作者簡(jiǎn)介:任曉娟(1992—),女,本科,工程師,研究方向?yàn)楹娇站S修及智能化產(chǎn)線規(guī)劃。
摘? 要:本文通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)外常用較為先進(jìn)的飛機(jī)制造生產(chǎn)線運(yùn)行模式的研究、各生產(chǎn)線模式的優(yōu)劣勢(shì)分析,同時(shí),結(jié)合某型飛機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)、修理需求、修理產(chǎn)能及修理工廠的現(xiàn)狀與規(guī)劃,對(duì)某型飛機(jī)的修理線模式進(jìn)行規(guī)劃研究。通過打破傳統(tǒng)的修理生產(chǎn)線模式,引入數(shù)字化、智能化等維修思想,在生產(chǎn)線運(yùn)行模式、生產(chǎn)管控、維修決策等方面進(jìn)行規(guī)劃,來提高生產(chǎn)質(zhì)量、縮短飛機(jī)修理周期。
關(guān)鍵詞:生產(chǎn)線? 修理? 數(shù)字化? 智能化
Abstract:Through the research on the more advanced aircraft manufacturing production line operating modes commonly used at home and abroad, the advantages and disadvantages of each production line mode, and the technical characteristics, repair requirements, repair capacity of a certain type of aircraft, and the current status and planning of the repair factory Plan and study the repair line mode of the type aircraft. By breaking the traditional repair production line model, introducing digital and intelligent maintenance ideas, and planning in the production line operation mode, production control, maintenance decision-making, etc., to improve production quality and shorten the aircraft repair cycle.
Key words:Production line; Repair; Digitizing; Intelligent
隨著航空技術(shù)的發(fā)展,飛機(jī)系統(tǒng)越來越復(fù)雜,這就要求飛機(jī)生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量需要提高。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有較為成熟的飛機(jī)總裝脈動(dòng)式生產(chǎn)模式研究,并經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證,該生產(chǎn)方式在提高生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量方面確有成效。但是在航空整機(jī)修理方面,生產(chǎn)線模式的研究尚處于空白。
為保障外場(chǎng)飛機(jī)狀態(tài)完好率及飛機(jī)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間,飛機(jī)進(jìn)廠大修時(shí)間必須要進(jìn)行壓縮,因此,通過對(duì)某型飛機(jī)整機(jī)修理線模式規(guī)劃研究,以提高修理效率及質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義與必要性。
1 各型產(chǎn)線模式定義及特點(diǎn)
1.1 移動(dòng)式生產(chǎn)線
1.1.1 定義
利用精益制造模式,將傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)裝配方式變革為單件流拉動(dòng)式生產(chǎn)模式,主要分為連續(xù)移動(dòng)式和脈沖移動(dòng)式。
(1)連續(xù)移動(dòng)式。生產(chǎn)線上的飛機(jī)從一個(gè)工作站緩慢移動(dòng)到下一個(gè),在整個(gè)裝配過程中,飛機(jī)始終以平穩(wěn)的速度移動(dòng)。
(2)脈動(dòng)移動(dòng)式。生產(chǎn)線上的飛機(jī)在一個(gè)工作站完成相應(yīng)工作量后移動(dòng)到下一個(gè),是連續(xù)移動(dòng)生產(chǎn)線的過渡階段,可以設(shè)定緩沖時(shí)間,當(dāng)每個(gè)站位工作全部完成時(shí),生產(chǎn)線就脈動(dòng)一次[1]。
1.1.2 特點(diǎn)分析
