范文一:基于脉动式生产线的cubesat总装.
学生姓名:学生学号:院(系):指导教师:
基于脉动式生产线的 CubeSat 总装过程研究
朱蓬勃 王宁宇 韩睿 贾雯娜 池雨灿 张丰 1132130116 1131820208 1130410522 1131820206 1131820225 航天学院控制科学与工程 航天工程与力学系 张世杰
二〇一五年六月
基于脉动式生产线的CubeSat 总装过程研究
哈尔滨工业大学 朱蓬勃 王宁宇 韩睿 贾雯娜 池雨灿 张丰
摘要:脉动式生产线的思想最开始起源于福特公司的汽车生产线,因为其优越的性质,良好的柔性控制,可以很好地完成生产任务。而在微小卫星需求量越来越大、小卫星模块化、集成化、平台化发展的今天,如何完成小卫星的批量生产这成了我们亟待解决的问题。其中CubeSat 小卫星就是代表。本文介绍了脉动式生产线的思想,计算方法,并在CubeSat 上进行模拟,并且对整个总装过程进行分析评价,最后提出了所需要细化的问题和所需的方法。
关键词: 脉动式生产线 微小卫星 总装 CubeSat
1脉动式生产线与精益生产思想
脉 动 装 配 生 产 线 (Pulse Assembly Lines)最初从 Ford 公司的移动式汽车生产线衍生而来,是连续移动装配生产线的过渡阶段, 不同的是脉动装配生产线可以设定缓冲时间, 对生产节拍要求不高, 当生产某个环节出现问题时,整个生产线可以不移动,或留给下个站位去解决,当飞机的装配工作全部完成时,生产线就脉动一次。
整条生产线由4 部分组成:脉动主体、 物流供给系统、 可视化管理系统、 技术支持。(1)脉动主体:站位设施、 对接定位设备、 可移动的装配设备等。(2)物流供给系统:AGV 车、 完备的配套和配送系统。(3)可视化管理系统:现场可视化系统、ERP 与 MES 无缝融合的信息管理系统、 工作现场的固定和移动终端。
2生产线配置与柔性设计原理
生产线配置首先是生产线平衡问题,生产线平衡问题研究如何安排生产线工位,即需要设置多少个工位和每个工位的作业内容是什么。“平衡”的意义体现在每个工位的工作量相当。生产线平衡的目的是尽量使每个工位都处于繁忙状态,完成最多的操作量,闲置时间最少,以求生产线效率最优。时下,为快速适应市场需求的变化,生产方式的灵活性和可变性正越来越受到企业的重视。柔性生产的思想正是为了快速适应市场需求的变化而产生的。柔性生产是指企业通过变革生产方式,以快速对应市场需求变化的一系列方法。柔性生产是关于生产方
式的一种理念,而不是一门技术,没有一种普遍适用的柔性生产方式。实现柔性生产需要的是不断改善的意识,并没有什么必须要掌握的关于柔性生产的技术。同样具有柔性生产理念的企业,实现柔性生产的方式却并不一定相同。
2.1生产线平衡 2.1.1三个基本概念
生产节拍是相邻两个产品通过生产线尾端的时间间隔,即每隔多长时间有一
=件产品从生产线流出。其计算公式为:生产节拍(C )
每天生产时间
每天的计划产量
基本作业单元是生产线上不能再分解的动作,如果再分解,就产生多余动作。 生产线效率是衡量生产线平衡优劣的指标,为总有效时间占总付出时间的百分比,闲置时间越少生产线效率越高。生产线效率的计算公式为:
生产线效率=
总有效时间T
?100%
节拍C ?工位数N
2.1.2生产线平衡步骤 生产线平衡的步骤如下:
(1)用一个流程图表示出基本动作的先后关系。流程图由圆圈和箭头组成,圆圈代表一个基本作业单元,箭头表示作业顺序。
(2)计算生产节拍(C )
(3)用下面的公式计算出所需要的工位数(N ):
N =
完成作业所需的时间总量
生产节拍C
结果取不小于计算值的最小整数。计算出的工位数为理论上满足要求的最少工位数。
(4)向第一个工位分配基本作业单元,一次一项,逐项增加,直到完成作业的时间等于节拍,或由于受作业时间或操作次序的限制其他基本作业单元不能再增加为止。 重复这个过程向第二个工位分配作业,然后是第三个工位,直到将所有基本作业单元分配完毕。
分配作业时,首先分配具有第一特征的基本作业单元,若有问题,则分配具有第二特征的基本作业单元。其中第一特征为:具有最多后续作业;第二特征为:持续时间最长。
(5)计算效率,评价生产线平衡效果。
(6)如果结果不如人意,进一步调整生产线的平衡。
2.1.3生产线平衡计算方法举例
某型玩具车要在一个传送带上组装,每天生产1000台,每天的生产时间是8小时, 图表1列出了组装的基本作业单元和时间:
图表1 某型玩具车组装的基本作业单元和时间
下面我们看看如何按以上介绍的规则来配置玩具车的组装生产线。 第一步:画流程图
图表2以流程图的形式反映了图表1中各基本作业单元的次序关系。
图表2 某型玩具车组装作业流程图
第二步:计算生产节拍
G
计算时将每天的工作时间换算成秒,因为作业时间是以秒表示的。
每天的生产时间
=(8小时?60分?60秒)/1000台=28.8秒
每天的计划产量
C =
第三步:计算工位数
N =
完成作业所需的时间总量(T )
=108/28.8=3.75≈4(取整) 这是计算出的
生产节拍(C )
工位数的理论值,实际数量可能会大一些。
第四步:向工位分配作业
各基本作业单元后续作业数量如图表3所示:
图表3 各基本作业单元后续作业数量
向各工位分配作业的过程如图表4所示:
图表4 向各工位分配作业的过程
第五步:计算效率:
生产线效率=
总有效时间T
?100%=108/(28.8?5) ?100%=75%
节拍C ?工位数N
效率为75%意味着生产线不平衡或闲置时间达25%,共有36秒的闲置时间(28.8×5-112),最轻松的工位是工位5。
第六步:进一步调整生产线的平衡
能不能得到一个更好的平衡方案呢?在本例中,答案是肯定的。在本例中,将第一特征和第二特征交换,就会得到一个更好的方案。进一步调整生产线平衡可能采取的方法还有进行作业分解和采取柔性生产布置等。
2.1.4作业分解
最长的基本作业单元时间决定了生产节拍的最小可能值。最长的基本作业单元时间就是生产节拍的下限,除非有可能将作业分解到两个或更多的工位上去。
考虑下面的例子,假设一条生产线的基本作业单元的时间分别为:25秒、42秒、17秒、15秒、22秒、18秒、9秒、15秒、27秒,生产线每天运行8小时,每天的产量为800台。满足800台/天产量的生产节拍是36秒〔(8×60×60)/800〕,现在面临的问题是有一个基本作业单元的时间是42秒,大于36秒,应该怎么办呢?
有许多方法可以使42秒的作业适合36秒的节拍。可能采用的办法如下: (1)作业分解
将这个作业分配到两个工位上,虽然会产生多余动作。 (2)作业共享
让相邻的工位对该作业进行一点共享,这样相邻的工位就能帮助完成一部分作业。作业共享与作业分解不同,对于作业共享而言,相邻工位只是提供帮助,而不是独立完成作业的某一部分。
(3)设立平行工位
将作业分配给两个平行操作的工位。 (4)聘用操作技能高的工人
聘用操作技能高的工人也许能满足36秒的要求。 (5)加班
以42秒每台的速度每天能生产685台,比800台少115台,生产115台需要加班约80分钟(115×42/60)。
(6)改进设计
对产品设计进行改进使作业时间稍微减少是有可能的。
其他减少作业时间的办法包括设备改进、生产线设立备用人员、改进材料以及由多技能的工人组成团队来操作生产线而不是让生产线的工人各负其责。
2.2生产线布置
2.2.1直线型与U 型生产线
以上生产线平衡事例对工位的配置结果如图表5所示,这是直线型生产线布置,是最常见的一种生产线布置方式。
图表5 直线型生产线布置
如果将以上事例的生产线布置成U 型,将得到图表6所示的布置。
图表6 U型生产线布置
在以上生产线平衡事例中,将生产线布置成U 型使5个工位减少为4个,因为A 、K 两个作业可以由一个人来完成。
U 型生产线布置是柔性生产和精益生产中经常采用的一种生产线布置方式。U 型生产线布置让生产线拐个弯,将生产线上的物品投入口和输出口放在一个地点。相对于将物品投入口和输出口分开的直线型生产线布置,它有如下优点:
·为生产线的平衡提供更多的可能性;
·随生产线流动的产品托板、工夹具等流回到起点,减少了搬送作业; ·一人进行多项操作时,有利于减少人员走动; ·不用安排不同的人进行投入材料和收集成品的工作;
·物流路线更加顺畅。
有时将U 型生产线的首尾连在一起,成为O 型生产线,进一步减少产品托板和工夹具等的搬送。
2.2.2便于作业共享的生产线布置
作业共享,即相邻工位的员工互相提供帮助,能起到自动平衡生产线的作用。因此,在工位的安排上要注意不要将员工隔离或封闭起来,应该为作业共享创造
条件,如图表7所示。
图表7 有利于作业共享的生产线布置
2.3 柔性生产 2.3.1柔性生产的特点
“柔性”是指企业能根据市场需求的变化,快速提高和降低产能、变换产品品种的能力。大型生产线产能固定,为制造特定产品而设置,因而不具有柔性。柔性生产是相对于大型生产线难以变动的“刚性”而言,更具有灵活性和可变性。柔性生产通常具有以下特点:
(1)生产线较小
柔性生产的主要特点可以用一个字来概括,那就是“小”,小才具有灵活性。设置多条独立工作的小型生产线来代替一条大型生产线,当产品需求量增加或减
少时,可以很容易地通过复制或拆除小型生产线来加以对应。同时,用多条小型生产线来代替一条大型生产线,也为多品种同时生产提供了更有效的手段。因此,实现柔性生产的主要方法,就是将生产线小型化。
撇开柔性生产而言,缩短生产线也应该是工厂改善的重点。从生产线平衡的角度看,人数越多的生产线越难以平衡,其效率通常是不高的。生产线越长、人数越多也意味着有更多的在制品在生产线上,这也必然影响到生产效率和生产成本。而且生产线上的人数越多,出错误的机会也越多,就将导致越多的质量问题和越多的停机时间。
(2)低成本设置生产线
低成本设置生产线是生产柔性的要求。如果生产线是花大价钱设置的,要进行复制、拆除或改动就不是那么容易了,生产方式也就失去了“柔性”。到一些实现柔性生产的工厂去参观,可能发现他们的生产线很简陋,有的甚至是在以类似作坊的方式进行生产,不能认为那样的生产方式就是落后的,对此种现象需要以柔性生产的眼光来看待。
低成本设置生产线除了要求组建生产线的材料要简单、廉价,而且要求材料尽可能具有通用性,方便生产线变动时重复使用。
(3)持续变革生产方式
柔性生产是为了快速对应市场需求的变化,市场需求的不断变化要求企业的生产方式也相应做出调整。企业所采用的柔性生产方式本身并不是一成不变的,需要进行改进甚至创造新的柔性生产方式以适应市场的变化。每个企业的实际情况都不一样,没有一种普遍适用的柔性生产方式。企业柔性生产的实现,需要结合本企业的生产特点和面临的市场环境等实际情况,创造性地建立适合本企业的生产方式,并不断进行改进。良好的现场改善气氛对企业柔性生产的实现是有很大帮助的。成功实现柔性生产的工厂,生产线上的许多改善装置常常就是出自现场员工之手。
2.3.2单元生产
