鄭 諧王 婷徐云天

（1. 貴州大學管理學院，貴州 貴陽 550025；2. 中航工業(yè)綜合技術研究所，北京 100028）

飛機脈動式裝配線規(guī)范化研究

鄭 諧1王 婷1徐云天2

（1. 貴州大學管理學院，貴州 貴陽 550025；2. 中航工業(yè)綜合技術研究所，北京 100028）

以飛機脈動式裝配線為研究對象，分析了脈動式裝配線的基本特征，明確了構建飛機脈動式裝配線的實施條件。從飛機脈動式裝配線設計、建設和運行規(guī)范化的角度，研究了脈動式裝配線設計、建設和運行有關的數(shù)據(jù)收集與分析要求、工藝優(yōu)化與平衡要求、設備布局與模擬要求和安裝調試與運行要求。

脈動式裝配線；飛機裝配；智能制造

《中國制造2025》將航空制造業(yè)定位為“戰(zhàn)略必爭”產(chǎn)業(yè)，對我國飛機設計與制造提出向數(shù)字化、綠色化、智能化方向發(fā)展的更高要求。目前，我國航空裝備的研制經(jīng)歷了國家“十一五”、“十二五”的高速發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)研制模式向數(shù)字化研制模式轉變，在研究所、制造廠基本實現(xiàn)了數(shù)字化設計與制造，但隨著信息技術的不斷發(fā)展及國外航空制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，尤其是為了滿足自動化裝配、智能化信息采集與反饋執(zhí)行的要求，應進行飛機脈動式裝配線的建設，并規(guī)范飛機裝配中的工藝流程、工藝資源與工藝裝備等，用以實現(xiàn)飛機的精準、智能裝配。

1 飛機脈動式裝配線定義與基本特征

脈動式裝配線是通過對飛機的裝配過程進行流程設計，并優(yōu)化人員分配和工序流程，將裝配的工序均勻分配在不同的工作站位上，使得飛機以固有的節(jié)拍在站位間脈沖式移動，而工作人員在固定的站位中裝配飛機的生產(chǎn)裝配線[1]。脈動式的生產(chǎn)方式打破了傳統(tǒng)的飛機裝配生產(chǎn)模式，在縮短生產(chǎn)周期、提高準時交付率、提高裝配產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本以及實現(xiàn)裝配活動的有效控制等方面具有明顯的優(yōu)勢。

與機庫式裝配和移動式裝配不同，飛機脈動式裝配線具有如下基本特征：

● 飛機按照一定的速度脈沖式移動。裝配小組始終在同一地點工作，工作地點在一條直線上，飛機依次經(jīng)過各裝配小組；

● 生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性。飛機脈動式裝配線的移動速度由產(chǎn)能與客戶需求決定，生產(chǎn)線實現(xiàn)平衡生產(chǎn)，嚴格按照設定的節(jié)拍進行脈沖移動；

● 工位專業(yè)化程度高。飛機脈動式裝配線按照工藝分離面將指令分配至各站位，站位內僅完成固定指令的操作，重復進行相同指令的裝配操作，實現(xiàn)了裝配的專業(yè)化分工，有利于裝配效率的提高；

● 工藝過程封閉。站位按照裝配順序以直線形式排列，飛機在站位間做單向移動，生產(chǎn)過程具有高度的連續(xù)性；

● 裝配進度易于觀察。站位內工作小組在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的裝配任務，因此飛機裝配進度可以直接從飛機所處站位的位置直接獲??；

● 站位旁設有工裝、部件和設備區(qū)域。為保證飛機按照設定的節(jié)拍脈動式移動，必須有效保證站位內人員的有效工作時間，降低飛機裝配的間斷時間，因此將站位所需的工裝、部件和設備配送到準備區(qū)域，方便裝配人員在需要的時間、需要的地點取用；

● 在飛機裝配線附近有支援小組，為飛機的脈動式裝配提供支援。

2 飛機脈動式裝配線實施條件

脈動式裝配線的生產(chǎn)對象是大型復雜飛機的裝配，而大型飛機具有連續(xù)移動困難、裝配工序多、裝配操作復雜等特點。脈動式裝配線則通過合理劃分工藝分離面，確定裝配優(yōu)先關系，優(yōu)化各站位作業(yè)時間，形成按照生產(chǎn)節(jié)拍移動的站位式裝配生產(chǎn)線，通過對站位生產(chǎn)活動的有效控制，提高裝配線整體生產(chǎn)效率。