連續(xù)移動(dòng)生產(chǎn)線的運(yùn)行速度和脈動(dòng)式移動(dòng)生產(chǎn)線的節(jié)拍是根據(jù)下道工序或飛機(jī)客戶的需求計(jì)劃來確定,它的運(yùn)動(dòng)快慢完全取決于后續(xù)工作對(duì)其輸入的結(jié)果,由市場(chǎng)來決定。
移動(dòng)式生產(chǎn)線要求產(chǎn)品構(gòu)型和制造狀態(tài)穩(wěn)定,裝配工藝成熟;產(chǎn)品有明確、穩(wěn)定的需求;產(chǎn)品具有較成熟的供應(yīng)鏈,能夠及時(shí)、穩(wěn)定地提供零部件;產(chǎn)品總產(chǎn)量與產(chǎn)線的建設(shè)周期、成本投入等相比具有較高的收益;企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)該具備精益的素質(zhì),能靈活運(yùn)用精益的工具和方法;企業(yè)應(yīng)具備較好的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)和一定的信息化條件。
脈動(dòng)式生產(chǎn)線的特點(diǎn)主要有生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性、工位專業(yè)化程度高,裝配進(jìn)度易于掌握、自動(dòng)化程度高等,主要適用于批量、供應(yīng)鏈成熟,能夠及時(shí)、穩(wěn)定地提供零部件的生產(chǎn)模式[2]。
相比脈動(dòng)式生產(chǎn)線,連續(xù)移動(dòng)式生產(chǎn)線中操作工人的工作對(duì)象是一個(gè)移動(dòng)體,要求工作中的操作人員始終保持清醒的頭腦和高度集中的精神狀態(tài),每個(gè)環(huán)節(jié)不能有任何停頓和遲緩,因此,工人要經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練并具有靈敏的反應(yīng)能力。飛機(jī)外圍所有周邊設(shè)備和操作平臺(tái)都是隨飛機(jī)同速運(yùn)動(dòng)并根據(jù)需要可以方便脫開的,這就要求AGV的動(dòng)力足夠承擔(dān)所載設(shè)施的負(fù)重,也要求所載設(shè)施與移動(dòng)線之間有十分友好的接口和方便搭接和脫開的結(jié)構(gòu)。
1.2 機(jī)庫(kù)式生產(chǎn)線和站點(diǎn)式生產(chǎn)線
1.2.1 定義
(1)機(jī)庫(kù)式生產(chǎn)線模式。機(jī)庫(kù)式生產(chǎn)線模式是飛機(jī)在固定位置上逐步完成裝配和試驗(yàn)等工作。
(2)站點(diǎn)式生產(chǎn)線模式。站點(diǎn)式生產(chǎn)線模式是在生產(chǎn)線中設(shè)置多個(gè)站點(diǎn),在每個(gè)站點(diǎn)完成一部分工作,再移動(dòng)飛機(jī)至下一個(gè)站點(diǎn)。
站點(diǎn)式和脈動(dòng)式都是介于連續(xù)移動(dòng)式和機(jī)庫(kù)式之間的間歇式移動(dòng)生產(chǎn)線,區(qū)別在于脈動(dòng)式各站位需按統(tǒng)一的節(jié)拍移動(dòng),為單件流拉動(dòng)式生產(chǎn)模式,而站點(diǎn)式各站點(diǎn)節(jié)拍無需一致,且各站點(diǎn)多架次飛機(jī)同時(shí)生產(chǎn),為傳統(tǒng)批量生產(chǎn)模式。
1.2.2 特點(diǎn)分析
(1)機(jī)庫(kù)式特點(diǎn)分析。機(jī)庫(kù)式主要用于多狀態(tài)、多機(jī)種、供需穩(wěn)定的生產(chǎn),這種方式有著人員專業(yè)實(shí)施、便于修理質(zhì)量控制、生產(chǎn)過程管理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),但這種方式對(duì)資源需求較高,存在由于供需不穩(wěn)定時(shí)生產(chǎn)資源無法調(diào)配的問題(即所謂的饑飽不均),同時(shí)由于專線專用,占用場(chǎng)地設(shè)施較大。
(2)站點(diǎn)式特點(diǎn)分析。站點(diǎn)式由于專業(yè)集中度高、人力場(chǎng)地等維修資源集中且可借用度高、修理線柔性度大,適用于資源需求、工藝流程類似,修理型號(hào)有一定相似度的生產(chǎn)組織方式,缺點(diǎn)是由于人員要求較高、生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)管理復(fù)雜[3]。
2 國(guó)內(nèi)外飛機(jī)制造、修理生產(chǎn)線模式現(xiàn)狀分析
2.1 國(guó)內(nèi)外飛機(jī)制造生產(chǎn)線現(xiàn)狀
波音公司自2006年首條717移動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)施成功之后將移動(dòng)式裝配應(yīng)用到所有商用飛機(jī),其成功經(jīng)驗(yàn)帶動(dòng)了空客、龐巴迪、巴西航空等各大飛機(jī)制造商為新機(jī)建立移動(dòng)或脈動(dòng)裝配線。除商用飛機(jī)外,波音公司的武裝阿帕奇直升機(jī)、洛克希德·馬丁公司的F-35戰(zhàn)斗機(jī)、意大利阿古斯特維斯特蘭公司的W159型武裝直升機(jī)等軍用飛機(jī)也都實(shí)施了移動(dòng)式的生產(chǎn)模式。據(jù)此可知,國(guó)外主流飛機(jī)制造生產(chǎn)線已從傳統(tǒng)機(jī)庫(kù)式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?dòng)式。