单元生产(Cell Manufacturing)是生产线小型化的产物。当设置多条小型生产线来代替大型生产线,且每条小型生产线都能独立完成大型生产线的工作时,这样的一条小型生产线就是一个生产单元。单元生产是最常见的一种柔性生产方式。单元生产的优点不仅在于方便复制和拆除,为快速对应产量的变化提供了可能,同时,以多个生产单元来代替一条大型生产线,也方便了多品种同时生产。
实行单元生产要求单元内的工人必须受过更好的训练,能够完成多种操作。由于单元生产是每个单元独立完成工作的,因此每个单元都需要使用全套的工具和检测设备,以“单元化”的方式取代同样产能的一条生产线,可能需要更高的投资。为降低单元设置费用,除了尽量使用简单、廉价,且具有通用性的材料外,
可考虑将高价值的工具和检测设备在两个以上单元之间共用。
工厂产品市场需求的变化通常在一个区间内,由固定部分和变动部分组成。工厂实行柔性生产时,根据实际情况,可以采用既有生产线和生产单元相结合的形式,将固定产量部分在既有生产线上生产,变动部分在单元内生产。
将生产线小型化做到极至,就是“一人生产方式”。在一人生产方式中,一个工人完成组装产品(或产品的一个组件)的全部操作。当产品(或组件)组装的工序较少,且产量不大时,一人生产方式因其极好的灵活性在特定情况下也是适用的。一人生产方式也有生产线和工位,工人通过在各工位之间顺序移动完成产品(或组件)的组装。为便于工人在工位间移动,一人生产方式通常采用站立式作业,并常常将生产线设置成U 型或O 型,以减少工人的移动和产品托板、工夹具等的搬送。
一种变型的一人生产方式是“巡回生产方式”。在巡回生产方式中,一个工人独立完成组装产品(或组件)的全部操作,但多个工人同时在生产线上进行相同的作业。
3 卫星结构及其装配
3.1 卫星结构
卫星都是由有效载荷和平台两部分组成。有效载荷是卫星的核心部分,随卫星不同用途而异,功能不一按其功能一般可分为通信广播、对地观测、导航定位、科学探测和技术试验五大类,实际上每一大类中具体的有效载荷的功能、性能也很不相同。有效载荷的品种多,技术更新快,若单独生产较为繁琐,因此提出标准化生产的概念,其中平台标准化比较容易实现。国外的空间工业部门,特别是一些主要的空间制造商,经过多年的实践已推出一批标准化的平台。平台是由星载各服务系统组合而成的一个舱段或几个舱段,例如:服务舱、有效载荷舱(不含有效载荷) 、推进舱、返回舱等(如下所示) :
图表8 卫星结构
要想对卫星进行流水线生产,需要了解卫星的结构,从而确定其装配的顺序,合理分配工位,实现脉动式流水线生产。卫星装配中必不可少的系统有:电源系统、结构系统、姿轨控系统、热控系统、有效载荷。
3.1.1结构系统
根据卫星的性能、使用、制造等要求,我们选择合适的卫星结构形式和材料。 结构构型的选择主要是从性能要求、使用要求、制造要求和成本要求等方面考虑。微小卫星的构型目前常见的有箱板式、桁架式、中心承力筒式和多层箱体组合叠放结构等几种。
箱板式结构:壁板既可以为卫星提供外部轮廓,同时担当主承力结构以及安装界面,此构型具有结构简单,内部空间富余,造价低廉等优点,但也存在强度不足的情况,在选用此结构形式时可考虑与桁架式结构混合使用,来弥补箱板式结构强度不足的缺陷,并且也可解决单独使用桁架式结构重量过大的问题。
中心承力筒结构:可将其看作是一个圆柱形的壳体,以此作为卫星的主承力结构,由于承力筒重量过大,结构较为复杂,空间布局形式不够理想等原因很少应用在微小卫星上。
多层箱体组合叠放结构:采用多个大小相同的方形箱体堆放在一起,并用金
属杆件进行固定连接的形式,它的好处在于将整个机构采用模块化的形式进行设计,这样既能提高灵活性又能降低制造成本。
图表9 卫星结构构型
3.1.2电源系统
电源系统由太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器组成。
太阳电池阵为电源系统的发电装置,由于微小卫星体积小、重量轻,整星没有轨道控制系统,因此其太阳电池阵供电系统一般采用光电转换效率较高的体装式太阳电池阵。
储能蓄电池组负责在卫星进入阴影期时为卫星提供能源,由于微小卫星基本为低轨道卫星,轨道周期较短,一般为 90 分钟左右,每圈都有阴影期,为 30 分钟左右,每圈可供充电的时间较短。而且,低轨道卫星的有效载荷往往仅在特定区域或特定时间开机,有较多次的短期负载,因此蓄电池组必须选用比能量较高的蓄电池组。
电源控制器是电源系统的核心部件,它提供电源系统的供电母线,在光照区完成对太阳电池阵输出功率进行调节,在地影区对蓄电池组实施充放电控制以及保护等等,提供电源系统与其他分系统及地面支持设备的接口,完成遥测信号的取样及预处理,接受并执行遥控指令及地面有线指令。
微小卫星由于系统比较简单,因此将卫星的配电系统与供电系统合二为一,统一为电源系统,因此,电源系统设计中还包括配电器单元电路。
3.1.3热控系统
卫星热控系统分为主动热控和被动热控。
在被动热控中,运用比较广泛的是热控涂层,采用高吸收/发射比的热控涂层来提高卫星整体和热控面的温度水平,采用 S-781 白漆以及石英玻璃镀铝二次表面镜来加强散热面的散热效果以及采用高发射率的热控涂层来加强星内辐射换热等等,实践表明这些热控涂层都达到了预期的效果。此外为了减少外热流的影响,大部分卫星在外表面粘贴多层隔热材料(Multi-layer heat insulition 简称
MLI )。
随着卫星技术的日益发展,特别是一些对温度及温度梯度要求很高的仪器设备的采用,这时单独的被动热控不能很好地解决问题,于是主动热控就成为一种有益的补充,它能达到很高的控制精度。对氢镍电池组采用电加热器主动控温的方法,在轨飞行验证:四块 Cd-Ni 蓄电池一直稳定工作在 3~6℃的最佳温度,电池块之间的温差小于 2℃,远远满足-5~15℃的设计要求;上海航天技术研究院的赵小翔用毛细回路技术(Capillary Pumped Loop 简称CPL )对风云一号C 星的氢镍电池组进行主动热控,卫星在轨运行测试表明:卫星温度处于最佳状态,镉镍电池组的温度控制在4~9℃的范围内,6台镉镍电池组之间温差小于3℃,满足镉镍电池组的特殊温度要求。
等温化设计可以改善舱内仪器设备间的换热,减小温差,另一方面能减小个别仪器设备热功耗的变化引起的温度波动,当仪器设备进行调换时,也不会因热功耗或尺寸的不同,带来较大的温度变化,这对于公用平台的设计,适应有效载荷的变化,具有实际意义。这其中主要有以下几种实现方式:
(1)热控涂层的应用:在卫星内部所有外侧壁板的内表面和仪器的外表面都喷涂高发射率的涂层有助于加强卫星内部地辐射换热效果,这从一定程度上降低了卫星内部地温度差异。东方红三号采用了这种方式。
(2)热管的应用:热管在卫星热控系统中被广泛地应用,它可以布置在仪器的安装位置下面,预埋在安装仪器的蜂窝板夹层内,起到拉平蜂窝板温度的效果。在“神舟”号飞船的热设计中通过热管设计来减少返回舱的周向温差。热管还可以布置在卫星本体的侧壁上,从而可以降低卫星本体朝阳面和背阳面之间的温差。
(3)导热填充材料的应用:对于热功耗比较大的仪器设备来说,其底面和安装板之间的接触热阻比较大,此时可以在这类仪器设备的底面和安装板之间填充导热填料来降低接触热阻,可以起到比较好的效果。
(4)多层隔热材料的应用:多层隔热材料用于等温化设计的一个比较突出的范例便是在卫星本体的外表面布置多层隔热材料,可以在很大程度上降低空间外热流对卫星温度场的影响。
此外,流体循环换热回路以及毛细抽吸两相环(CPL)都在卫星的等温化设计中也得到了比较广泛的应用。
3.1.4姿轨控系统
卫星姿轨控系统是整个卫星系统的重要组成部分,是一个嵌入式实时控制系统。它不同于一般的控制系统,该系统复杂,要求较高的可靠性。
范文二:基于脉动式生产线的cubesat总装
学生姓名:学生学号:院(系):指导教师:
基于脉动式生产线的 CubeSat总装过程研究
朱蓬勃 王宁宇 韩睿 贾雯娜 池雨灿 张丰 1132130116 1131820208 1130410522 1131820206 1131820225 航天学院控制科学与工程 航天工程与力学系 张世杰
二〇一五年六月
基于脉动式生产线的CubeSat总装过程研究
哈尔滨工业大学 朱蓬勃 王宁宇 韩睿 贾雯娜 池雨灿 张丰
摘要:脉动式生产线的思想最开始起源于福特公司的汽车生产线,因为其优越的性质,良好的柔性控制,可以很好地完成生产任务。而在微小卫星需求量越来越大、小卫星模块化、集成化、平台化发展的今天,如何完成小卫星的批量生产这成了我们亟待解决的问题。其中CubeSat小卫星就是代表。本文介绍了脉动式生产线的思想,计算方法,并在CubeSat上进行模拟,并且对整个总装过程进行分析评价,最后提出了所需要细化的问题和所需的方法。
关键词: 脉动式生产线 微小卫星 总装 CubeSat
1脉动式生产线与精益生产思想
脉 动 装 配 生 产 线 (Pulse Assembly Lines)最初从 Ford 公司的移动式汽车生产线衍生而来,是连续移动装配生产线的过渡阶段, 不同的是脉动装配生产线可以设定缓冲时间, 对生产节拍要求不高, 当生产某个环节出现问题时,整个生产线可以不移动,或留给下个站位去解决,当飞机的装配工作全部完成时,生产线就脉动一次。
整条生产线由4 部分组成:脉动主体、 物流供给系统、 可视化管理系统、 技术支持。(1)脉动主体:站位设施、 对接定位设备、 可移动的装配设备等。(2)物流供给系统:AGV 车、 完备的配套和配送系统。(3)可视化管理系统:现场可视化系统、ERP 与 MES 无缝融合的信息管理系统、 工作现场的固定和移动终端。
2生产线配置与柔性设计原理
生产线配置首先是生产线平衡问题,生产线平衡问题研究如何安排生产线工位,即需要设置多少个工位和每个工位的作业内容是什么。“平衡”的意义体现在每个工位的工作量相当。生产线平衡的目的是尽量使每个工位都处于繁忙状态,完成最多的操作量,闲置时间最少,以求生产线效率最优。时下,为快速适应市场需求的变化,生产方式的灵活性和可变性正越来越受到企业的重视。柔性生产的思想正是为了快速适应市场需求的变化而产生的。柔性生产是指企业通过变革生产方式,以快速对应市场需求变化的一系列方法。柔性生产是关于生产方
式的一种理念,而不是一门技术,没有一种普遍适用的柔性生产方式。实现柔性生产需要的是不断改善的意识,并没有什么必须要掌握的关于柔性生产的技术。同样具有柔性生产理念的企业,实现柔性生产的方式却并不一定相同。
2.1生产线平衡 2.1.1三个基本概念
生产节拍是相邻两个产品通过生产线尾端的时间间隔,即每隔多长时间有一
=件产品从生产线流出。其计算公式为:生产节拍(C)
每天生产时间
每天的计划产量
基本作业单元是生产线上不能再分解的动作,如果再分解,就产生多余动作。 生产线效率是衡量生产线平衡优劣的指标,为总有效时间占总付出时间的百分比,闲置时间越少生产线效率越高。生产线效率的计算公式为:
生产线效率=
总有效时间T
?100%
节拍C?工位数?