脈動式裝配線雖然在多方面具有明顯的優(yōu)勢，但并不是所有的飛機產(chǎn)品都適合建立脈動式裝配線，建設脈動式裝配線應滿足以下條件：

● 產(chǎn)品構型和制造狀態(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鏈，能夠及時穩(wěn)定地提供零部件；

● 產(chǎn)品總產(chǎn)量與脈動式裝配線的建設周期、成本投入等相比具有較高的收益；

● 脈動式裝配線基于精益生產(chǎn)為前提的，制造企業(yè)在飛機裝配中應該具備精益的素質，能靈活運用精益的工具和方法；

● 脈動式裝配線依賴于較好的標準化與信息化水平，因此企業(yè)應具備較好的標準化基礎和一定的信息化條件才能建立脈動式裝配線。

3 飛機脈動式裝配線規(guī)范化要求

與傳統(tǒng)裝配對象不同，飛機裝配復雜程度高，對于飛機脈動式裝配線構建需要進行復雜的設計、模擬、驗證過程，是一項復雜的系統(tǒng)工程，為此本文從數(shù)據(jù)收集與分析、工藝優(yōu)化與平衡、設備布局與模擬和安裝調試與運行4方面提出飛機脈動式裝配線的設計、建設和運行規(guī)范化的要求。

3.1 數(shù)據(jù)收集與分析要求

數(shù)據(jù)收集與分析是脈動式裝配線建設的基礎，數(shù)據(jù)收集的種類和數(shù)量與數(shù)據(jù)分析的質量決定了脈動式裝配線的設計質量，以及建設與運行費用。

飛機裝配現(xiàn)場有成百上千個數(shù)據(jù)源和多種類型的數(shù)據(jù)，開展脈動式裝配線建設前應首先繪制現(xiàn)狀價值流圖，清晰飛機制造的主價值鏈，從而確定數(shù)據(jù)收集的種類和數(shù)量。一般情況下，應梳理裝配指令/工序的相關信息，收集操作工當前裝配指令/工序的操作步驟和時間，梳理各工序所需的物料、標準件、工裝工具的信息和相應的存放、領取或配送流程，統(tǒng)計檢測設備、保障設備、輔助設備使用情況，收集當前人力組織架構、人力資源和技能水平等信息。

梳理裝配指令/工序的相關信息時應繪制裝配指令（AO）編制和發(fā)布的流程，按流程梳理所有裝配指令/工序信息。數(shù)據(jù)收集應覆蓋裝配流程中全部裝配指令/工序的信息，并保證收集數(shù)據(jù)的真實性，對于收集不到或難以收集的信息可以通過裝配經(jīng)驗預估獲得。梳理工藝流程的過程中，應以串行工序為工藝流程梳理主線，逐步合并并行工序至整個工藝流程中。

收集零件工序時間有多種方式，如現(xiàn)場秒表計時法，按照裝配指令編制標準資料表法，動作分析MOD法，使用錄像記錄工人的多次操作并分析動作獲取工時，以及通過操作工和車間統(tǒng)計填報法等。時間測量可采用多種方法結合，輔助以信息化手段自動統(tǒng)計開工和完工時間等，逐步精確工序時間。

在數(shù)據(jù)收集的基礎上開展數(shù)據(jù)分析，確定脈動式裝配線建設目標。脈動式裝配線規(guī)劃的目標包括生產(chǎn)線兼容性、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)節(jié)拍、站位數(shù)量、生產(chǎn)成本等。生產(chǎn)兼容性是指裝配線對于同型號不同系列飛機裝配的適用性，或者因客戶需求改變而導致的設計輕微改變的適應能力。生產(chǎn)能力包括裝配線的最大產(chǎn)能、正常產(chǎn)能和最低產(chǎn)能。最大產(chǎn)能是裝配線滿負荷運行時的生產(chǎn)能力，是裝配線能夠滿足的最大市場需求量，考慮了增加裝配人員數(shù)量、加班等非常用手段；正常產(chǎn)能是裝配線正常生產(chǎn)的能力，不需要加班即可達到的產(chǎn)能，在該產(chǎn)能條件下總生產(chǎn)成本最??；最小產(chǎn)能是在可接受的成本范圍內的最小生產(chǎn)能力，由于裝配線在需求達到一定量后才能發(fā)揮成本優(yōu)勢，因此最小產(chǎn)能是機庫式裝配和脈動式裝配線裝配的臨界產(chǎn)能。