以波音公司為例,波音737飛機(jī)產(chǎn)線為單向連續(xù)移動(dòng)式產(chǎn)線,但也并非全線連續(xù)移動(dòng),飛機(jī)進(jìn)入總裝廠房后,首先將從供應(yīng)商處來的機(jī)身放置在專用工具塢中裝配必要的部件,并進(jìn)行機(jī)體大部件對(duì)接,左右機(jī)翼和機(jī)身對(duì)接,待起落架安裝到位后開始移動(dòng)生產(chǎn)線;波音787飛機(jī)產(chǎn)線為脈沖式生產(chǎn)線,共設(shè)置4個(gè)工作區(qū)。
國(guó)內(nèi)第一條飛機(jī)制造脈動(dòng)式裝配線在航空工業(yè)西飛建成,于2010年投入使用。成飛公司、洪都公司、陜飛公司等各大飛機(jī)制造廠也相繼在新型號(hào)投產(chǎn)時(shí)實(shí)施脈動(dòng)式裝配,并取得良好的實(shí)施效果。
2.2 國(guó)內(nèi)外飛機(jī)修理生產(chǎn)線模式現(xiàn)狀
相比制造行業(yè),飛機(jī)修理除了總裝還包括故檢、分解、結(jié)構(gòu)修理、部附件修理等工序,手工作業(yè)多,不確定性更嚴(yán)重,缺件、故障等因素對(duì)移動(dòng)式生產(chǎn)的實(shí)施造成了更大的困難,但國(guó)外仍有KC-135運(yùn)輸機(jī)、武裝阿帕奇等飛機(jī)修理線采用移動(dòng)式生產(chǎn)線,另外德國(guó)漢莎航空在CFM發(fā)動(dòng)機(jī)分解、檢修和裝配的過程中也實(shí)施了脈動(dòng)式生產(chǎn)線。而國(guó)內(nèi)也有工廠在發(fā)動(dòng)機(jī)修理時(shí)采用了脈動(dòng)式生產(chǎn)線,其余多數(shù)修理企業(yè)仍采用機(jī)庫(kù)式或站點(diǎn)式的生產(chǎn)線模式。
目前,國(guó)內(nèi)飛機(jī)修理生產(chǎn)模式主要分為站點(diǎn)式和機(jī)庫(kù)式。例如,某廠承修直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、殲擊機(jī)等多種機(jī)型,各種飛機(jī)技術(shù)狀態(tài)差異大,對(duì)于機(jī)型承修任務(wù)量小的,主機(jī)采用機(jī)庫(kù)式生產(chǎn)模式,其他采用站點(diǎn)式生產(chǎn)模式;而某集團(tuán)承修運(yùn)輸機(jī)、殲擊機(jī)等多種機(jī)型,但由于該集團(tuán)有當(dāng)陽(yáng)、金銀湖和陽(yáng)邏3個(gè)獨(dú)立廠區(qū),每個(gè)廠區(qū)修理分工不同,但從每個(gè)廠區(qū)看,仍然采用的是站點(diǎn)式生產(chǎn)模式。
2.3 產(chǎn)線適用性分析
綜上國(guó)內(nèi)外飛機(jī)主流生產(chǎn)模式共3種,對(duì)比情況見表1。
識(shí)別某型飛機(jī)修理特點(diǎn)及修理需求,與機(jī)庫(kù)式、站點(diǎn)式、移動(dòng)式修理線的特點(diǎn)進(jìn)行適用性分析,論證采用各模式之后,生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的局限。通過分析共識(shí)別出某型飛機(jī)修理特點(diǎn)13項(xiàng),分別按照機(jī)庫(kù)式、站點(diǎn)式、移動(dòng)式論證,其中適用于機(jī)庫(kù)式的特點(diǎn)8項(xiàng),站點(diǎn)式10項(xiàng),脈動(dòng)移動(dòng)式8項(xiàng),連續(xù)移動(dòng)式6項(xiàng),詳見表2。
從論證結(jié)果得出4種產(chǎn)線模式都無法直接用于某型飛機(jī)修理,需結(jié)合4種產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)開展某型飛機(jī)修理線設(shè)置。某型飛機(jī)修理線設(shè)計(jì)時(shí)可充分借鑒移動(dòng)式修理線優(yōu)點(diǎn),同時(shí)兼顧考慮站點(diǎn)式修理線維修資源集中等優(yōu)勢(shì)。
3 整機(jī)修理產(chǎn)線設(shè)計(jì)思路
3.1 某型飛機(jī)修理線劃分3個(gè)部分
某型飛機(jī)修理線劃分整機(jī)修理生產(chǎn)線、大部件修理生產(chǎn)線、機(jī)載部附件修理生產(chǎn)線,報(bào)告主要包括整機(jī)修理生產(chǎn)線規(guī)劃,大部件、機(jī)載部附件按照維修單元?jiǎng)澐?,匹配整機(jī)修理生產(chǎn)線的協(xié)同流轉(zhuǎn)。
3.2 整機(jī)修理生產(chǎn)線按模塊分為3個(gè)模塊