2.1.2生产线平衡步骤 生产线平衡的步骤如下:
(1)用一个流程图表示出基本动作的先后关系。流程图由圆圈和箭头组成,圆圈代表一个基本作业单元,箭头表示作业顺序。
(2)计算生产节拍(C)
(3)用下面的公式计算出所需要的工位数(N):
N=
完成作业所需的时间总量
生产节拍C
结果取不小于计算值的最小整数。计算出的工位数为理论上满足要求的最少工位数。
(4)向第一个工位分配基本作业单元,一次一项,逐项增加,直到完成作业的时间等于节拍,或由于受作业时间或操作次序的限制其他基本作业单元不能再增加为止。 重复这个过程向第二个工位分配作业,然后是第三个工位,直到将所有基本作业单元分配完毕。
分配作业时,首先分配具有第一特征的基本作业单元,若有问题,则分配具有第二特征的基本作业单元。其中第一特征为:具有最多后续作业;第二特征为:持续时间最长。
(5)计算效率,评价生产线平衡效果。
(6)如果结果不如人意,进一步调整生产线的平衡。
2.1.3生产线平衡计算方法举例
某型玩具车要在一个传送带上组装,每天生产1000台,每天的生产时间是8小时, 图表1列出了组装的基本作业单元和时间:
图表1 某型玩具车组装的基本作业单元和时间
下面我们看看如何按以上介绍的规则来配置玩具车的组装生产线。 第一步:画流程图
图表2以流程图的形式反映了图表1中各基本作业单元的次序关系。
图表2 某型玩具车组装作业流程图
第二步:计算生产节拍
G
计算时将每天的工作时间换算成秒,因为作业时间是以秒表示的。
每天的生产时间
=(8小时?60分?60秒)/1000台=28.8秒
每天的计划产量
C=
第三步:计算工位数
N?
完成作业所需的时间总量(T)
=108/28.8=3.75?4(取整)这是计算出的
生产节拍(C)
工位数的理论值,实际数量可能会大一些。
第四步:向工位分配作业
各基本作业单元后续作业数量如图表3所示:
图表3 各基本作业单元后续作业数量
向各工位分配作业的过程如图表4所示:
图表4 向各工位分配作业的过程
第五步:计算效率:
生产线效率=
总有效时间T
?100%?108/(28.8?5)?100%?75%
节拍C?工位数N
效率为75%意味着生产线不平衡或闲置时间达25%,共有36秒的闲置时间(28.8×5-112),最轻松的工位是工位5。
第六步:进一步调整生产线的平衡
能不能得到一个更好的平衡方案呢?在本例中,答案是肯定的。在本例中,将第一特征和第二特征交换,就会得到一个更好的方案。进一步调整生产线平衡可能采取的方法还有进行作业分解和采取柔性生产布置等。
2.1.4作业分解
最长的基本作业单元时间决定了生产节拍的最小可能值。最长的基本作业单元时间就是生产节拍的下限,除非有可能将作业分解到两个或更多的工位上去。
考虑下面的例子,假设一条生产线的基本作业单元的时间分别为:25秒、42秒、17秒、15秒、22秒、18秒、9秒、15秒、27秒,生产线每天运行8小时,每天的产量为800台。满足800台/天产量的生产节拍是36秒〔(8×60×60)/800〕,现在面临的问题是有一个基本作业单元的时间是42秒,大于36秒,应该怎么办呢?
有许多方法可以使42秒的作业适合36秒的节拍。可能采用的办法如下: (1)作业分解
将这个作业分配到两个工位上,虽然会产生多余动作。 (2)作业共享
让相邻的工位对该作业进行一点共享,这样相邻的工位就能帮助完成一部分作业。作业共享与作业分解不同,对于作业共享而言,相邻工位只是提供帮助,而不是独立完成作业的某一部分。
(3)设立平行工位
将作业分配给两个平行操作的工位。 (4)聘用操作技能高的工人
聘用操作技能高的工人也许能满足36秒的要求。 (5)加班
以42秒每台的速度每天能生产685台,比800台少115台,生产115台需要加班约80分钟(115×42/60)。
(6)改进设计
对产品设计进行改进使作业时间稍微减少是有可能的。
其他减少作业时间的办法包括设备改进、生产线设立备用人员、改进材料以及由多技能的工人组成团队来操作生产线而不是让生产线的工人各负其责。
2.2生产线布置
2.2.1直线型与U型生产线
以上生产线平衡事例对工位的配置结果如图表5所示,这是直线型生产线布置,是最常见的一种生产线布置方式。
图表5 直线型生产线布置
如果将以上事例的生产线布置成U型,将得到图表6所示的布置。
图表6 U型生产线布置
在以上生产线平衡事例中,将生产线布置成U型使5个工位减少为4个,因为A、K两个作业可以由一个人来完成。
U型生产线布置是柔性生产和精益生产中经常采用的一种生产线布置方式。U型生产线布置让生产线拐个弯,将生产线上的物品投入口和输出口放在一个地点。相对于将物品投入口和输出口分开的直线型生产线布置,它有如下优点:
·为生产线的平衡提供更多的可能性;
·随生产线流动的产品托板、工夹具等流回到起点,减少了搬送作业; ·一人进行多项操作时,有利于减少人员走动; ·不用安排不同的人进行投入材料和收集成品的工作;
·物流路线更加顺畅。
有时将U型生产线的首尾连在一起,成为O型生产线,进一步减少产品托板和工夹具等的搬送。
2.2.2便于作业共享的生产线布置
作业共享,即相邻工位的员工互相提供帮助,能起到自动平衡生产线的作用。因此,在工位的安排上要注意不要将员工隔离或封闭起来,应该为作业共享创造
条件,如图表7所示。
图表7 有利于作业共享的生产线布置
2.3 柔性生产 2.3.1柔性生产的特点
“柔性”是指企业能根据市场需求的变化,快速提高和降低产能、变换产品品种的能力。大型生产线产能固定,为制造特定产品而设置,因而不具有柔性。柔性生产是相对于大型生产线难以变动的“刚性”而言,更具有灵活性和可变性。柔性生产通常具有以下特点:
(1)生产线较小
柔性生产的主要特点可以用一个字来概括,那就是“小”,小才具有灵活性。设置多条独立工作的小型生产线来代替一条大型生产线,当产品需求量增加或减
少时,可以很容易地通过复制或拆除小型生产线来加以对应。同时,用多条小型生产线来代替一条大型生产线,也为多品种同时生产提供了更有效的手段。因此,实现柔性生产的主要方法,就是将生产线小型化。
撇开柔性生产而言,缩短生产线也应该是工厂改善的重点。从生产线平衡的角度看,人数越多的生产线越难以平衡,其效率通常是不高的。生产线越长、人数越多也意味着有更多的在制品在生产线上,这也必然影响到生产效率和生产成本。而且生产线上的人数越多,出错误的机会也越多,就将导致越多的质量问题和越多的停机时间。
(2)低成本设置生产线
低成本设置生产线是生产柔性的要求。如果生产线是花大价钱设置的,要进行复制、拆除或改动就不是那么容易了,生产方式也就失去了“柔性”。到一些实现柔性生产的工厂去参观,可能发现他们的生产线很简陋,有的甚至是在以类似作坊的方式进行生产,不能认为那样的生产方式就是落后的,对此种现象需要以柔性生产的眼光来看待。
低成本设置生产线除了要求组建生产线的材料要简单、廉价,而且要求材料尽可能具有通用性,方便生产线变动时重复使用。
(3)持续变革生产方式
柔性生产是为了快速对应市场需求的变化,市场需求的不断变化要求企业的生产方式也相应做出调整。企业所采用的柔性生产方式本身并不是一成不变的,需要进行改进甚至创造新的柔性生产方式以适应市场的变化。每个企业的实际情况都不一样,没有一种普遍适用的柔性生产方式。企业柔性生产的实现,需要结合本企业的生产特点和面临的市场环境等实际情况,创造性地建立适合本企业的生产方式,并不断进行改进。良好的现场改善气氛对企业柔性生产的实现是有很大帮助的。成功实现柔性生产的工厂,生产线上的许多改善装置常常就是出自现场员工之手。
2.3.2单元生产
单元生产(Cell Manufacturing)是生产线小型化的产物。当设置多条小型生产线来代替大型生产线,且每条小型生产线都能独立完成大型生产线的工作时,这样的一条小型生产线就是一个生产单元。单元生产是最常见的一种柔性生产方式。单元生产的优点不仅在于方便复制和拆除,为快速对应产量的变化提供了可能,同时,以多个生产单元来代替一条大型生产线,也方便了多品种同时生产。
实行单元生产要求单元内的工人必须受过更好的训练,能够完成多种操作。由于单元生产是每个单元独立完成工作的,因此每个单元都需要使用全套的工具和检测设备,以“单元化”的方式取代同样产能的一条生产线,可能需要更高的投资。为降低单元设置费用,除了尽量使用简单、廉价,且具有通用性的材料外,
可考虑将高价值的工具和检测设备在两个以上单元之间共用。
工厂产品市场需求的变化通常在一个区间内,由固定部分和变动部分组成。工厂实行柔性生产时,根据实际情况,可以采用既有生产线和生产单元相结合的形式,将固定产量部分在既有生产线上生产,变动部分在单元内生产。
将生产线小型化做到极至,就是“一人生产方式”。在一人生产方式中,一个工人完成组装产品(或产品的一个组件)的全部操作。当产品(或组件)组装的工序较少,且产量不大时,一人生产方式因其极好的灵活性在特定情况下也是适用的。一人生产方式也有生产线和工位,工人通过在各工位之间顺序移动完成产品(或组件)的组装。为便于工人在工位间移动,一人生产方式通常采用站立式作业,并常常将生产线设置成U型或O型,以减少工人的移动和产品托板、工夹具等的搬送。