3.2 工藝優(yōu)化與平衡要求

飛機裝配線的設計一般以已有飛機裝配線工藝為基礎，而傳統(tǒng)的工藝設計依賴于工藝人員的經(jīng)驗，缺少工藝規(guī)劃的整體性。而脈動式裝配線設計的實質是工序的分解和分配，傳統(tǒng)的工藝劃分大部分不能滿足裝配線設計的需要，因此需要利用工業(yè)工程的方法和理論重新優(yōu)化工藝，通過簡化、合并、重組、刪除等方式實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。

工藝優(yōu)化應從脈動式裝配線整體效率出發(fā)，分析各站位裝配指令/工序，依據(jù)裝配網(wǎng)絡圖和生產(chǎn)節(jié)拍，確定瓶頸工序和關鍵工序，開展裝配指令/工序的設備、工裝、工具、作業(yè)的優(yōu)化，重點對關鍵工序和瓶頸工序進行優(yōu)化[2]。在工藝優(yōu)化過程中應考慮新技術的應用，兼顧產(chǎn)品質量、時間、成本、柔性、安全、環(huán)保等因素，提高生產(chǎn)變化的適應性。工藝優(yōu)化應關注脈動式裝配線整體效率達到最優(yōu)，而不是個別工序的效率。

脈動式裝配線平衡包括兩方面的平衡：站位間的工序平衡和站位內的工序平衡。裝配線站位間的工序平衡是基于產(chǎn)品功能模塊的裝配線平衡，側重于站位內功能模塊的完整性，一個功能模塊應完整的在一個站位內裝配，不應分解在兩個或多個站位裝配。從飛機結構角度，飛機主要6部分組成：機翼、機身、尾翼、起落裝置、操縱系統(tǒng)和動力裝置。從功能系統(tǒng)角度，飛機主要包含機載設備、燃油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和天線系統(tǒng)等。從裝配活動角度，還可以分為安裝、加工和試驗。首先應保證飛機結構上的完整性，然后是飛機功能系統(tǒng)的完整，最后考慮裝配活動的同類操作。在考慮功能模塊完整性的同時，還要考慮各站位的工作量，使各站位的工作量盡可能相等。因此，站位間的裝配線平衡是在考慮飛機訂單需求、飛機裝配周期、飛機各模塊裝配工作量大小和工藝約束等因素，將功能模塊分配至各站位，復雜度較低。

站位內的工序平衡是基于工序或任務包的裝配平衡，側重于裝配任務分配的均衡性，也是飛機脈動式裝配線平衡的主要平衡內容。站位內的裝配平衡影響因素包括裝配線節(jié)拍、站位班組數(shù)量和每日可用工時，裝配線節(jié)拍是飛機在站位間移動一次的時間間隔，規(guī)定了一個站位內完成所有工序的最大工時，站位班組數(shù)量和每日可用工時共同決定了站位裝配能力，決定了完成一個站位內所有工序的可用工時。因此，站位內的裝配平衡就是在可用的裝配能力范圍內，合理安排工序，使站位內的所有工序在裝配線節(jié)拍時間內完成。站位內裝配線平衡后的站位裝配時間應等于或小于裝配線節(jié)拍，否則應重新劃分站位間的功能模塊。

3.3 設備布局與模擬要求

設備布局要求包括站位作業(yè)平臺要求、站位銜接要求和設備總體布局要求。

站位作業(yè)平臺應以脈動式裝配線走向為主線，根據(jù)飛機/部件外形和作業(yè)方式特點、機上操作人員及工裝設備需求數(shù)量，在每個站位飛機的周圍設置相適應的作業(yè)平臺。站位作業(yè)平臺應規(guī)范平臺內產(chǎn)品物料的運動軌跡，人員的作業(yè)動作，工裝、設備和人員的位置以及接口描述。運動軌跡包括飛機起落架、舵面、護板等活動部件的運動軌跡，為作業(yè)平臺的安全性提供設計依據(jù)；作業(yè)動作包括操作人員在飛機/部件裝配和調試流程中的作業(yè)動作，為良好的人機交互作業(yè)平臺提供設計依據(jù)；工裝、設備和人員包括確定在作業(yè)平臺上需放置的零組部件、標準件、工裝工具、測試設備的數(shù)量和位置，以及在作業(yè)平臺上同時作業(yè)的最多人數(shù)，為良好舒適的作業(yè)空間提供設計依據(jù)；接口描述規(guī)范每個站位滿足作業(yè)所需的電、氣、風、網(wǎng)絡等端口，確定電氣設備電纜布線和連接方式，以及接口的可擴展性，為后續(xù)作業(yè)平臺的兼容性提供設計依據(jù)。

