鄢 泳，成翊琳，羅子相，王蓉芳

(1.中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所，北京 100089；2.中國兵器工業(yè)集團江山重工研究院有限公司，湖北 襄陽 441000；3.湘潭大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 湘潭 411100)

自福特汽車提出脈動式裝配生產(chǎn)線概念后，由美國波音飛機公司以精益制造原則創(chuàng)造的一種先進裝配生產(chǎn)線，其特點是可設(shè)定脈沖節(jié)點，生產(chǎn)線以節(jié)點進行各類工作，如果生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題就能及時把出問題的工位移至預(yù)留工位，可以有效提升裝配效率，降低工人勞動強度。目前，我國積極引進脈動式裝配生產(chǎn)線，中航工業(yè)西飛自2010年耗時5年建成了國內(nèi)首條飛機總裝脈動式生產(chǎn)線。同時，針對不同的飛機種類，西飛也建設(shè)了不同種類脈動式裝配生產(chǎn)線[1-3]。

得益于脈動式裝配生產(chǎn)線的快速、低成本、高質(zhì)量的制造效果，國內(nèi)各領(lǐng)域均開始引入該裝配生產(chǎn)模式，如安春雷等[4]以高鐵裝配生產(chǎn)線智能化轉(zhuǎn)型為目的，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)計劃管理、裝配現(xiàn)場管理3個方面，介紹了高鐵脈動自動化生產(chǎn)線配套的生產(chǎn)信息系統(tǒng)。李國慶等[5]以特種車的裝配特點及需求入手，分析與飛機脈動式裝配線的異同，提出了特種車的脈動式生產(chǎn)線裝配模式。

本文以載運車的項目建設(shè)需求為前提，結(jié)合廠房現(xiàn)有條件，設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試一條能裝配3種典型產(chǎn)品(A車、B車和C車)并預(yù)留工位用于產(chǎn)品線升級的脈動式柔性總裝生產(chǎn)線。

1 載運車總裝現(xiàn)狀

目前，載運車總裝采用典型的“單工位、固定式”生產(chǎn)方式，物料轉(zhuǎn)運和裝配過程數(shù)據(jù)依靠手工記錄，為推動式生產(chǎn)，存在如下問題[6]：1)現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠支撐產(chǎn)能分析與科學(xué)排產(chǎn)，導(dǎo)致制造資源未合理分配，造成大量在制品堆積，生產(chǎn)資金占用量大；2)采用單工位固定式，不同車輛由不同人員裝配，生產(chǎn)質(zhì)量由操作工人的技術(shù)熟練程度決定，裝配調(diào)試過程時間較長且質(zhì)量一致性較差；3)物料路徑混亂無規(guī)劃，配送無固定的路線與時間節(jié)拍，且裝配無計劃統(tǒng)籌，易造成裝配過程出現(xiàn)漏裝、錯裝，追溯困難，浪費大量人力與物力。

2 脈動式柔性總裝線方案

對現(xiàn)有裝配工藝進行優(yōu)化，結(jié)合部分自動化設(shè)備、工裝、檢測設(shè)備，同時增加過程控制、質(zhì)量管理等信息化手段，提高裝配質(zhì)量和效率，降低人工作業(yè)勞動強度，實現(xiàn)工位制、脈動式柔性化生產(chǎn)作業(yè)。該生產(chǎn)線主要由1條總裝線、1條部裝線、1套信息化控制系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)施組成，完成3種產(chǎn)品的部裝、總裝以及過程控制。裝配對象見表1。

表1 3種典型車參數(shù)

總裝線設(shè)備基礎(chǔ)是保證設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，考慮到總裝線設(shè)備基礎(chǔ)深于廠房柱基，要留出施工安全距離，避免擾動主體結(jié)構(gòu)。部裝線的半龍門吊考慮廠房既有條件，利用原有吊車梁，復(fù)核其結(jié)構(gòu)參數(shù)，避免出現(xiàn)吊車安裝尺寸不吻合或運行不平穩(wěn)的情況。