一种变型的一人生产方式是“巡回生产方式”。在巡回生产方式中,一个工人独立完成组装产品(或组件)的全部操作,但多个工人同时在生产线上进行相同的作业。
3 卫星结构及其装配
3.1 卫星结构
卫星都是由有效载荷和平台两部分组成。有效载荷是卫星的核心部分,随卫星不同用途而异,功能不一按其功能一般可分为通信广播、对地观测、导航定位、科学探测和技术试验五大类,实际上每一大类中具体的有效载荷的功能、性能也很不相同。有效载荷的品种多,技术更新快,若单独生产较为繁琐,因此提出标准化生产的概念,其中平台标准化比较容易实现。国外的空间工业部门,特别是一些主要的空间制造商,经过多年的实践已推出一批标准化的平台。平台是由星载各服务系统组合而成的一个舱段或几个舱段,例如:服务舱、有效载荷舱(不含有效载荷)、推进舱、返回舱等(如下所示):
图表8 卫星结构
要想对卫星进行流水线生产,需要了解卫星的结构,从而确定其装配的顺序,合理分配工位,实现脉动式流水线生产。卫星装配中必不可少的系统有:电源系统、结构系统、姿轨控系统、热控系统、有效载荷。
3.1.1结构系统
根据卫星的性能、使用、制造等要求,我们选择合适的卫星结构形式和材料。 结构构型的选择主要是从性能要求、使用要求、制造要求和成本要求等方面考虑。微小卫星的构型目前常见的有箱板式、桁架式、中心承力筒式和多层箱体组合叠放结构等几种。
箱板式结构:壁板既可以为卫星提供外部轮廓,同时担当主承力结构以及安装界面,此构型具有结构简单,内部空间富余,造价低廉等优点,但也存在强度不足的情况,在选用此结构形式时可考虑与桁架式结构混合使用,来弥补箱板式结构强度不足的缺陷,并且也可解决单独使用桁架式结构重量过大的问题。
中心承力筒结构:可将其看作是一个圆柱形的壳体,以此作为卫星的主承力结构,由于承力筒重量过大,结构较为复杂,空间布局形式不够理想等原因很少应用在微小卫星上。
多层箱体组合叠放结构:采用多个大小相同的方形箱体堆放在一起,并用金
属杆件进行固定连接的形式,它的好处在于将整个机构采用模块化的形式进行设计,这样既能提高灵活性又能降低制造成本。
图表9 卫星结构构型
3.1.2电源系统
电源系统由太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器组成。
太阳电池阵为电源系统的发电装置,由于微小卫星体积小、重量轻,整星没有轨道控制系统,因此其太阳电池阵供电系统一般采用光电转换效率较高的体装式太阳电池阵。
储能蓄电池组负责在卫星进入阴影期时为卫星提供能源,由于微小卫星基本为低轨道卫星,轨道周期较短,一般为 90 分钟左右,每圈都有阴影期,为 30 分钟左右,每圈可供充电的时间较短。而且,低轨道卫星的有效载荷往往仅在特定区域或特定时间开机,有较多次的短期负载,因此蓄电池组必须选用比能量较高的蓄电池组。
电源控制器是电源系统的核心部件,它提供电源系统的供电母线,在光照区完成对太阳电池阵输出功率进行调节,在地影区对蓄电池组实施充放电控制以及保护等等,提供电源系统与其他分系统及地面支持设备的接口,完成遥测信号的取样及预处理,接受并执行遥控指令及地面有线指令。
微小卫星由于系统比较简单,因此将卫星的配电系统与供电系统合二为一,统一为电源系统,因此,电源系统设计中还包括配电器单元电路。
3.1.3热控系统
卫星热控系统分为主动热控和被动热控。
在被动热控中,运用比较广泛的是热控涂层,采用高吸收/发射比的热控涂层来提高卫星整体和热控面的温度水平,采用 S-781 白漆以及石英玻璃镀铝二次表面镜来加强散热面的散热效果以及采用高发射率的热控涂层来加强星内辐射换热等等,实践表明这些热控涂层都达到了预期的效果。此外为了减少外热流的影响,大部分卫星在外表面粘贴多层隔热材料(Multi-layer heat insulition 简称
MLI)。
随着卫星技术的日益发展,特别是一些对温度及温度梯度要求很高的仪器设备的采用,这时单独的被动热控不能很好地解决问题,于是主动热控就成为一种有益的补充,它能达到很高的控制精度。对氢镍电池组采用电加热器主动控温的方法,在轨飞行验证:四块 Cd-Ni 蓄电池一直稳定工作在 3~6℃的最佳温度,电池块之间的温差小于 2℃,远远满足-5~15℃的设计要求;上海航天技术研究院的赵小翔用毛细回路技术(Capillary Pumped Loop 简称CPL)对风云一号C 星的氢镍电池组进行主动热控,卫星在轨运行测试表明:卫星温度处于最佳状态,镉镍电池组的温度控制在4~9℃的范围内,6台镉镍电池组之间温差小于3℃,满足镉镍电池组的特殊温度要求。
等温化设计可以改善舱内仪器设备间的换热,减小温差,另一方面能减小个别仪器设备热功耗的变化引起的温度波动,当仪器设备进行调换时,也不会因热功耗或尺寸的不同,带来较大的温度变化,这对于公用平台的设计,适应有效载荷的变化,具有实际意义。这其中主要有以下几种实现方式:
(1)热控涂层的应用:在卫星内部所有外侧壁板的内表面和仪器的外表面都喷涂高发射率的涂层有助于加强卫星内部地辐射换热效果,这从一定程度上降低了卫星内部地温度差异。东方红三号采用了这种方式。
(2)热管的应用:热管在卫星热控系统中被广泛地应用,它可以布置在仪器的安装位置下面,预埋在安装仪器的蜂窝板夹层内,起到拉平蜂窝板温度的效果。在“神舟”号飞船的热设计中通过热管设计来减少返回舱的周向温差。热管还可以布置在卫星本体的侧壁上,从而可以降低卫星本体朝阳面和背阳面之间的温差。
(3)导热填充材料的应用:对于热功耗比较大的仪器设备来说,其底面和安装板之间的接触热阻比较大,此时可以在这类仪器设备的底面和安装板之间填充导热填料来降低接触热阻,可以起到比较好的效果。
(4)多层隔热材料的应用:多层隔热材料用于等温化设计的一个比较突出的范例便是在卫星本体的外表面布置多层隔热材料,可以在很大程度上降低空间外热流对卫星温度场的影响。
此外,流体循环换热回路以及毛细抽吸两相环(CPL)都在卫星的等温化设计中也得到了比较广泛的应用。
3.1.4姿轨控系统
卫星姿轨控系统是整个卫星系统的重要组成部分,是一个嵌入式实时控制系统。它不同于一般的控制系统,该系统复杂,要求较高的可靠性。
图表10 姿轨控系统结构
姿轨控系统主要包括敏感器 、控制计算机和执行机构。
常见的姿轨控敏感器有:地球敏感器(红外、紫外)、太阳敏感器、星敏感器、载波相位查分GPS磁强计、陀螺等。
姿轨控计算机采集、处理敏感器信号,根据控制算法产生执行机构的驱动信号,使得在有外界扰动的情况下,卫星仍满足姿态及轨道要求,实现姿态确定与姿态稳定控制,提供高精度的姿态测量数据,完成正常轨道运行期间的姿态稳定控制,克服由于轨道维持及轨道机动所产生的姿态扰动,将姿态角和姿态角速率控制在任务要求的范围内。
姿态轨道控制的执行可以通过喷气控制和飞轮控制来完成。
3.2卫星装配
卫星总装实施过程分为组件、部件总装,功能组建总装,舱段总装和整星总装。下图为某卫星的总装过程:
图表11 某卫星总装过程
该卫星的总装流程主要由结构壳体装配、单机装配、电缆装配等组成。在卫星CubeSat的装配中,同理根据卫星结构及其平台设计总装流程,分配工位,从而实现脉动式流水线生产。
4 CubeSat简介及模拟总装过程
4.1 CubeSat卫星
CubeSat卫星虽然体积小,但大卫星需要的系统它身上也都有,包括星务管理、通信、电源、姿态确定与控制、结构热控、载荷等。不同的卫星任务决定了星上载荷的不同,从而对其他分系统的要求也不同,会根据具体的情况进行不同的设计。比如载荷的体积较大,就要选择2U或者3U的卫星,耗电量较大的载荷就需要增加太阳能帆板等。
对于脉动试生产线实际应用过程中,其在波音公司的成功实现是举世瞩目的,在CubeSat装配过程中,其也可以使用并仿照波音公司的脉动式装配生产线。在小卫星装配过程中,可以将小卫星的装配划分成结构系统、电源系统等多个离散的工作区,使其在整个装配线的移动过程中,每脉动一次,即可完成一定的装配工作,从而实现整个装配过程的脉动生产。而且在小卫星装配过程中,其接收到的每一个部件,如整体结构,有效载荷,制导系统都是相当于“成品”,及其部件内不仅结构完整,而且相应的线路,电缆等都已经安装好,是典型的模块化装配。脉动式生产线在装配过程中,核心思想是精益化制造,CubeSat小卫星也可按照精益化生产线原则进行布局,使得零部件、工艺装备、材料和人员都精确到达生产线所需要的使用地点。所以,在CubeSat小卫星的装配制造过程中,应用脉动式装配生产线是具有可行性的。
应用脉动式生产线进行小卫星装配时,对于制造型企业而言,如果是按照流水线式的生产方式,其必然是成批生产,成批移动;在成批生产条件下,生产具有重复性,产品品种较少,每种产品的产量较多,形成多品种周期性的轮番生产的特点。而在脉动式生产线的单件生产,单件移动的条件下,即按照工作流程将作业场地、设备(作业台)合理配置,一般划分为几个工作段,产品在每个工作段生产时,零件一个一个地经过各种工作地进行加工、移动,不是一批一批地加工、移动,每个工序最多只有一个在制品或成品。在每个工作段中从生产开始到完成之前,没有在制品放置场地及入箱包装的作业。作业人员随着在制品走,从作业区的第一个工序到最后一个工序都是该作业人员操作。
