飛機總裝脈動生產線技術發展現狀

嚴金鳳

（南京理工大學　工程訓練中心，江蘇　南京　210094）

引言

隨著我國飛機制造業的飛速發展，尤其是大型商用飛機和軍用飛機需求量劇增，研制任務增多，我國的飛機制造模式正在向多品種、小批量轉型。基于精益思想的飛機移動式裝配線已成為飛機生產新模式，世界各大航空制造企業競相采用。比如波音737和757機型的總裝配線就是采用連續移動式的裝配線，具有生產節拍均衡、生產周期和裝配工時短、標準化工作、工作地可視化等特點[1-2]。

脈動式裝配線作為移動式裝配線的一種，使用模塊式方式設計總裝配線，通過站位劃分使得生產過程按設定的節拍進行站位式裝配作業，具有工位專業化程度高、生產節奏性強、數字化程度高等特點，裝配作業分工明確細致、工作量單一重復，生產效率高，生產線一般配備專業的物流供給線。目前此種作業模式在我國的飛機制造企業已經得到了廣泛的應用，比如中航工業西飛建成國內首條飛機總裝脈動生產線、中航飛機漢中飛機分公司總裝脈動生產線、中航工業洪都集團總裝脈動生產線等，在數字化裝配技術，裝配智能制造體系構建、物流系統設計、生產線平衡等關鍵環節已取得重大突破。但我國飛機制造企業的總裝脈動生產線仍處于起步階段，在作業資源調度、生產任務分配等方面仍按傳統方式運作，實際生產進度脫節、作業任務失衡和產能無法滿足需求等狀況時有發生[3]。

1　裝配智能制造體系

以物聯網、人工智能、大數據、云計算、計算機仿真以及網絡安全等關鍵技術作為支撐，飛機總裝脈動生產線裝配智能制造體系主要包括CAPP、ERP、PDM、MES。裝配智能制造體系中各系統的高度集成是實現飛機總裝脈動生產線裝配過程數字化、標準化的基礎，其中的制造執行系統（Manufacturing execution system，MES）作為支持飛機總裝脈動生產線數字化裝配過程的核心模塊，可以有效解決車間管理落后的問題[4]。

如圖1所示，MES系統是與傳感網絡一起負責底層設備信息的反饋處理與上層計劃指令的傳達、執行。目前MES系統在飛機總裝脈動生產線應用非常廣泛，廠房內配備電子顯示屏、現場可視化觸摸屏電腦等移動終端，從設計信息、裝配指令、物流管理等方面實現無紙化管理，利用傳感器技術對人員狀態信息、物料狀態信息、生產進度信息等進行監控與調度。但是目前我國各飛機總裝脈動生產線的MES系統應用廣度和深度仍不夠，應用主要局限于作業指導和生產過程監控，與其他系統集成度不夠，設計變更數據和工藝變更數據等基礎數據管理不到位，在實際應用過程中仍存在較多問題。

圖1　飛機總裝脈動生產線多層次模型

2　數字化裝配技術

飛機先進的數字化裝配技術是保證飛機總裝脈動生產線能夠順利運行的關鍵環節。目前我國飛機總裝脈動生產線應用的數字化裝配技術主要包括大部件數字化對接技術、數字化測量技術、自動鉆鉚技術與裝備等。大部件對接技術和數字化測量技術都有賴于高精度的測量技術，同時，精準的測量數據也是實現工件定位、蒙皮制孔、連接和對接等的基礎。在我國飛機總裝脈動生產線數字化裝配過程中應用較為廣泛的數字化測量系統主要有激光跟蹤儀、iGPS（indoorGPS）和數字照相測量系統[5-6]。

飛機總裝脈動生產線中的裝配對象、裝配資源和裝配工藝是其裝配系統的核心三要素。基于MBD（Model-Based Design）技術的三維數字化虛擬裝配技術通過構建產品-工藝-資源一體的PPR（Product-Process-Resource）多層次模型，以可視化方式研究和解決飛機裝配過程中的產品設計、工藝設計等問題，滿足整個制造過程的不同仿真需求，見圖2。數字化企業精益制造交互式應用DELMIA通過數字化裝配技術，能夠真實模擬飛機的裝配過程，是目前較多飛機總裝脈動生產線選用的平臺[6-7]。