3 生產(chǎn)線布局

3.1 方案設(shè)計

1)裝配線布置面積：長225 m×寬27 m；生產(chǎn)線采用U型布局(需要上總裝的部件，進、出口并列，保證物料配送、裝配、總裝上線互不影響)或一字型布局(部件之間需要拼裝的零部件)，共劃分7個作業(yè)工位，單位長度和工位間隔保證人員作業(yè)便利，物料配送便捷，部件周轉(zhuǎn)方便。

2)車間整體布局按照總裝與部裝分離、自東向西一個流的原則，設(shè)置總裝線、部裝線、物流通道、物料緩存區(qū)等，保證總裝裝配、部裝裝配、物料配送互不影響。

3)生產(chǎn)線上設(shè)置3條通道：北側(cè)一條為部裝線小件物流通道；中間為總裝線和部裝線物料配送公用通道，此通道同時作為總裝線異常處理通道，裝配車輛出現(xiàn)異常時可快速離線至異常處理區(qū)處理。南側(cè)為參觀通道，與裝配作業(yè)區(qū)分離，不影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)作業(yè)，具體裝配線示意圖如圖1所示。

圖1 裝配線布局圖

3.2 生產(chǎn)線特點

1)部裝下線緩存工位與總裝上線裝配工位遵循就近原則布置，保證上線快速、便捷。產(chǎn)線上設(shè)置相應(yīng)的物料緩存位、配送位，保證生產(chǎn)連續(xù)進行，物料配送流程簡單、方便。

2)總裝線的輸送裝置為地板鏈，地板鏈的結(jié)構(gòu)強度能夠滿足總裝車體對中上線和靠北側(cè)上線2種方式?？梢罁?jù)車輛裝配需求，自行選擇總裝上線方式，地板鏈可滿足3種典型產(chǎn)品的承重和輸送需求。板鏈允許車體上線任意位置停放。

3)總裝線的安全防護，在末端工位設(shè)置檢測開關(guān)，檢測末端工位車輛是否下線，保證輸送安全；總裝線每個工位設(shè)置一個急停裝置，具備緊急停線功能。

4)利用預(yù)留工位以及車體在地板鏈上位置可變化調(diào)整，通過調(diào)整工位間距來增加作業(yè)工位數(shù)量；滿足未來產(chǎn)品變化、產(chǎn)能提升需求，保證產(chǎn)線擴展性。

5)每個工位按照裝配工藝進行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，配備了相應(yīng)的裝配工裝、智能化裝配工具、數(shù)字化檢測手段，有效提升了裝配質(zhì)量，減輕了勞動強度，實現(xiàn)了信息可追溯。

6)生產(chǎn)線允許臨時上下線，滿足異常情況日常處理以及多品種載運車的混線生產(chǎn)。

4 生產(chǎn)線信息系統(tǒng)

4.1 總體目標(biāo)

根據(jù)廠區(qū)已有的信息化條件，生產(chǎn)線以總裝月度計劃為輸入，車輛裝配下線(含聯(lián)試聯(lián)調(diào))為截止的范圍內(nèi)進行總裝信息化系統(tǒng)建設(shè)，主要業(yè)務(wù)包括生產(chǎn)、質(zhì)檢、物料配送、關(guān)重件綁定、現(xiàn)場工藝(仿真)、電子合格證等內(nèi)容，同時，把車輛的裝配過程記錄到車輛的檔案系統(tǒng)，用于長期存儲。

4.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系是按照系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)與要求，采用多層矩陣結(jié)構(gòu)體系(見圖2)。該結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)處理功能橫向分類為3層結(jié)構(gòu)，即：門戶表示層、中間應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層。其中，門戶表示層按照應(yīng)用縱向分類為工作層、管理層和決策層[7-8]。

圖2 多層矩陣結(jié)構(gòu)體系

1)門戶表示層是指在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，把各種應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源和可視化資源統(tǒng)一集成到通用組件之下。

2)中間應(yīng)用層是系統(tǒng)由一組軟件及體系框架組成，有助于快速構(gòu)建客戶化的應(yīng)用系統(tǒng)，并保證該系統(tǒng)的可擴展性、易修改性、互聯(lián)性及系統(tǒng)平臺的獨立性，它包含J2EE、最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元組件、業(yè)務(wù)商業(yè)模型處理組件，以及集成服務(wù)引擎、內(nèi)容服務(wù)引擎、規(guī)則服務(wù)引擎和工作流引擎。