事实上如果产品按从原材料到成品的过程连续来生产的话,即单件流动,工作能更好、更有效地完成。在单件流动中,因为在每个工段中各工序衔接在一起,前工序做完一个在制品,就可立即“流”到下一工序继续加工,所以工序间几乎没
有搬运距离,也没有在制品,因此在制品数量可以大幅度降低,生产空间也跟着减少了。不良品一旦发生,就可立即发现,而且很容易地确认出是由哪一台机器、哪一个作业者做出来的。这有助于消除不良品。更重要的是生产周期大幅度缩短,更能满足市场多变的需求。由于不必为每台设备单独设置人口存放处和出口存放处,场地也节省了许多。
在脉动式生产的核心精益式生产的推动下,企业利用其所有资源尽力控制产品生产制造装配过程中的非增益活动,从而使产业价值链的各个环节都得到改善。
经过波音公司的实践过程,脉动式生产线在以下方面已经有无数的实践证明是取得成效的:库存大幅降低,生产周期减短,质量稳定提高,各种资源(能源、空间、材料、人力)等的使用效率提高,各种浪费减少、生产成本下降,企业利润增加。同时,员工士气、企业文化、领导力、生产技术都在实施中得到提升,最终增强了企业的竞争力。对于服务型企业而言,提升企业内部流程效率,做到对顾客需求的快速反应,可以缩短缩短从顾客需求产生到实现的过程时间,大大提高了顾客满意度,从而稳定和不断扩展市场占有率。
在CubeSat小卫星在装配的过程中,针对于其在装配过程中,产品种类众多,制造技术专业复杂,而且在装配过程中同一机型上不同子系统中的机电类产品都具有复杂的分类,不同类别产品的结构和制造工艺差异巨大,生产线规划和组织困难;产品转换频繁,生产管控困难,航空机电产品每年都有多个机型上千种机电产品的生产配套要求,各产品交付节点不同,且随着国际环境的变化,新机型科研任务的陆续上马,产品生产周期变得越来越短,给企业制造计划的制订、制造资源的分配以及生产组织管控提出了严峻的挑战;采用固定式装配模式,生产效率较低,而且在整个装配生产过程中过度依赖工人技能,质量保证水平低,由单人或同一班组完成所有工序的装配工作,对装配人员要求较高,由于不同操作人员对产品装配过程的理解存在差异,操作技能水平参差不齐,造成产品的装配流程不稳定,致使产品装配质量不稳定。鉴于上述现实问题,传统的生产流水线方式已不再适用于现在的CubeSat小卫星的装配生产,所以实行脉动式装配生产线是十分必要的。
4.2总装流程计算与模拟
经多方查找资料,得出总装表格如下,按照二所介绍的方法,进行装配工位分配。
图表12 CubeSat的部件划分及推演的加工时间
按照所介绍的方法,模拟加工过程。结论如下:
当只考虑第一条件时,最多工位达到6个,生产率为66.7%。重新考虑第二特征,就能明显优化生产线,提高生产率到达80%,但是此生产线依然是流水型的,并没有出现目标中的u型生产线优化。生产节拍即脉动一次时间为9.75utime,需要4个工位,有效时间为39utime。
模拟装配过程图如下,具体过程见装配视频。
5 补充说明
5.1 研究的颗粒度
我们关于CubeSat的装配工位划分时,只停留在比较大的模块层面来划分,颗粒度较大。实际装配过程中,比如说推进板部分,这部分是系统下的小模块,总装过程只考虑把推进板装在总体上,而不考虑推进板本身的总装过程。因为分系统自己的装配可以在总装之前完成,我们只给出一个参考的装配表格。关于更
细化的装配过程,可通过蚁群算法来实现。
5.2蚁群算法原理
首先,蚂蚁在前行的过程中要能尽量保持某种惯性,这样使得蚂蚁尽量向前方移动(开始,这个前方是随机固定的一个方向),而不是原地无谓的打转或者震动;其次,蚂蚁要有一定的随机性,虽然有了固定的方向,但它也不能像粒子一样直线运动下去,而是有一个随机的干扰。这样就使得蚂蚁运动起来具有了一定的目的性,尽量保持原来的方向,但又有新的试探,尤其当碰到障碍物的时候它会立即改变方向,这可以看成一种选择的过程,也就是环境的障碍物让蚂蚁的某个方向正确,而其他方向则不对。
当然,在有一只蚂蚁找到了食物的时候,大部分蚂蚁会沿着信息素很快找到食物的。但不排除会出现这样的情况:在最初的时候,一部分蚂蚁通过随机选择了同一条路径,随着这条路径上蚂蚁释放的信息素越来越多,更多的蚂蚁也选择这条路径,但这条路径并不是最优(即最短)的,所以,导致了迭代次数完成后,蚂蚁找到的不是最优解,而是次优解,这种情况下的结果可能对实际应用的意义就不大了。
蚂蚁如何找到最短路径的?这一是要归功于信息素,另外要归功于环境,具体说是计算机时钟。信息素多的地方显然经过这里的蚂蚁会多,因而会有更多的蚂蚁聚集过来。假设有两条路从窝通向食物,开始的时候,走这两条路的蚂蚁数量同样多(或者较长的路上蚂蚁多,这也无关紧要)。当蚂蚁沿着一条路到达终点以后会马上返回来,这样,短的路蚂蚁来回一次的时间就短,这也意味着重复的频率就快,因而在单位时间里走过的蚂蚁数目就多,洒下的信息素自然也会多,自然会有更多的蚂蚁被吸引过来,从而洒下更多的信息素……;而长的路正相反,因此,越来越多地蚂蚁聚集到较短的路径上来,最短的路径就近似找到了。蚂蚁在一定情况下也会犯错误,也就是它会按照一定的概率不往信息素高的地方走而另辟蹊径,这可以理解为一种创新,这种创新如果能缩短路途,那么根据刚才叙述的原理,更多的蚂蚁会被吸引过来。
5.3 蚁群算法的应用
针对于CubeSat小卫星的装配,使用蚁群算时,可以先用数字化系统进行模拟,从一开始在对装配路径进行模拟时,首先让程序蚂蚁对装配生产线的路径进行遍历,每进行一步,便会对所经历的路径留下一个标志进行计数,当遍历完了后程序蚂蚁会沿原路返回,继续作为一个新的程序蚂蚁进行遍历,以此方式在装配生产线中遍历,经过一段时间,会出现一条被标记最多的线路就是我们所要的最短线路,这条路径便是我们所要的最短路径。当装配生产线很长的时候,程序蚂蚁的遍历就可能不会遍历到尽头便会发现一条有足够多的标记的线路,这条不
完整的线路的已遍历部分便可能是想要的最短路径的一部分,在此路径的结尾可以重新开始继续向下遍历,从而得到一段段的相对最短,从而连接得到一条线路,这条线路可能不是最短线路,是次优解,但在实际的生产加工过程中可以先沿用这条路径,在生产经验中在对装配生产的路径进行进一步的完善和改进,从而得到更加精确更加短的路径。
5.4 精益管理
“精”——少投入、少消耗资源、少花时间,尤其是要减少不可再生资源的投入和耗费,高质量。
“益”——多产出经济效益,实现企业升级的目标。更加,精益求精。精益企业的概念始创于丰田公司大野耐一实行的即时生产概念,其核心是在企业的生产环节及其它运营活动中彻底消灭浪费现象。
在过去,精益思想往往被理解为简单的消除浪费,表现为许多企业在生产中提倡节约、提高效率、取消库存、减少员工、流程再造等。但是,这仅仅是要求“正确地做事”,是一种片面的、危险的视角。所谓的精益思想,不仅要关注消
除浪费,同时还以创造价值为目标“做正确的事”。归纳起来,精益思想就是在创造价值的目标下不断地消除浪费。企业在全球化的背景下正面临着日益激烈的竞争形势,对企业进行精益改革已成为一个发展趋势。
5.4.1 精益生产管理的着眼点
精益生产管理的着眼点之一是创造价值,把不产生价值、却占用企业资源的业务(情报)流程环节、实物流程环节全部删除。通过解决重复、停顿现象去发现问题,使得管理流程的价值最大化。因此,推行JIT要以价值为关注焦点开展革新活动。
精益生产管理的另一个着眼点是缩短时间。缩短时间就是从市场需求开始,一直到生产计划制定、采购计划制定、生产的组织、仓储以及生产制造和成品出货的全部过程L/T的缩短,从而降低成本,提高反应速度。因此,应在不增加资源投入的情况下,以缩短信息/作业时间为改善的着眼点,寻找快速完成业务和生产的办法,始终把缩短L/T作为改善变革的驱动力。
5.4.2 精益生产管理的目标取向
精益生产管理的目标取向即不断设置更高的目标以求达成。如图所示,分别以精益生产关注的生产组织过程时间及价值损耗为横坐标和纵坐标,可见,旧的流程的价值损耗比较高、生产组织过程的时间比较长,而新流程的生产组织时间与价值损耗都有很大的缩减。精益生产管理要解决的问题就是如何创造价值并缩短时间。因此,在改善活动中应以此来指导企业的日常经营,把时间短、损耗小,下次时间更短、损耗更小作为持续的管理目标。
精益管理要求企业的各项活动都必须运用“精益思维” (Lean Thinking)。“精益思维”的核心就是以最小资源投入,包括人力、设备、资金、材料、时间和空间,创造出尽可能多的价值,为顾客提供新产品和及时的服务。
精益管理的目标可以概括为:企业在为顾客提供满意的产品与服务的同时,把浪费降到最低程度。企业生产活动中的浪费现象很多,常见的有:错误——提供有缺陷的产品或不满意的服务;积压——因无需求造成的积压和多余的库存;过度加工——实际上不需要的加工和程序;多余搬运——不必要的物品移动;等候——因生产活动的上游不能按时交货或提供服务而等候;多余的运动——人员在工作中不必要的动作;提供顾客并不需要的服务和产品。努力消除这些浪费现象是精益管理的最重要的内容。
参考文献
[1] 孙康. ”TXZ”微小卫星虚拟装配关键技术研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2007
[2] 侯鹏, 张丽新, 杨碧琦. 某型号卫星虚拟装配技术研究[J]. 航空制造技术. 2011, 22期.