整機(jī)修理生產(chǎn)線按模塊分為前序模塊、中間模塊、后續(xù)模塊,其中前序模塊為健康狀態(tài)評(píng)估,中間模塊為視情分解故檢、機(jī)體修理及裝配調(diào)試階段,后續(xù)模塊為試飛準(zhǔn)備至交付等。前序模塊及后續(xù)模塊主要根據(jù)廠房條件限制及環(huán)境要求,進(jìn)行站位設(shè)計(jì);中間模塊主要結(jié)合工序內(nèi)容及生產(chǎn)流轉(zhuǎn)流暢性進(jìn)行站位設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定節(jié)拍的快速移動(dòng)。
3.3設(shè)計(jì)主體
主要對(duì)中間模塊進(jìn)行脈動(dòng)式站位設(shè)計(jì),以年產(chǎn)量和每架修理周期為目標(biāo),將中間模塊設(shè)計(jì)為9個(gè)站位,為保證修理量,由兩條脈動(dòng)線進(jìn)行修理,在意外情況下,兩條脈動(dòng)線間可以交叉互補(bǔ)。
4 整機(jī)修理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
4.1 修理工序劃分
依據(jù)飛機(jī)修理內(nèi)容,將修理線分為9大工序,包括健康狀態(tài)評(píng)估、視情分解、修理、油箱密封試驗(yàn)、整機(jī)裝配調(diào)試、試飛等9個(gè)工序,根據(jù)各修理工序內(nèi)容,進(jìn)一步將產(chǎn)線劃分為71個(gè)一級(jí)子工序。
4.2 站位劃分
站位劃分的原則主要是依據(jù)各工序的工作內(nèi)容及修理周期進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化劃分,同時(shí)考慮修理場(chǎng)地、工裝設(shè)備及環(huán)境要求等限制因素的影響。站位劃分時(shí)通過并行、串行等方式進(jìn)行工序優(yōu)化整合,實(shí)現(xiàn)整機(jī)修理線順暢運(yùn)行;識(shí)別出對(duì)場(chǎng)地有特殊修理需求的共5項(xiàng),分別為測(cè)試廠房、除漆噴漆廠房、油箱廠房、屏蔽廠房、外場(chǎng)及試飛站,在站位劃分時(shí)按照獨(dú)立站位進(jìn)行劃分;識(shí)別出機(jī)體修理、整機(jī)裝配調(diào)試除受到部分大型工裝設(shè)備因素影響外,對(duì)場(chǎng)地?zé)o特殊需求,在站位劃分時(shí)可考慮在一個(gè)廠房開展,最終將飛機(jī)整機(jī)修理產(chǎn)線共劃分為20個(gè)修理站位[4]。
5 智能化應(yīng)用配套
5.1 修理平臺(tái)數(shù)字化
建立基于MBD的維修工藝管理系統(tǒng),無縫承接設(shè)計(jì)所飛機(jī)產(chǎn)品MBD定義,全面實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)字化。在管理層面借助數(shù)字化管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)顯性化項(xiàng)目全生命周期管理。利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝交付物升級(jí),由文字工藝規(guī)程轉(zhuǎn)變?yōu)榭山换サ墓に嚥僮髂P?,該工藝既可?yàn)證優(yōu)化研發(fā)工藝的可行性,也可基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)構(gòu)造理論知識(shí)、維護(hù)操作過程教學(xué)等培訓(xùn)。
5.2 生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化
5.2.1 健康評(píng)估、試飛交付智能化
利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)飛機(jī)健康評(píng)估過程中的數(shù)字化工藝指導(dǎo);實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化管控;實(shí)現(xiàn)與裝備健康管理系統(tǒng)(PHM)的數(shù)據(jù)集成,獲取裝備質(zhì)量信息,完成故障預(yù)測(cè)、壽命管控等工作;構(gòu)建電子化產(chǎn)品履歷文件庫(kù)和裝備修理過程庫(kù),實(shí)現(xiàn)修竣裝備文件校對(duì)數(shù)字化;實(shí)現(xiàn)試飛前資源準(zhǔn)備數(shù)字化,按照試飛要求,合理配置試飛準(zhǔn)備資源。
5.2.2 視情分解智能化
開展產(chǎn)品信息數(shù)字化,對(duì)分解產(chǎn)品進(jìn)行智能識(shí)別標(biāo)識(shí),利用智能定位技術(shù),對(duì)產(chǎn)品交付過程進(jìn)行追蹤定位。
5.2.3 機(jī)體、大部件修理自動(dòng)化
利用機(jī)械臂、機(jī)器人和工業(yè)AGV等技術(shù),實(shí)現(xiàn)大部件入庫(kù)存放、智能除噴漆、自動(dòng)檢測(cè)、輔助修理、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)和工位間自動(dòng)轉(zhuǎn)移,構(gòu)建大部件修理線的自動(dòng)化。
5.2.4 部附件產(chǎn)品修理智能化