3)數(shù)據(jù)處理層是以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)存取、備份、處理層。

4.3 業(yè)務(wù)功能

4.3.1 計劃管理

計劃管理人員通過信息化控制系統(tǒng)分解總裝計劃，并將作業(yè)計劃、配送計劃等分配相應(yīng)崗位系統(tǒng)控制終端；相關(guān)計劃可結(jié)合作業(yè)實際情況進行調(diào)整、變更，也可按時間、產(chǎn)品等不同關(guān)鍵要素進行計劃鎖定[9-10]。

1)通過總裝MES接受其他系統(tǒng)下發(fā)的月度總裝計劃。

2)計劃人員確認(rèn)日計劃之后，下發(fā)到車間；日計劃下發(fā)之后，鎖定對應(yīng)物料的庫存，車間管理人員依據(jù)下發(fā)的日計劃安排生產(chǎn)。車間管理人員可以對下發(fā)的生產(chǎn)計劃進行調(diào)整。

3)通過甘特圖的形式，直觀有效地展示生產(chǎn)計劃；同時計劃展示在生產(chǎn)日歷上，直觀有效地展示生產(chǎn)計劃。

4.3.2 作業(yè)過程管理

信息化控制系統(tǒng)滿足派工、配送、領(lǐng)工、報工、檢驗等操作，滿足作業(yè)人員、零部件、作業(yè)狀態(tài)等信息管理功能，并可按發(fā)包方實際使用需求定制各類報表，便于信息統(tǒng)計、查詢、分析，具體崗位職責(zé)和使用需求包括線邊保障、裝配、檢驗、生產(chǎn)管理及質(zhì)量管理。

1)線邊保障包括物料的配送，以及工裝、工具的配送等相關(guān)問題；主線計劃和部裝計劃下發(fā)時，創(chuàng)建配送計劃；配送計劃為一車一工位一張單據(jù)。由倉庫或者物流人員確認(rèn)配送計劃，如果由于某種原因?qū)е挛锪喜蛔愕?，?yīng)提前發(fā)出預(yù)警。依據(jù)生產(chǎn)計劃，部分物料/工裝/工具通過AGV配送，部分人工配送。

2)通過電子看板了解計劃下達情況、工裝輔具及部件配送信息等；通過信息化控制系統(tǒng)終端領(lǐng)工；通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理或三維工藝過程管理系統(tǒng)查詢裝配內(nèi)容、裝配關(guān)系、電子式作業(yè)指導(dǎo)書；按指導(dǎo)書完成作業(yè)后使用信息化控制系統(tǒng)終端報工；系統(tǒng)按檢驗設(shè)置情況自動提請檢驗。

a.主線上線計劃：在車間第1個工位的大屏顯示主線的上線計劃，工人根據(jù)主線上線計劃安排車輛進入主線進行裝配；b.部裝上線計劃：在每個部裝的工位大屏上顯示部裝上線計劃和部裝計劃的執(zhí)行情況，工人根據(jù)部裝上線計劃進行部裝裝配作業(yè)；c.生產(chǎn)開工：主要工位長負(fù)責(zé)制，記錄每臺車輛對應(yīng)到相關(guān)生產(chǎn)工位開始的時間，也可以通過系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)自動識別出車輛即表示開始裝配；d.生產(chǎn)完工：主要是工位長負(fù)責(zé)，記錄每臺車輛完成工作的時間，操作步驟同開工，也可通過系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)自動識別出車輛離開即表示開始完工，如果裝配沒有完成，則需要工位長在工位工控機上標(biāo)識為未完成；e.現(xiàn)場報警：通過配置的報警觸摸屏或者登錄工控機進行報警。

3)通過電子看板或信息化控制系統(tǒng)終端顯示的報工提檢信息開展檢驗作業(yè)，結(jié)束后在信息化控制系統(tǒng)終端錄入檢驗、檢測數(shù)據(jù)，合格的自動生成電子式合格證并計入下一道工序預(yù)備，不合格的系統(tǒng)自動將信息推送至質(zhì)量管理平臺執(zhí)行審理、報廢等相應(yīng)程序。質(zhì)量管理主要記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品及過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，用以控制產(chǎn)品質(zhì)量，確定生產(chǎn)中需要注意的問題。