[3] 方勃, 丁勇, 张业伟, 闻新. 微小卫星结构设计方法[J]. 沈阳航空航天大学学报. 2013, 5期30卷.
[4] 李海平. 微小卫星热控系统的设计[D]. 南京:南京航空航天大学, 2006
[5] 汤泽东. 卫星电源系统多学科设计优化[D]. 湘潭大学, 2013
[6] 高买花. 卫星姿轨控系统软件体系结构设计的方案研究[D]. 中国科学院研究生院
范文三:脉动生产线3
当然,精益飞机总装配线的建设并不容易,而让它顺畅地运行更“难”。它的应用环境和建线时必须注意的以下问题。
首先,必须有明确的生产大纲。对前途不明朗的型号,不宜建立移动式装配线。也就是说,总产量不在于多或少,而必须明确,最好不会进行大的调整。波音717就出现对需求量预测不正确而飞机下马,总装配线只运行了不到一年的时间。
第二,飞机的总产量与建立移动线的周期和成本要平衡。建线需要周期,花费成本,线刚建成飞机就停产了,显然建线就没有意义。波音的卫星脉动生产线仅仅用来建造12颗星,但是每颗星的建造周期长;P-8A海上预警机总产量也就100架左右,波音都为它们建立了移动装配线。实际上,每一个国外的企业在确定建线之前都经过很长时间的论证和权衡。问题的焦点集中在移动装配线建设的目的和收益与建设周期和费用之间的平衡。
第三,有精益制造的技术和群众基础。建立移动式飞机总装配线最大的问题是企业需要有较好的精益制造的基础,企业领导班子有对精益思想理解和信仰。必须有应用各种精益方法的积累,如拉式计划管理、均衡生产、单件流、价值流分析、标准化工作、JIT配送、精益的自主质量管理方式等等。不要指望将移动线停下来等待部件和处理质量问题,或者将某一架飞机从装配线上卸下来。所以在当前制造环境中,每一个航空企业都必须及早的、认真地走上精益制造的旅程。
第四,解决好供应链问题和移动线设计的技术问题。在中国,成品件和协作件的供应链的可能是移动式总装配线的一个重大的障碍。与供应商的协同需要长期的培育过程,需要尽早的强有力的解决。而移动式总装配线的建设是一个复杂的制造系统设计的项目。从价值流分析、新系统设计、到部装分支的建设以及配套的可视化和信息化等,是一个涉及整个企业的系统工程。需要预先规划好,不要陆续的“补课”。
第五,注重飞机总装配线的全局性。移动总装线不是总装车间或分部自己的事,而是整个企业的生产管理和运作方式的变革。不能靠一个部门冷冷清清的建设,而是由整个企业的意志和协同精神所支撑。
最后,做好脉动或连续移动的权衡。目前来看世界各国多数采用的是脉动线,只有少数应用了连续移动方式,F-35的装配线目前也还在脉动状态运行,待生产稳定以后再向连续移动转换。中国航空企业在介入移动式装配时,不妨从部件入手。首先采用相对容易实现的脉动方式。
总之,必须认清飞机制造技术发展的趋势和临战时制造速度的重要性,建立移动装配线是势在必行的。但在建立移动式飞机总装配线时,必须是既有积极、创新、勇于进取的热情,又要有科学的态度和严谨的作风,切忌浮躁和功利主义,这将是建成飞机移动装配线的必要条件。
范文四:脉动生产线
目录
1.脉动生产线的定义 .................................................................................................... 3
2.脉动生产线研究现状及发展趋势 ............................................................................ 3
2.1国内外应用情况 ............................................................................................. 3
2.2脉动装配生产线的发展趋势 ......................................................................... 5
3.搭建脉动生产线体系结构 ........................................................................................ 6
3.1工艺流程再造 ................................................................................................. 7
3.2.脉动生产线人员配置和管理体制构建 ......................................................... 8
3.3在生产线实施站位配送管理 ......................................................................... 8
3.4以ERP系统构建脉动生产线管控拉动式体系建设 ..................................... 8
3.5脉动生产线工作现场实施可视化管理 ......................................................... 9
4.脉动生产线的关键技术 ............................................................................................ 9
4.1价值流分析 ................................................................................................... 10
4.1.1价值流的涵义 .................................................................................... 10
4.1.2价值流的基本内容 ............................................................................ 10
4.1.3价值流分析的目的 ............................................................................ 11
4.2生产线系统布置 ........................................................................................... 11
4.2.1生产线系统布置设计 ........................................................................ 11
4.2.2生产线系统布置原则 ........................................................................ 11
4.3生产线仿真技术 ........................................................................................... 12
4.3.1装配过程规划与详细设计 ................................................................ 13
4.3.2装配工艺仿真与校验 ........................................................................ 13
4.3.3装配生产线仿真与分析 .................................................................... 13
4.4拉动式生产看板可视化管理技术 ............................................................... 14
4.4.1拉动式生产 ........................................................................................ 14
4.4.2拉动式生产及看板管理 .................................................................... 14
4.4.3运用看板管理的主要目的 ................................................................ 15
4.4.4看板管理相对于传统的生产方式的优势 ........................................ 15
4.5单元化生产技术 ........................................................................................... 18
4.5.1生产单元化的定义 ............................................................................ 18
4.5.2生产单元化的特点 ............................................................................ 19
4.6生产线节拍设计技术 ................................................................................... 20
4.6.1理论节拍时间 .................................................................................... 21
4.6.2理论生产效率 .................................................................................... 21
4.6.3实际节拍时间与实际生产效率 ........................................................ 21
4.6.4自动化装配生产线节拍优化设计方法 ............................................ 22
4.7生产线移动及定位技术 ....................................................................... 23
4.8物料准时化配送技术 ................................................................................... 24
4.8.1准时化配送概述 ................................................................................ 24
4.8.2准时化配送的功能 ............................................................................ 24
4.9基于ERP系统的移动生产线信息化管理技术 ........................................... 26