利用機(jī)器視覺、顯微檢測(cè)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品故檢智能化;利用智能化檢測(cè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)部附件產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析,輔助決策修理。
5.2.5 裝配調(diào)試自動(dòng)化
通過引入全向軸的自動(dòng)對(duì)接架車,在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中調(diào)整安裝角度,有效提高工作效率,減少發(fā)動(dòng)機(jī)磕碰損傷風(fēng)險(xiǎn);應(yīng)用大部件智能對(duì)接設(shè)備,完成飛機(jī)大部件的對(duì)接;引入機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù),實(shí)現(xiàn)飛機(jī)校靶檢測(cè)的智能化;搭建通用調(diào)試平臺(tái),實(shí)現(xiàn)調(diào)試數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)采集,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)調(diào)試數(shù)據(jù)的模擬驗(yàn)證[5]。
5.3 管控智能化
5.3.1 生產(chǎn)精益化
建立生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)排產(chǎn)管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)廠級(jí)、車間級(jí)、單元級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)排產(chǎn)能力,保證三級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,易于監(jiān)控和管理,充分考慮物料儲(chǔ)備、產(chǎn)能、設(shè)備等對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度的約束,形成基于產(chǎn)能約束模型的自動(dòng)化排產(chǎn)、模擬和動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。
通過生產(chǎn)計(jì)劃拉動(dòng)物料存儲(chǔ)和配送,減少庫(kù)存。設(shè)置智能線邊庫(kù),規(guī)劃物料配送路徑與方式,利用射頻識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)出庫(kù)分揀、自動(dòng)精準(zhǔn)配送功能,實(shí)現(xiàn)無人化管理,具體流程見圖1。
5.3.2 管控全面可視化
在產(chǎn)線建成之后正式運(yùn)行期間,結(jié)合VR技術(shù)可以通過數(shù)字孿生模型對(duì)實(shí)體工廠的生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備、檢測(cè)與試驗(yàn)設(shè)備、產(chǎn)線和儀表的運(yùn)行狀態(tài),以及生產(chǎn)質(zhì)量、能耗、安全等關(guān)鍵過程進(jìn)行全面可視化管控。
5.3.3 決策有限智能化
利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)分析飛機(jī)使用、故障、檢測(cè)數(shù)據(jù),建立飛機(jī)性能衰退模型,開展以可靠性為中心的維修分析建立飛機(jī)可靠性評(píng)估模型。依據(jù)模型對(duì)PHM等信息進(jìn)行分析完成飛機(jī)健康評(píng)估,結(jié)合維修大綱,生成單機(jī)維修方案,具體流程見圖2[6]。
6 結(jié)語(yǔ)
本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有主流生產(chǎn)線的對(duì)比分析,結(jié)合某型飛機(jī)維修模式特點(diǎn)及修理工序設(shè)置內(nèi)容,開展整機(jī)修理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)論證,提出了基于工藝數(shù)字化、生產(chǎn)精益化、管控全面可視化、決策智能化、作業(yè)適度智能化的雙脈動(dòng)柔性智能化修理線。從生產(chǎn)周期方面,通過管理方法的提升,可提升工作效率,縮短飛機(jī)修理周期;從生產(chǎn)質(zhì)量方面,通過作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)透明化,使生產(chǎn)質(zhì)量全面可控;從人力勞動(dòng)方面,作業(yè)過程中增加了大量的自動(dòng)化、智能化設(shè)備,可降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
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