4)通過生產(chǎn)調(diào)度中心看板或終端機可實時對計劃下達情況、配送到位情況、作業(yè)進展、質(zhì)量信息等內(nèi)容進行全過程跟蹤、查閱；通過高清數(shù)字視頻監(jiān)控實時監(jiān)控作業(yè)人員狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)工作異常，制止違章作業(yè)。

5)可實時采集并查閱當(dāng)前裝配質(zhì)量信息、檢驗或檢測數(shù)據(jù)等質(zhì)量相關(guān)信息；通過數(shù)據(jù)交互，在質(zhì)量管理平臺可對質(zhì)量信息進行綜合分析，實現(xiàn)作業(yè)全過程質(zhì)量控制。

4.3.3 聯(lián)試聯(lián)調(diào)

在生產(chǎn)線進行部件裝配、總裝以及裝配完成后，能對裝配過程和裝配完成后的聯(lián)試聯(lián)調(diào)進行信息化管理，對裝配過程中相關(guān)信息進行采集和記錄，聯(lián)試聯(lián)調(diào)過程中進行相關(guān)數(shù)據(jù)采集、問題記錄匯總分析，最終提煉轉(zhuǎn)化形成總裝線知識庫。

1)數(shù)據(jù)采集：通過部署設(shè)備采集系統(tǒng)，從PLC、智能儀表等讀取設(shè)備狀態(tài)(運、停、故障、功率能耗等)數(shù)據(jù)，通過集成接口實時傳輸至MES系統(tǒng)，以供查詢。數(shù)據(jù)采集涉及到硬件設(shè)備，需要對應(yīng)的硬件廠商提供技術(shù)支持，開放相應(yīng)的接口或者權(quán)限。

2)車輛檔案：對每輛車建立完整的檔案記錄(見圖3)。真實記錄車間的生產(chǎn)過程，通過直觀的方式重現(xiàn)車間的生產(chǎn)過程。車輛檔案的范圍僅涵蓋總裝車間作業(yè)的裝配過程，從總裝上線開始到總裝下線為止范圍內(nèi)的工位過點時間、關(guān)重件綁定、質(zhì)檢等信息。

圖3 底盤生產(chǎn)檔案

4.3.4 總裝裝配過程仿真

通過“產(chǎn)品數(shù)字化裝配與工藝仿真系統(tǒng)”軟件來進行裝配過程仿真，從而實現(xiàn)基于三維模型的3個產(chǎn)品的生產(chǎn)線作業(yè)全過程仿真(其中產(chǎn)品的部分三維模型利用發(fā)包方已有模型)；按工序、工步設(shè)置完成3個產(chǎn)品電子式作業(yè)指導(dǎo)書編制；實現(xiàn)當(dāng)前工位裝配過程仿真演示。

1)裝配過程仿真及發(fā)布：從工藝系統(tǒng)導(dǎo)出裝配仿真動畫，上傳到總裝MES系統(tǒng)。

2)車間大屏動態(tài)展示：系統(tǒng)在總裝主線和部裝工位，識別出車輛或者部裝件信息后，在對應(yīng)的工位大屏上自動播放仿真動畫等。

5 結(jié)語

本文以現(xiàn)有總裝工房條件為前提，設(shè)計了一種可實施的脈動式柔性總裝生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線主要由1條總裝線、1條部裝線、1套信息化控制系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)施組成，完成了產(chǎn)品的部裝、總裝以及過程控制，實現(xiàn)了裝配作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、物流運輸自動化、生產(chǎn)過程管理信息化。生產(chǎn)線在保證3種典型產(chǎn)品的正常生產(chǎn)前提條件下，通過預(yù)留工位與地板鏈?zhǔn)巩a(chǎn)品線具有一定的擴展性，增加了生產(chǎn)線的經(jīng)濟效益性。同時以MES系統(tǒng)為核心，通過面板顯示等系統(tǒng)，使生產(chǎn)線具備智慧性。以“產(chǎn)品數(shù)字化裝配與工藝仿真系統(tǒng)”進行裝配過程仿真，使3個產(chǎn)品的生產(chǎn)線作業(yè)全過程仿真；為脈動式柔性生產(chǎn)線在載運車的應(yīng)用方面提供全新的思路與發(fā)展方向。