策制定和傳遞的流程,有效地實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的快速轉型升級;波音公司CST-100飛船產(chǎn)品采用一體化設計技術和模塊化、流程化的裝配工藝執(zhí)行模式,節(jié)約了大量研制成本,降低了飛船整體質(zhì)量并加快了艙體的制造速度;歐洲泰勒斯阿萊尼亞公司采用技術島式AIT模式,建立了一系列的“島”來完成航天器AIT的各工序,整個“島”列可以按流水線完成多個航天器的AIT工作,節(jié)約了大量研制時間,確保最短時間布置整個星座。

通過對國外航天器AIT生產(chǎn)模式的調(diào)研,針對單顆衛(wèi)星研制的優(yōu)化,行之有效的辦法是整星的模塊化、星上設備的去型號化、AIT環(huán)節(jié)的去冗余化以及從設計到制造過程的一體化和團隊的扁平化。針對具有一定批次的衛(wèi)星研制的優(yōu)化,其辦法是在單星研制優(yōu)化的基礎上,建立一批相對固定的、生產(chǎn)要素完整、作業(yè)工具專業(yè)且先進的生產(chǎn)單元或技術島,讓衛(wèi)星在總裝過程中各個專業(yè)的作業(yè)單元之間有序流動起來,由總裝作業(yè)單元的需求直接拉動企業(yè)的全流程供應鏈。采用移動生產(chǎn)方式的快速化、批量化的衛(wèi)星AIT是各個航天航空公司所追求的,采用裝配線是世界主流的發(fā)展趨勢,也是我國航天器制造技術發(fā)展必須經(jīng)歷的階段。脈動式生產(chǎn)線是連續(xù)移動裝配生產(chǎn)線的過渡階段,其典型特征是產(chǎn)品按節(jié)拍間歇式移動,在不同工作站位內(nèi)完成某階段集成裝配工作。

二、脈動式AIT生產(chǎn)線總體框架與技術途徑

1.總體框架

脈動式AIT生產(chǎn)線總體框架主要由以下5個部分組成,分別是以先進制造工具(CAX)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、資源計劃管理平臺(ERP)為代表的AIT數(shù)字化設計平臺、AIT全過程數(shù)據(jù)管理平臺(PLM)、AIT生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、脈動式生產(chǎn)線功能單元以及自動化/智能化的AIT生產(chǎn)裝備,如圖1所示。這5個部分是一個有機整體,形成一個完善的精益化工藝設計、脈動式生產(chǎn)、智能化決策、一體化數(shù)據(jù)采集的AIT生產(chǎn)線。

按照業(yè)務層面劃分,脈動式AIT生產(chǎn)線可以分為生產(chǎn)管理層、生產(chǎn)設計層、生產(chǎn)實施層、數(shù)據(jù)采集層、支持層。通過物料管理及配送系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、智能裝備等環(huán)節(jié),實現(xiàn)衛(wèi)星按照一定的脈動節(jié)拍進行站位式生產(chǎn),如圖2所示。

2.生產(chǎn)線技術途徑

一是航天器AIT流程再造。精益化生產(chǎn)設計是AIT集成生產(chǎn)化的前提。在生產(chǎn)設計環(huán)節(jié)實現(xiàn)精益化,減少型號AIT交叉、冗余環(huán)節(jié),建立生產(chǎn)工藝狀態(tài)基線,提高衛(wèi)星批生產(chǎn)的近似度;其次,通過對具體AIT工作內(nèi)容分析,細分形成若干個離散的總裝生產(chǎn)功能單元,通過總裝標準作業(yè)程序(SOP)的制定實現(xiàn)總裝工藝定型,以SOP為技術基礎對各功能單元內(nèi)部的開工保障條件、輸入文件、過程管理、人員技能、工裝工具等均細化、量化、固化,為逐步實現(xiàn)總裝過程的專業(yè)化操作奠定基礎;最后,在生產(chǎn)功能單元重新整合的基礎上進行AIT主線技術流程階段性劃分,在各階段內(nèi)實現(xiàn)AIT過程相關人員、場地、工裝等生產(chǎn)要素的集成優(yōu)化整合,同時保持各主要階段內(nèi)的生產(chǎn)周期均衡,以此作為后續(xù)生產(chǎn)線生產(chǎn)單元或工作站位劃分的基礎。此外,將輔線工作從主線流程中剝離,對于輔線生產(chǎn)單元進行專業(yè)化整合,形成若干個星下專業(yè)化生產(chǎn)支持單元。航天器AIT流程再造的目的是根據(jù)型號AIT生產(chǎn)任務、結合脈動式生產(chǎn)線的需求,對型號AIT過程進行流程再設計、優(yōu)化和平衡,實現(xiàn)型號AIT按設定節(jié)拍進行作業(yè)。

二是生產(chǎn)管理模式重塑。首先,建立與生產(chǎn)線相適應的組織管理模式,形成以保質(zhì)、高效完成批生產(chǎn)型號任務為管理目標的管理決策組織,從單型號目標管理轉為進行全型號綜合管理,同時負責批生產(chǎn)任務下AIT隊伍建設、資源統(tǒng)籌、質(zhì)量計劃管控、技術攻關、經(jīng)驗總結提煉等管理工作;其次,采用信息化手段實現(xiàn)AIT生產(chǎn)智能管理與決策,通過產(chǎn)品全生命周期PLM、ERP、信息通信系統(tǒng)(PCC)和MES等現(xiàn)代化信息系統(tǒng)對生產(chǎn)線流轉的全要素進行把控,實現(xiàn)準確的數(shù)據(jù)分析和實時狀態(tài)顯示,提升生產(chǎn)管理的資源配置優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細化和智能決策科學化水平;最后,采取與生產(chǎn)線相適應的生產(chǎn)要素管理措施,從“人、機、料、法、環(huán)”五大要素入手,形成一系列適用于型號AIT脈動式生產(chǎn)的生產(chǎn)要素管理措施,提高生產(chǎn)資源利用率。