圖2　飛機總裝脈動生產線多層次模型

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術可以實現虛擬沉浸環境下的裝配過程三維交互，工藝人員可以模擬真實的飛機總裝脈動生產線的裝配過程[7-8]。利用VR技術可以實現對裝配過程中的人體疲勞度、可視性、可達性等方面進行檢驗和優化設計，其準確度的關鍵是模型精度級別。

3　物流系統設計

物料的準時配送是飛機總裝配線實現脈動的重要條件，因此物流系統的設計在飛機總裝脈動生產線布局優化與設計中至關重要。以五站位飛機總裝脈動生產線為例，飛機總裝脈動生產線主要包括站位主體、物流供給系統、現場可視化管理系統、工裝設備、庫存車間等五大部分組成，生產現場物流資源主要包括AGV小車、叉車、吊車等[9-10]。

在裝配過程中，各個站位在執行某一道裝配指令或工序時要將所需的物料、工具工裝、輔料等一起按照裝配順序擺放在配送箱上，利用AGV小車等設備送到相應站位，因此飛機總裝脈動生產線的物流系統具有大批量、多站位、高聯動的特點。傳統飛機裝配站位、線邊庫存、物料待加工區域布局設計大多憑經驗，在實際生產過程中，存在物料配送節拍與站位裝配節拍不一致、運輸不及時、物流效率低等問題。因此，如何通過物流系統的設計實現物料的準時配送是亟待解決的問題。目前我國飛機總裝脈動生產線物流系統設計主要采用DELMIA、eM-Plant、Quest等軟件進行建模仿真，構建生產線布局、制造過程模型，并對布局和物流系統進行優化設計[11-12]。

圖3　飛機總站脈動生產線布局示意圖

4　結語

國內飛機總裝脈動生產線技術發展迅速，已突破裝配智能制造體系、數字化裝配技術、物流系統設計等關鍵技術，從傳統生產方式向精益制造方式轉變，是我國飛機制造業邁向世界水平的必由之路。但目前我國飛機脈動生產模式存在自動化水平低、缺乏規范和標準、3D模型精度低、基礎數據可靠性不高、產品型號適應性差等問題，已成為制約我國飛機總裝脈動生產線技術發展的瓶頸[13-14]。通過深入研究飛機總裝脈動生產線技術，建立適合我國飛機總裝配過程的脈動生產線，對于實現大型商用飛機和軍用飛機等型號的批量生產具有重要意義。

[1]陳紹文，王舸，孫珞珈.精益制造和飛機移動式裝配[J].航空制造技術，2011（16）：34-37.

[2]張斌，董晨琳.中航飛機漢中飛機分公司總裝脈動生產線進入試運行[N].中國航空報，2016-12-15（003）.

[3]李西寧，支劭偉，蔣博，等.飛機總裝數字化脈動生產線技術[J].航空制造技術，2016（10）：48-51.

[4]鄭諧，王婷，徐云天.飛機脈動式裝配線規范化研究[J].航空標準化與質量，2017（2）：20-24.

[5]宋利康，鄭堂介，黃少華，等.飛機裝配智能制造體系構建及關鍵技術[J].航空制造技術，2015（13）：40-45；50.

[6]薛良昌.飛機總裝脈動生產線及其信息管理系統的應用于研究[J].航空制造技術，2014（18）：89-91.

[7]鄭力，江平宇，喬立紅.制造系統研究的挑戰和前沿[J].機械工程學報，2010，46（21）：124-136.

[8]朱海平，邵新宇，張國軍.不確定信息條件下的車間調度策略研究[J].計算機集成制造系統，2006，12（10）：1 637-1 642.

[9]梅中義，朱三山，楊鵬.飛機數字化柔性裝配中的數字測量技術[J].航空制造技術，2011（17）：44-49.

[10]陳文亮，潘國威，丁力平.飛機數字化裝配技術發展現狀[J].航空制造技術，2016（8）：26-30.

[11]張輝，孫茜，吳曉瑜.DELMIA虛擬裝配技術在飛機研制中的應用[J].航空制造技術，2012（1）：89-91.

[12]王宏鋒，萬蕾.基于虛擬現實（VR）的飛機部件裝配工藝技術研究與應用[J].航空制造技術，2017（21）：39-43.

[13]嚴金鳳，汪圓.基于SLP的飛機總裝脈動生產線布局設計[J].2015，37（7）：113-116.

[14]郭佳，吳永林.通用飛機總裝脈動式生產線構建[J].航空制造技術，2015（5）：58-61.