站位銜接要規(guī)范產(chǎn)品移動方式，即確定飛機、作業(yè)平臺移動相互之間的相關關系和防干涉方式，保證產(chǎn)品在各站位之間平穩(wěn)安全移動。脈動式裝配線常用的移動方式包括托架式和牽引式。托架式是指在地面鋪設軌道/氣墊，軌道/氣墊上面設置托架，通過電機驅動托架帶動飛機移動；牽引式是指由帶導向的牽引車牽引飛機向前移動。牽引式成本低，但可能需根據(jù)飛機的裝配工藝特點，增加用于移動的起落架工藝件；托架式成本較高，但適用性較好。站位間銜接設計也要設計各站位間產(chǎn)品的標準交接狀態(tài)，即確定上一站位交付的最終產(chǎn)品狀態(tài)，方便站位間的檢查交接。

設備總體布局要求是對廠房及配套設施的位置進行規(guī)范，是對主移動生產(chǎn)區(qū)域、工裝設備區(qū)域、物料配送放置區(qū)域、配送及人員通道區(qū)域的設置提出的規(guī)范化要求，具體要求如下：

● 主移動生產(chǎn)線區(qū)域。按站位順序依次從機身結構件接收至裝機交付為主移動生產(chǎn)線，站位作業(yè)面積和輔助面積應根據(jù)飛機外形尺寸、作業(yè)特點、移動方式、工藝布局、安全保證區(qū)域等來確定。

● 緩沖準備區(qū)和臨時存放區(qū)。對于無需在站位上裝配完成的工序，根據(jù)廠房條件設立預先裝配緩沖區(qū)，以節(jié)省站位作業(yè)時間，穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)拍。此外發(fā)動機、機翼、槳轂、尾翼等大部件可根據(jù)需要設計地面臨時存放區(qū)。

● 整機/部件交付區(qū)?？筛鶕?jù)需要設立整機/部件交付區(qū)，交付區(qū)可根據(jù)廠房條件設立一個或多個交付緩沖區(qū)，容納多架飛機/部件，用于完成交付前的準備、交接等工作。

● 工裝設備區(qū)域。對于無法配送的大型和專用工裝，可在每個站位兩側根據(jù)需要定置工裝設備區(qū)域，并根據(jù)工裝在飛機上使用部位和使用先后順序進行順序擺放，工裝設備區(qū)應在站位附近定置，減少操作人員移動距離。

● 零組部件、成附件配送區(qū)域。配送區(qū)域的設置應與工裝設備區(qū)協(xié)調，以不影響機上作業(yè)，移動距離最短，作業(yè)安全并最大限度降低作業(yè)人員勞動量為原則進行設置。

● 通道區(qū)域。在確定主生產(chǎn)區(qū)域、輔助生產(chǎn)區(qū)域等功能型區(qū)域后，需在遵循物流路線最短、安全等前提下確定物料、工裝工具的配送路線和人員通道。

脈動式裝配線的模擬是裝配線建設必不可少的環(huán)節(jié)，模擬可以發(fā)現(xiàn)脈動式裝配線設計的符合性。為避免設計缺陷引起的風險，應明確脈動式裝配線的模擬要求。模擬內容應包括原有設備設施的搬運順序、工具、方法和路徑，新購設備設施的安裝的順序和方法，設備設施運行的相互干涉關系，以及脈動式裝配線運行過程中的物流路徑、工序操作優(yōu)先關系、人員操作空間等。模擬過程中應對生產(chǎn)線平衡進一步驗證，必要時可繼續(xù)進行工藝優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)線再平衡，直至滿足要求。模擬應遵循以下原則：