4.9.1 ERP系统介绍 ..................................................................................... 26
4.9.2 ERP的作用以及与信息技术发展的关系 ......................................... 27
1.脉动生产线的定义
脉动装配生产线(Pulse Assembly Lines)最初从Ford公司的移动式汽车生产线衍生而来,是连续移动装配生产线的过渡阶段,不同的是脉动装配生产线可以设定缓冲时间,对生产节拍要求不高,当生产某个环节出现问题时,整个生产线可以不移动,或留给下个站位去解决,当飞机的装配工作全部完成时,生产线就脉动一次。整条生产线由4部分组成:脉动主体、物流供给系统、可视化管理系统、技术支持。
(1)脉动主体:站位设施、对接定位设备、可移动的装配设备等。
(2)物流供给系统:AGV车、完备的配套和配送系统。
(3)可视化管理系统:现场可视化系统、ERP与MES无缝融合的信息管理系统、工作现场的固定和移动终端。
(4)技术支持:质量保障、生产现场问题应急处理。
脉动装配生产线改变了传统飞机的装配模式,作为先进飞机制造技术的典型代表,有其独特的优势:首先,由于整条生产线分工明确细致,工作量单一重复,生产效率比较高;其次,生产线上配备了专业的自动化设备和先进的供给线,自动化程度高;最后,装配线过程流畅,不会产生挤压或脱节。但是单一、重复及固定的生产模式无法有效适应需求多变、机型多、产量少的飞机生产现状。
2.脉动生产线研究现状及发展趋势
2.1国内外应用情况
波音公司在2000年建立了首条脉动总装线,并应用到阿帕奇直升机的制造,随着飞机脉动总装线的优势日益明显,波音公司扩大了对它的应用,在波音737、波音757、波音777等机型移动式装配生产线的基础上,为波音787建立了最先进的脉动式总装线(图1)。整条脉动装配生产线分为5个工作区(0~4号工作区),一个机位就是一个工作区。0号工作区是预装配区,停放主要的大部件;1号工作区完成前机身,中机身,后机身,左、右机翼和尾段6大部件的对接总装配;
2号工作区安装起落架、发动机等,还有地板、绝缘毯、次结构件安装及管路、液压系统的收尾工作;3号工作区主要工作是内装饰、辅助动力设置APU安装及动力装饰的初步试验;4号工作区主要进行各种各样的测试工作,总装生产线的右侧,是装配支持人员的办公室区域,左侧安放着待安装的各种物件,如座椅、洗手间和厨房用具等。
波音在脉动式总装线上的成功带动了其他飞机制造商。洛克希德·马丁公司在2003~2004年建成了F-35的脉动式总装线,目前又在建立F-35各个大部件的集成装配线,到2016年F-35的总装线将达到每天交付一架的水平;意大利的阿古斯特维斯特兰公司(AgustaWestland)在英国的约维尔工厂于2011年为它的W159型武装直升机建立了脉动式装配线;加拿大庞巴迪公司为它的C100系列新机建立脉动式装配线,将于2016年运行。
我国飞机装配生产的技术水平也在不断提高,自主创新的基础上,紧紧把握世界先进飞机制造技术的发展方向。中航工业西飞建成了国内首条飞机总装脉动式生产线,从立项到最终建成,经历了5年的调研论证与动工建设,2010年5月基本建成并正式投入使用,实现国内飞机制造水平的显著提升;洪都公司目前正开展L15飞机总装脉动生产线的工程项目。脉动装配生产线是国外先进飞机制造企业广泛采用的生产组织模式,是波音、空客等飞机制造商多年的生产经验积累而形成的有效飞机生产方式。
脉动生产线充分展现了技术创新和管理创新的高
度结合,为飞机装配建立了一种全新的生产模式,带动了飞机生产过程的管理创新。
2.2脉动装配生产线的发展趋势
脉动装配生产线很好地继承了汽车移动式生产线的思路,在飞机制造企业实现成功应用并取得了一系列成果经验;因此,其他领域的军工生产企业对脉动装配生产线开始深入研究,在航空工业的多个领域扩展了脉动式装配生产线的应用。主要有以下4个方面的发展:
(1)从飞机向其他产品发展。
波音公司最先尝试把脉动装配线引入到军工产品制造的其他领域。2008年波音为美国军方新一代GPS制造卫星建成了脉动装配线,尽管总共只承担了12颗卫星的制造任务,而仅仅在第4颗星的制造才能用上脉动装配线,但是波音还是在极小批量、极复杂的产品生产中,成功地运用了脉动装配线。法国的斯奈克玛(Snecma)公司改变了传统的继承GE在立式固定机架上“穿糖葫芦”式的总装过程,在2011年实现了CFM56发动机的脉动装配,减少装配周期35%,这条脉动装配线也将用于LEAP发动机的装配。巴布科克国际(Babcock International)是英国仅次于BAE和RR的第三大军工企业,它在生产豺式巡逻车中采用了由12个站位组成的脉动生产线并配有脉动生产管理系统,达到日产1辆的水平。脉动装配线在军工制造领域的广泛应用,彻底打破了航空和复杂军工生产不能采用流水线生产的制约,为发展航空工业的生产力提供了无限的可能。
(2)从总装向部件延伸。
最近两年关于飞机部件装配采用脉动生产线的报道逐渐增多,并且有部件脉动装配线优先于总装配线建设的趋势。如在生产C-17运输机的发动机悬架时,采用脉动装配线减少装配周期20%,降低成本10%。波音787复合材料结构的水平尾翼和垂直尾翼的脉动生产线、空客A350的复合材料机身蒙皮壁板的脉动生产线也陆续投入使用。因为部件采用脉动装配时受企业外部供应链影响较小、易于成功、见效快,也成为近来部件脉动装配生产线发展较快的原因。
(3)从制造向维修延伸。
2003年英国空军和英国宇航BAE引入脉动线使“鹞”式飞机的修理和维护
周转时间减少到75%,节省成本的25%,显著地提高了飞机的出勤率。2005年美国波音公司在进行KC-135运输机的返厂维修中,使用脉动生产线将维修周期减少了18%,从而获得了美国的精益优秀奖。德国汉莎航空于2010年建成CFM/V2500发动机的精益脉动线进行发动机的分解/检修和重装,大修周期从60多天减少到45天。另外英国在维修“阿帕奇”直升机中,也采用了脉动线。航空产品的修理和维护是手工作业最多、不确定性最严重的领域。在飞机和飞机发动机的修理和维护中采用脉动式装配线是航空工业特有的创新。
(4)向自动化、集成化发展。
最近10年航空制造技术,特别是基于MBD模型的数字制造技术有了突破性发展。MBD模型在产品全生命周期的贯彻,简化了制造、测量和检验、 数据采集的过程, 更有利于智能化和自动化设备的利用。现行的脉动装配线的装配过程仍然以手工为主。从汽车生产自动化移植到飞机制造的“集成装配线(Integrated Assembly Line,IAL)”是目前最先进的飞机制造技术。集成装配线IAL实际上就是一种自动化、智能化的脉动装配线。它最大化地使用机器人和自动化设备,为飞机生产提供更加强大的制造和装配能力,实现用手工方法很难达到的严格质量要求,并提供了一个更有效率的装配环境。集成装配线包括自动化的装配工装系统、运输系统和制造系统,对全部设备通过工厂的通讯系统进行集中的和无线的控制。IAL的核心是一组精确制导的自动引导车AGV,它将装配的构件、工具和其他一切必要的准备从一个工作站移动到下一个。2012年4~10月,F-35的大部件分包商诺斯罗普·格鲁门和BAE分别宣布了它们的“集成装配线”开始运行,并开始交付在IAL生产的中机身和后机身部件。2013年F-35的水平尾翼和垂直尾翼的组装也将在IAL上进行。IAL成为美国达到每天生产一架F-35的不可缺少的措施。
3.搭建脉动生产线体系结构
构建脉动生产线流程如图2所示。
3.1工艺流程再造
根据生产线设计要求,对每一个站位的增值时间以8小时的日工作为要求,累加生产准备时间和生产等待时间。划分全线生产节拍后进行全面工艺流程再造,采用平行交叉技术、防差错技术、冗余技术以及数字化测试技术,使总装工艺流 程更加合理。
首先,需要分析飞机脉动生产线装配过程,在确定所属各零组件的装配顺序后调整工作安排,进行装配路径、顺序的调整和优化;对飞机装配周期按照站位加以统一规划,将单一串行作业变为平行交叉作业,重点控制影响飞机装配进度和质量的关键工序;按照节拍运作拉动飞机装配进程,对每个节拍内的工序进行
合理调整、拆分、合并,以减少各专业工序间的影响和等待时间;采用倒排计划总体控制装配时间,合理分配作业时间并尽量采用新工艺方法,同时根据专业特点划分、优化整机装配指令,减少专业间的交叉重复工作。通过上述措施,确保飞机的装配与调试可以有节拍、按节奏地进行生产,减少质量控制重点部位的风险叠加,从而使飞机装配工艺流程更加趋于合理。
3.2.脉动生产线人员配置和管理体制构建
进一步对人员管理与职责划分定位,引入精益化管理模式指导生产,将脉动生产线的人员配置主要划分为生产主管、技术主管、站位长、站位工艺主管、站位操作组长、站位调度主管、站位配送主管。分员定岗完成后,总装厂组织进行再培训。通过检验人员、技术人员对操作工人的培训,使其能够按照装配质量要求进行自检或互检,由此代替检验人员对某些装配工序进行检查。在此之后以培训内容为基础,编制《在总装厂开展自主质量控制》,进一步规范了质量工作的工作流程以及相应的执行要求。
3.3在生产线实施站位配送管理
根据各站位的每道AO(装配指令,Assembly Order)所需,在开工前将零组件、标准件、现场辅助材料等配送到工作现场,开工时工人根据生产需要到现场货架领取,从而减少工人因来回取物件走动带来的浪费。由此,我们在生产线实现了现场开架管理。
脉动生产线项目管理团队以正确指导生产为重点、以精益制造思想为其指导思想的核心。管理团队针对脉动生产线运行的实际情况,落实“三谁”(业务谁主管、质量谁主抓、责任谁承担)责任机制和“三调”(调整组织、调整人员、调整流程)改进机制,以排查各类流程安排问题为前提、以均衡生产为目标建立长效管理机制,从而强化责任意识、增强保证能力。
3.4以ERP系统构建脉动生产线管控拉动式体系建设
脉动生产线进度管理强调的是生产作业计划的重要性,由严密的各级网络计划指导飞机生产,运用先进的脉动生产线管控拉动式体系,并最终满足现行飞机的生产交付。依据公司下达的网络计划要求,总装厂脉动生产线通过分析、归纳实际生产条件,编制出详细的关键工序网络计划和日生产作业计划。生产计划人员参照ERP(企业资源规划,Enterprise Resource Planning)系统中的成品及零件供应情况,制定总装厂装配的生产作业计划。生产作业计划与总装配现场的四站位生产模式相结合,根据不同站位的工序要求,明确飞机生产重要关键工序的节
点,细化至各站位每天的工作计划,对计划派工的日工序进行节点要求。
检验人员根据系统提示的项目完工信息,对该完工项目的质量进行检验,包括装配的检验和工人的实测数据维护情况。检验合格后刷个人的IC卡确认该项目关闭;项目检验不合格则进入质量管理系统进行不合格品处理,并在系统中记录故检表号。在不合格品处理完成后,用户可通过故检表号查询不合格品审理单据。
每架次完工交付后,固化该架次所有AO、AAO(先行装配指令,Advance AO)信息;根据管理文件要求,按照架次进行归档,归档内容主要包括该架次使用的AO信息、AAO信息、AO目录信息、AAO目录信息、质量单据信息等。查询者可以根据机型、架次等关键信息进行查询、导出、刻录光盘,同时也有助于AO的归档、脱机查询。对于已归档的信息,如果发生事后AO修改、产品返修等问题,则在产品交付后需将所有该架次的信息(包括以前归档信息和本次更改信息)重新打包并进行归档。
3.5脉动生产线工作现场实施可视化管理
