面向離散制造業(yè)的智能脈動管控

廖慶妙 于曉楠 伏曉露

航空工業(yè)信息技術中心（金航數(shù)碼）脈動生產線是一種源于航空制造業(yè)、可用于離散制造業(yè)的生產組織模式，它通過重塑工藝流程和生產組織模式，確定生產節(jié)拍，實現(xiàn)站位式管理，有效解決了傳統(tǒng)機庫式（停車場式）裝配存在的周期長、質量低、成本高以及應變能力差等問題。

國外航空企業(yè)在飛機總裝模式方面率先進行探索，波音公司1999年建立波音737移動式裝配生產線，目前，空客、洛.馬等已采用脈動生產模式。我國航空工業(yè)從2010年西飛的國內首條飛機總裝脈動生產線，到2018年陜飛總裝脈動生產線投產，飛機總裝逐步從傳統(tǒng)模式向脈動模式轉變。

信息技術中心（金航數(shù)碼）為加快詠動生產模式推廣應用，同時亦為滿足航空工業(yè)智能制造發(fā)展要求，充分借鑒吸收國內外先進成熟的飛機數(shù)字化、信息化和智能化技術，重點在生產線規(guī)劃、智能計劃調度、智能生產協(xié)同、三維可視化、智能分析與預警等方面進行技術攻關，建設脈動管控系統(tǒng)實現(xiàn)對脈動生產線的管理。

一、基于建模仿真的脈動生產線規(guī)劃

脈動生產線涉及制造系統(tǒng)的人、機、料、法和環(huán)等多種要素，采用建模仿真的方法進行生產線評價，然后根據(jù)評價結果優(yōu)化實施生產線建設。

生產線要素分析是建模與仿真的基礎，基于對站位數(shù)量布局、工藝規(guī)劃、物流路徑和設備布局等生產線要素的分析，將站位布局、作業(yè)內容、資源配置、物流配送和作業(yè)人員等抽象后，構建仿真模型，并對制造過程進行參數(shù)設置和過程定義，從而實現(xiàn)對制造過程的模擬仿真。仿真評價與優(yōu)化是對已構建的脈動生產線仿真模型進行生產能力、經濟效益、站位平衡率、設備利用率、物流量和生產周期等制造系統(tǒng)整體指標和單項指標進行評價，以便評估脈動生產線實施效果。

同時以現(xiàn)場設備、物料、人力資源配置和物流配置為對象，對資源分配等情況進行判斷，確定關鍵資源，通過迭代優(yōu)化算法，基于現(xiàn)場資源的調度機制實現(xiàn)數(shù)字化生產線的動態(tài)平衡和持續(xù)優(yōu)化。

二、基于裝配網絡圖的智能計劃調度

裝配計劃與重調度是脈動生產線能否“脈動”的關鍵要素。為了更靈活應對現(xiàn)場臨時突發(fā)狀況，采用站位-AO兩級計劃模式，站位級計劃重點解決站位沖突，AO級計劃重點考慮AO間復雜的串并行關系，并保障人員、設備、工裝和物料等資源的配置滿足任務需求。脈動生產線計劃與重調度流程如圖1所示。

首先基于站位節(jié)拍和訂單優(yōu)先級編制站位計劃，然后基于站位計劃的起止時間，結合裝配網絡順序圖編制各站位的AO計劃。系統(tǒng)動態(tài)感矢口脈動生產線的人、機、料、法和環(huán)的變化，自動進行AO計劃重調度。如果AO計劃的調整影響了關鍵路徑，導致AO計劃超出了該站位的結束時間，系統(tǒng)就會自動申請站位計劃調整，站位計劃的調整將影響到最終產品的交付。

三、基于一體化管控的智能生產協(xié)同

智能生產協(xié)同實現(xiàn)采購供應、零件加工、部裝、脈動總裝以及生產準備相關部門之間的協(xié)同，保證脈動裝配所需的資源及時供應，避免因缺件等因素影響脈動裝配節(jié)拍。通過生產線智能協(xié)同管理，使零件生產、部裝生產、成品采購與裝配進度保持一致，避免產生信息孤島，從而縮短裝配、零件生產和采購周期，實現(xiàn)準時交貨、快速響應裝配要求。

當生產過程出現(xiàn)異常時，相關人員可以直接將問題通過系統(tǒng)進行反饋，系統(tǒng)支持問題的分類，不同類型的問題發(fā)送到不同的部門，不同級別的問題有不同的處理流程，支持問題處理拖期自動升級，從而可以實現(xiàn)生產現(xiàn)場問題信息的及時共享，相關部門可及時進行問題處理，減少停工時間，確保產品交付。

此外，系統(tǒng)提供生產管控會議功能，將影響脈動節(jié)拍的各類問題進行匯總、展示，快速便捷地查看各類問題，落實責任人、責任單位，制定解決措施，反饋問題處理進度，提高會議效率，保障脈動現(xiàn)場正常運行。

四、基于輕模型的三維可視化

基于總裝脈動生產線建立三維展示模型，集成數(shù)據(jù)采集、記錄、圖表、報告和分析功能，構建一體化的三維可視化展示系統(tǒng)。集成多維度信息監(jiān)控網絡，完成生產線狀態(tài)信息動態(tài)跟蹤。定制滿足生產管理角色權限的實時看板，實現(xiàn)對生產過程中作業(yè)狀態(tài)、物流狀態(tài)和產品質量狀態(tài)等信息的全方位獲取和追蹤，如圖2所示。

五、基于大數(shù)據(jù)的智能分析與預警

脈動生產線智能分析與預警綜合利用生產過程數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)和物料配套數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘技術，對脈動生產線的運行狀態(tài)進行分析和預測，提前發(fā)現(xiàn)問題、規(guī)避風險，保障脈動生產線平穩(wěn)高效運行，如圖3所示。

1、脈動生產線運行狀態(tài)在線分析

對生產線執(zhí)行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，重點關注物料配套/配送、生產進度、質量問題、站位問題和設備的運行狀態(tài)，從站位、生產計劃和架次等多視角分析并生成分析報告，包含預警、狀態(tài)和結論信息，并將預警信息發(fā)送到負責人。

2、脈動生產線運行狀態(tài)離線分析

對生產線運作過程中產生的歷史數(shù)據(jù)進行處理，通過聚類分析、相關[生分析等算法，挖掘生產進度、生產配套情況、設備和工人可靠性等因素對生產的影響，為生產線生產持續(xù)優(yōu)化提供決策支持和指導。

3、脈動生產線風險預測及智能預警

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，對工裝工具、設備和人員狀態(tài)進行預測、預警，并根據(jù)設備、工裝工具、質量和物料等問題形成問題解決方案知識庫，支持脈動生產線運行。

六、結論

金航總裝脈動管控系統(tǒng)通過建模與仿真，協(xié)助企業(yè)進行脈動生產線規(guī)劃設計與資源配置。

通過智能裝配計劃與調度，保障脈動生產節(jié)拍。

通過三維可視技術，實現(xiàn)生產過程透明化。

通過一體化智能生產協(xié)同，保障脈動生產資源準時配套。

通過智能分析與預警，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動的脈動生產決策。

金航總裝脈動管控系統(tǒng)是離散制造業(yè)脈動生產線的最佳支撐工具，能真正協(xié)助企業(yè)建立符合“動態(tài)感知、實時分析、自主決策以及精準執(zhí)行”的智能脈動生產線。