● 采用從模塊到整體、粗數(shù)據(jù)到精細數(shù)據(jù)循序漸進的模擬，實現(xiàn)從易到難模擬；

● 應考慮所有的可能情形，當情況較為復雜時，宜選取若干典型的情形進行模擬，但必須模擬可能情形中的極端情況；

● 應優(yōu)先進行計算仿真模擬，然后實施實物模擬。

3.4 安裝調試與運行要求

安裝調試是裝配線建設實施的第一步，安裝分為原有設備搬遷安裝和新購設備安裝。新購設備在安裝前需符合協(xié)議對設備采購、設備安裝等相應規(guī)章制度的要求，并考慮設備精度要求以及水、電、氣等輔助設施的需求；設備搬遷安裝除考慮以上因素外，還需考慮搬遷路線、搬運設備、設備搬運保護措施等。

脈動式裝配線持續(xù)、穩(wěn)定提供產(chǎn)品是脈動式裝配線運行的最終目標，為此，在脈動式裝配線運行過程中應對生產(chǎn)管控、作業(yè)標準化、物料和工具配送、計劃管理、人員技能培養(yǎng)、信息化、站位間檢查、設備自主維護和保障、安全保障要求和應急預案等方面進行規(guī)范，其中作業(yè)標準化、生產(chǎn)管控要求要求以及站位間檢查要求是脈動式裝配線運行的重點。

脈動式裝配下的作業(yè)標準化要求使用標準作業(yè)圖規(guī)范工序的操作順序和操作人員。標準作業(yè)圖（如圖1所示）是脈動式裝配線執(zhí)行標準作業(yè)的依據(jù)，能夠清晰表示工序時間安排，合理分配操作者的工作時間，做好并行串行工作設計，促進工序操作標準化。

脈動式裝配線現(xiàn)場應通過采取生產(chǎn)可視化看板管理、部門分層例會、管理標準作業(yè)等方式，建立起生產(chǎn)管控執(zhí)行機制，在面對在生產(chǎn)裝配中遇到的信息能夠及時的響應處理（如物流、配套、工作流程、計劃進度、異常問題等）。脈動式裝配線應根據(jù)生產(chǎn)計劃設立計劃控制板，根據(jù)生產(chǎn)任務執(zhí)行過程中出現(xiàn)的問題設立問題跟蹤板，同時補充具有脈動式裝配線特點的站位自主管理板、站位標準作業(yè)圖板、站位裝配網(wǎng)絡圖、站位缺件板、站位標準作業(yè)指導書更改板等。脈動式裝配線還應建立分層例會機制，實現(xiàn)生產(chǎn)控制執(zhí)行結果有效評價和跟蹤，保證生產(chǎn)信息和狀態(tài)有效傳遞及現(xiàn)場問題的快速解決。脈動式裝配線還應建立管理者標準作業(yè)，將各層級管理者的日常管理作業(yè)標準化并進行公示，實現(xiàn)對現(xiàn)場督導、警示、培訓的作用。通過可視化看板、分層例會和管理者標準作業(yè)，建立問題快速響應機制，按照問題快速處理流程上報、計劃、實施、監(jiān)控和評價，使得問題能夠有效地得到處理。

站位間檢查指飛機/部件在移動下一站位之前，接收站位應對飛機/部件的裝配調試的符合性和狀態(tài)進行檢查、記錄。站位間交接檢查應檢查上一站位工作完成情況，以及檢查產(chǎn)品表面質量（如劃傷、壓痕）、多余物、標識等，檢查出的問題由上一站位負責處理歸零。特殊情況下，上一站位工作未完成時應進行保留交接。

4 結束語

當前，我國飛機脈動式裝配的應用仍然處于起步階段，尤其是隨著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化等技術的發(fā)展，給脈動式裝配線的設計、建設和運行提出新的要求。本文僅對當前技術條件下的飛機脈動式裝配線提出規(guī)范化要求，后續(xù)應建立常態(tài)化的持續(xù)改進機制，完善飛機脈動式裝配線的相關規(guī)范，從而提高飛機脈動式裝配線的設計、建造和運行效率。

[1] 鄧玉什. 西控公司單元化精益生產(chǎn)研究[D]. 西北大學，2015.

[2] 陳雪梅，劉順濤. 飛機數(shù)字化裝配技術發(fā)展與應用[J]. 航空制造技術，2014，（1）：60-65.

（編輯：雨晴）

T-65

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1003-6660（2017）02-0020-05

10.13237/j.cnki.asq.2017.02.006