三是集約化生產(chǎn)站位規(guī)劃。工作站位是在流程再造的基礎上,將具有相關性的若干個生產(chǎn)單元進行整合,形成針對同一型號目標和操作對象,在同一場地,固定的設施、工裝條件下,由相對固定的人員進行工作的集合。從實際建設角度出發(fā),航天器AIT生產(chǎn)線生產(chǎn)站位應以現(xiàn)有資源為基礎,在保證現(xiàn)有型號任務正常進行的同時,通過合理規(guī)劃重新整合現(xiàn)有資源,根據(jù)需求進行設備升級,分步開展建設工作。此外,在生產(chǎn)站位規(guī)劃時要充分考慮對現(xiàn)有AIT生產(chǎn)資源的重新整合。對于AIT廠房中一些大型試驗設備如力學振動臺、空間模擬器等大型設備資源,站位劃分需要重點圍繞此類大型設備功能為核心進行場地、人員、設備、工裝等要素的配置。

四是生產(chǎn)裝備配置升級。生產(chǎn)裝備配置升級主要包括2個方面。管理層面提高信息化程度,推廣應用以ERP、MES、CAX、PLM為代表的數(shù)字化設計和管理系統(tǒng)是進行生產(chǎn)線智能化管理的基礎;在執(zhí)行層面,配置以AGV、工業(yè)機器人、自動貨柜為代表的智能執(zhí)行裝備,實現(xiàn)自動化物流、智能化轉運、自動化裝配等功能,提高總裝工作的自動化水平,同時構建衛(wèi)星AIT研制的數(shù)據(jù)采集平臺,基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集框架中的各類采集單元對車間人員、設備、環(huán)境和型號產(chǎn)品狀態(tài)進行緊密監(jiān)控。通過有效的數(shù)據(jù)融合、抽取與分析處理,提煉出供管理指揮層決策所需的各類信息。

三、應用實踐及效能分析

一是脈動式AIT生產(chǎn)線建設實踐。

通過對某批生產(chǎn)型號衛(wèi)星AIT研制流程進行流程再造,以60天為周期作為限定條件,綜合考慮AIT生產(chǎn)過程中“人、機、料、法、環(huán)”等生產(chǎn)要素,將該型號主線AIT流程整合劃分為五大階段。按照主線流程再造后劃分的工作階段對現(xiàn)有場地資源進行重新整合規(guī)劃,并將輔線作業(yè)單元與總裝庫房重新整合形成資源保障工作站位,共形成6個AIT工作站位,改變了以往一顆衛(wèi)星固定一個工位的思想,通過對型號AIT過程進行流程再設計、優(yōu)化和平衡,實現(xiàn)型號按設定節(jié)拍在不同的工作站位間進行脈動式流轉。

基于流程再造,并考慮大型試驗設備分布及廠房實際布局情況,將其主要劃分為六大工作站位,見表1。其中力學試驗工作區(qū)和熱試驗工作區(qū)分別以相關大型試驗設備為核心進行配套,改裝工作實施場地按照就近原則進行合理布局,并將總裝工作中輔線工作進行整合,形成物料庫房工作站,另外還兼顧考慮了AIT廠房的實際分布情況,重新規(guī)劃后衛(wèi)星在廠房內(nèi)部進行脈動式流轉。

二是脈動式AIT生產(chǎn)管理模式實踐。

某型號脈動式生產(chǎn)線建設過程中,主要通過以下7個方面進行了AIT生產(chǎn)管理模式重塑,改變了單型號的組織管理模式。形成了以AIT經(jīng)理為核心的組織模式,開展該批生產(chǎn)型號綜合管理;通過PLM、ERP、MES三大系統(tǒng)信息整合,初步實現(xiàn)了生產(chǎn)線內(nèi)全型號智能管控;建立了嚴格準入制度和現(xiàn)場管理制度,保證生產(chǎn)線穩(wěn)定運行;采取“固定+流動”的柔性化人員配置策略,形成專業(yè)化的型號隊伍;實施“去型號化”物料管理模式,縮短物料準備周期; 以首批型號AIT實施為基礎,開展技術狀態(tài)和實施基線定型;實施工裝全型號統(tǒng)一規(guī)劃投產(chǎn),提高設備利用率,通過工藝裝備升級,提高AIT自動化水平。

表1 某型號脈動式生產(chǎn)線場地規(guī)劃

三是生產(chǎn)線建設前后AIT生產(chǎn)效能對比。

通過生產(chǎn)線建設規(guī)劃及一系列能力提升措施,預計AIT生產(chǎn)效率總體可提升20%。具體效果對比,見表2。

表2 某型號脈動式生產(chǎn)線建設前后效果對比

航天器研制過程中,通過AIT流程再造、生產(chǎn)管理模式重塑、集約化生產(chǎn)站位建設規(guī)劃及生產(chǎn)裝備配置升級等具體實施途徑,為脈動式生產(chǎn)線制造方式在批生產(chǎn)航天器AIT生產(chǎn)中進行應用提供了一條可行的探索思路,以達到提升航天器AIT實施質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、滿足批生產(chǎn)型號研制的任務需求的目的。

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