民用飛機制造項目產能評估方法

黃垚翀

0 前言

民用飛機制造項目涉及零部件眾多，裝配精度要求苛刻，質量穩定性及安全可靠性要求高，生產線規模大，具有周期長、技術難度高、參與單位多、輸入輸出關系復雜、未知因素多等特點[1]。

某型國產民用飛機完成適航取證后，生產線由研制階段的單機生產向小批量生產過渡，制約飛機生產規劃的主要因素是主制造商的生產能力。在此情況下，對該型民機生產線進行產能評估和測算，識別生產線的瓶頸和短板，對該型飛機項目的生產規劃和生產線建設具有重要意義。

1 研究方法和假設條件

1.1 研究方法

根據某型國產民用飛機的部總裝流程，建立產能評估模型，并進行實際測算，得出產能評估結果，并對結果開展驗證和分析，識別生產線瓶頸，得出產能評估方法的研究結論。

生產能力由生產資源配置數量及其發揮效率決定，每一個生產過程的產能最小值決定了整機產能。根據該民機實際情況，制約整機產能的關鍵生產資源是部總裝的工位工裝數量和技能人力數量。

1.2 邊界和假設條件

1.2.1 工作范圍

從飛機進入部段裝配到完成總裝下線，不考慮前期零部件生產、后期生產試飛和客戶化等過程。

1.2.2 生產環境

假設飛機構型已凍結，不考慮工程更改貫徹周期；不考慮制造偏離、缺件缺料等生產異常情況。

1.2.3 工作時間

每月按21.75 個工作日計算，每日有效工作時間記為7.5H，不考慮加班。

2 建模過程

2.1 整機產能

整機產能PAC由各工位產能的最小值決定：

巍峨雄渾、綿延千里的祁連山脈是甘肅省和青海省之間的巨大山系，在古匈奴語中，“祁連山”意為“天之山”。山系西北高，東南低，最高峰團結峰海拔5827米。祁連山上有3000多條冰川，這些冰川如果化成水，將有1320億立方米。祁連山的地貌為古冰川冰磧（qì）地貌。冰川融水滋養著河流，祁連山是黑河、托來河等5條河流的源頭。為了更好地保護這里的生態環境，祁連山自然保護區于1988 年被列為國家級自然保護區。

式中，PAC為整機產能，PWi為第i 個工位產能，s 為工位數量。產能的單位均為架份/年（下同）。

在已定義的假設條件下，單個工位產能PW 是該工位的工位工裝資源產能PE 及技能人力資源產能PH 的最小值：

2.2 工位工裝資源產能

工位工裝資源產能PE 由下列二式聯立得出：

式中，Y 為年日歷日，對應第i 個工位，IF 為工裝定檢頻率（次/年），IT 為工裝單次定檢返修占用周期（日歷日），Takt 為工位生產節拍（日歷日），WT 為工位估算基準周期（日歷日），E 為工位工裝數量。

2.3 技能人力資源產能

技能人力資源產能PH 由下列三式聯立得出：

式中，對應第i 個工位，Hcap 為工位年能力工時，Hquo 為工位定額工時，M'為加權后的工位技能人員數，Hwork 為每日有效工作小時數，Dwork 為每月工作天數，Hac 為單機定額工時，AOi為對應工位的裝配大綱AO 數量，∑AOi為整機AO 數量。

由于單機定額工時是按熟練工人操作測算的，因此需將不滿足熟練工人要求的技能人員數量按一定權重折算為熟練工人數量。按照技能等級定義加權比例，技師、高級工按1 個熟練工人計算，中級工按0.7 個熟練工人計算，初級工不能獨立操作，按0.3 個熟練工人計算。

3 實際測算過程

某國產民用飛機部總裝工位流程的關鍵路徑如圖1 所示。

根據該型號已完工飛機的生產周期數據，使用計劃評審技術（PERT）的活動時間三點估算方法[2]給出產能評估模型的工位估算基準周期。結合各工位的工裝數量和工裝定檢返修間隔及周期，測算出各工位生產節拍及工裝資源產能，如表1 所示。

圖1 部總裝工位流程關鍵路徑

根據各工位AO 數量，單機定額工時分解至各工位，并對技能工人數量進行加權處理，測算出各工位技能人力資源產能，如表2 所示。

綜合以上兩表，整機產能PAC為3.7 架/年，最主要瓶頸為部裝階段的200 工位；總裝階段的瓶頸為150 和140 工位，產能均為4.4 架/年。工裝工位資源和技能人力資源均存在分布不均衡、使用不飽滿的問題。

表1 工位工裝資源產能測算結果

4 驗證和分析

4.1 實際生產當量驗證

產能評估結果可通過特定時間區間內的實際生產當量來驗證。某國產民機的生產當量可使用裝配工藝文件完工歸檔數量來測算，即裝配大綱AO 和先行裝配大綱AAO 的完工歸檔數量與單機基準數量的比值，如下兩式：

式中，PEQUI為僅統計AO 的年度生產當量，P'EQUI為統計AO及AAO 的年度生產當量，AOCLOSED為年度歸檔AO 數，AAOCLOSED為年度歸檔AAO 數，AOBASE為單機AO 基準數（3200 份）。

選取2010-2016 年度作為生產當量驗證的時間區間，測算各年度實際生產當量，如圖2 所示。

圖2 2010-2016 年度實際生產當量

將產能評估結果與實際生產當量進行對比，可得：

（1）實際生產當量總體呈逐年上升，2014 年達到區間峰值，符合生產熟練程度提升的趨勢。

（2）2015-2016 年生產當量大幅陡降，主要由于該型飛機取得型號合格證后，適航管控要求和方式發生變化，生產線需重新適應。

表2 技能人力資源產能測算結果

（3）區間內實際生產當量峰值低于整機產能評估結果，說明實際產能發揮效率尚達不到產能評估模型測算的水平。

4.2 偏差原因分析

實際生產當量低于產能評估結果，偏差原因主要有兩大方面：

（1）從型號發展的角度看，該型國產民機為新研機型，處于從科研成功轉向商業成功的過渡階段、從取得型號合格證（TC）轉向小批量生產的摸索階段，研制階段的生產組織模式和構型管控方式等都不能滿足批量生產的需求，需要變革和調整。

（2）從企業成長的角度看，該民機制造企業在整機制造產業鏈中逐步從承攬方角色向發包方角色轉變，"主制造商-供應商"管理模式還不完善，產品質量還不穩定，生產線成熟度距離批量生產還有較大差距。

綜上，實際生產當量可用于驗證產能評估模型在應用上的有效性，卻不是衡量產能評估結果準確性的最終標準。

5 結論

本文建立的產能評估模型在實際應用中是可行有效的，測算結果能夠反映飛機生產線產能，能夠識別制約整機產能的瓶頸環節；且測算過程相對簡便，利于數據更新和過程迭代，測算工作所需的企業資源消耗和人力物力成本較低。

該模型也存在局限性，較為理想化的假設條件使測算結果存在誤差；且未能將設計更改、制造質量、供應鏈穩定性、工藝成熟度等因素納入模型中，未能充分體現民機制造項目的大型復雜性。