工作现场各站位配置可视化电子平台,实时显示各站位的工序进展情况,并对各站位的工序完工情况进行实时监控,从而使飞机生产流程符合精益制造和可视化的特点,使工人的操作更加安全、方便和高效。此外,通过可视化电子平台,还可对其他多项信息进行掌握,如:脉动生产线各个站位每月、每周、每天的工作计划安排;各站位装配进展情况报告,包括站位AO的实际执行状态信息,已完成、正在执行和未执行的状态标识,对未按照工作计划完成的AO进行的特殊标识警示;现场质量信息,包括质量问题通报、质量问题隐患和重复故障等内容。由此,整个脉动生产线的进展情况得以直观显示。
4.脉动生产线的关键技术
总装制造中构建脉动生产线需要具备以下关键技术:总装生产价值流分析、生产线系统布置、生产线仿真技术、拉动式生产看板可视化管理技术、单元化生产技术、生产线节拍设计技术、生产线移动及定位技术、物料准时化配送技术、
基于ERP系统的移动生产线信息化管理技术。
4.1价值流分析
4.1.1价值流的涵义
国内外相关学者对价值流进行了界定:
(1)价值流是使一个特定产品(不论是一个商品、一项服务,或两者的结合)通过任何一项活动的三个关键性管理任务时所必须的一组特定活动。这三项活动是:从概念设想,通过细节设计与工程,到投产的全过程中解决问题的任务;从接订单到制定详细进度到送货的全过程中的信息管理任务;从原材料制成最终产品,送到用户手中的物质转化任务。
(2)价值流是对某一特定产品从原材料到成品的全部活动而言,而且是从最终用户(商品或服务的最终用户)的立场寻求整体最佳,是企业运转从开始到结束的多组连续活动,这些活动共同为顾客创造价值。顾客可能是外部顾客,也可能是价值流内部的最终使用者。
(3)价值流是指为了把特定结果送交特定顾客,物资流、信息流、知识流等并行运动所形成的一系列相互衔接的活动。
综上,价值流是以满足顾客需求为前提,对产品从开发设计到营销的整体过程的全部活动进行有效管理的价值增值的活动。
4.1.2价值流的基本内容
价值流的基本内容包含很多方面,按其在企业各环节中的重要性划分为主要价值流和支持价值流。主要价值流就是在企业各环节中占主导地位的价值流,包括生产、营销等;支持价值流是对企业经营起到辅助作用所需的价值流,包括财务、行政人力等。
价值流是产品的基本生产过程所要求的全部活动,它包括三种活动方式: 第一,不增值(Non-Value Adding,NVA):这是纯粹的浪费,它包含那些不能创造用户所能接受的价值,并且可以立即取消的活动;
第二,必要但不增值(Necessary but Non-Value Adding,NNVA):指那些不
创造价值,但是目前产品开发、补充订货、生产系统还需要,因而不能马上取消的活动。为了消除这一类型的浪费需要对现有的运作系统做出较大的改变,这些改动不可能马上实施;
第三,增值(Value-Adding,VA):真正能创造出顾客可以接受的价值的活动。 简单地说,总价值流包括从供应商到制造企业到顾客交付的过程。如一辆汽车的制造,包括从顾客要求到概念设计、产品设计、样车制造、试验、定型、投产到交付后的使用、信息反馈和回收过程。
4.1.3价值流分析的目的
价值流分析目的就是对于某个具体产品和服务的整体价值流进行管理,明确浪费,找到一种合适的路径去消除不增值活动,尽量减少必要但不增值活动,使企业在竞争中取胜。因而,价值流成本控制一方面要从总体上把握各环节之间的连接情况,另一方面要对各个环节上的价值流进行分析,涉及到产品成本形成的各个因素分析,形成成本的动因,通过建议如何将企业的内部核心能力与其所处的外部竞争环境相结合,来确认获得竞争优势所需的潜在资源,从而进行资源的优化配置,进行有效的成本管理。
4.2生产线系统布置
4.2.1生产线系统布置设计
系统布置设计(System Layout Planning简写SLP)是指根据企业的生产纲领及经营策略,在已知的空间场所内,按照从原料的接收、零件的制造、成品的包装、发运等全过程,力争将人员、物料和设备所需要的空间做最恰当的分配和有效的组合,以获得最大的经济效益。系统布置包括工厂车间布置和总体布置。生产线系统布置属于前者范畴。
4.2.2生产线系统布置原则
生产线系统布置受工作流形式的限制,有三种基本形式:工艺原则、产品原则和固定工位布置。
(1)工艺原则布置是一种将相似设备或者功能相近设备集中布置的形式,这种布置形式一般适用于单件生产或多品种小批量的生产。
(2)产品原则布置是一种根据产品制造的步骤布置生产加工设备或工作过程的方式,适用于少品种及大批量的生产方式。
(3)固定工位布置是一种产品固定在一个固定的位置上,人员、物料和所需设备都围绕产品布置的形式,适用于大型设备的制造,如飞机、轮船制造。
生产线系统布置中设备一般沿物流通道两侧布置,通常受生产线长度、场地、建筑外形、工艺流程等方面的影响。多数情况下还受车间入口、出口位置,外部运输条件和车间原有布置的影响。同时还需对未来工厂扩产预留空间。常见的生产线如图3所示。
生产线系统布置设计决定了各作业单位之间的相对位置,也确定了各作业单位所需的空间,包括各生产和非生产性作业。生产性作业的位置取决于生产线的布置规划,非生产性作业取决于物流。
4.3生产线仿真技术
随着计算机图形学和运动仿真学的迅速发展,在机械制造领域,出现了以DEMLIA为代表的“数字工厂”虚拟现实系统,并得到了广泛的应用。通过“数字工厂”,进行产品的装配过程仿真,验证详细装配工艺规程,分析生产线平衡情况,能解决传统装配工艺设计与生产线规划中的现实问题。通过以工艺为中心,针对关键性生产工艺,利用数字化产品模型完成产品工艺的规划和验证,从设计到产品输出形成一套完整数字化制造流程。
利用DELMIA进行装配工艺规划、装配工艺详细设计、装配过程仿真与验证、装配生产线仿真和线平衡分析等工作。
4.3.1装配过程规划与详细设计
在DELMIA提供的虚拟现实环境下完成装配工艺规划和详细工艺设计,主要内容包括:
(1)工艺分离面的划分。划分产品装配工艺分离面,并划分装配工位。
(2)详细工艺设计。在工位划分基础上,依据零件装配工艺模型进行详细的装配工艺过程设计,定义该过程所需要的标准件,在三维数字化环境下确定该装配工艺过程零组件、标准件、成品等装配顺序,明确装配工艺方法、装配步骤,并选定该装配过程所需要的工装、夹具、工具、辅助材料等一系列的制造资源,形成指导生产的装配工艺规程
4.3.2装配工艺仿真与校验
在虚拟现实环境下,对产品实际装配生产过程进行动态模拟,完成工艺仿真与校验工作。
(1)工艺过程仿真与校验。在虚拟的生产环境下按照设计好的工艺流程分别在不同的工位上对产品涉及的所有零、组件进行移动、夹紧和装配等操作,对产品装配顺序、装配路径、工艺装备等装配过程进行场景再现,进行零件与零件、零件与工装干涉检查及空间分析,分析装配过程的合理性、正确性、可达性。
(2)人机工程仿真。通过虚拟的人体模型对装配过程中操作人员的动作、操作空间、操作难易程度进行分析,提前预知实际装配过程中操作者的可操作性、舒适性,以达到预期的装配效果。
4.3.3装配生产线仿真与分析
在虚拟环境下,构建装配生产线,分析并调整生产线平衡。
(1)装配生产线仿真。
在虚拟环境下,建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型,将已经建立的某产品各装配工艺模型和装配型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型导人厂房中,并将操作工人的人机模型加人厂房,按照确定的装配流程进行全面的工艺布局设计。三维工艺布局比传统的二维工艺布局更直观,帮助工艺人员直观
地查看各类工装、工具及设备的位置是否合理,有利于工厂的平面布局工作。
(2)生产线平衡分析。
根据移动生产线的工作原理,进行生产线平衡分析需要计算各工位的作业时间与生产线节拍(CT,cycle time)的关系利用DELMIA系统的以NT图功能,能自动统计各个装配工步、工序的工作总时间,形成各工位的工作时间统计表,根据各工位的工作时间长短,可以直观地查看各工位工时与生产线节拍的关系,工时过长代表能力不足,工时过短代表能力过剩,而不需要手工去计算和分析生产线平衡情况。
(3)生产线线平衡的调整。
根据移动式生产线的特点,生产节拍由最长的工序时间决定,必须要通过调节来实现生产线平衡。通过利用ECRS法则进行生产线平衡调整,即排除(eliminate)不必要的工序,合并(combine)多个工序或同时进行多个工序,重排(rearrange)工序次序,及简化(simplify)工序内容来调节生产线的平衡。在DE-LMIA系统中,通过重新设计工艺过程,或调整各工序、工步的逻辑关系来调整生产线线平衡。首先通过对工步或动作的并行/串行控制,来实现工作时间的调节;其次考虑生产线人员的安排,能力过高的可以适当减少操作人员,能力不足的可以适当增加操作人员;最后还可以通过工序的合理划分,顺序调节各工位的工作量,从而最大程度地实现生产线平衡。
4.4拉动式生产看板可视化管理技术
4.4.1拉动式生产
拉动式生产是实时响应实际需求或消耗,来执行生产指令,一种由下游向上游提出实际生产需求的生产控制方法。具有分散控制,灵活,适应性较强,关注物料的流动等特性。可以通过各种可视化的工具来进行实时管理。
4.4.2拉动式生产及看板管理
研究发现造成生产线混乱的原因不是计划控制的不够,而是控制的人太多了。运用拉动式生产理念,以及看板管理的实现方式就可以有效地规避这些问题。
看板的条件是模块化拉动式生产,模块化拉动式生产的实现方式是使用看板管理。
在看板生产中,系统给每个要员完整的要执行的信息。例如:对于操作工而言,就是生产这些数量的零件;对于物流人员而言,就是传递这些数量物料;依次类推。生产员工变得自治了,物流变得简单明了,而管理调度人员就轻松多了。
4.4.3运用看板管理的主要目的
不会出现传统计划生产中的不足批次的成品。这样大大地方便了物流、运输的压力。或者说,在成品中,只会存在能够直接交付客户的产品,不会存在半成品。
根据实际消费量生产。由于是拉动式的生产,只有客户提货了,才会产成补充的拉力,从而不会受限于不断更改的生产计划。
能够有效地避免供应短缺。
实现生产单元自我管理,工厂的运作是井然有序的。
通常认为只要在生产活动中用到的卡片的管理就是看板管理,其实不然,卡片只是其中的一个因素。应该说,只有那些固定了批次大小、能够自主生产、并且是由客户的需求拉动的生产管理才是看板管理。
4.4.4看板管理相对于传统的生产方式的优势
(1)从质量角度分析看板管理相对于传统的生产方式的优势,具体见表1-1:
(2)从成本角度分析看板管理相对于传统的生产方式的优势,具体见表1-2:
(3)从交付角度分析看板管理相对于传统的生产方式的优势,具体见表1-3:
(4)从员工积极性角度分析看板管理相对于传统的生产方式的优势,具体见表1-4:
4.5单元化生产技术
4.5.1生产单元化的定义
目前,生产单元化生产方式被世界范围内的制造业广泛接受,主要是由于日本电子装配制造业在应用生产单元化上取得了巨大成功。但在学术文献中,生产单元化存在已久。并且根据学者研究侧重点的不同,给出的生产单元化定义也各有偏重,参考目前己有的文献,比较典型的定义如下:
定义1:生产单元化是将工厂的机器按照产品单元进行划分的物理形式上的分组,每个生产单元要能够生产一族需要相似的机器、工具、器具模型及固定装置的零部件,这些零部件可以在一个单元内完成从原材料加工到完工的全部生产过程。
定义2:生产单元化是在一定的生产面积上,按工艺流程的顺序和要求布置一组加工设备完成具有该工艺流程的一类零件族的系列加工过程。是根据具有相同工艺流程的“零件家族”的工艺过程而设计的。
定义3:生产单元化是围绕产品加工过程,将制造产品的设备、控制设备的软件以及使用软件的人进行封装,将制造资源、信息和过程进行集成,形成能够提供制造加工服务的可重构的制造功能体。
定义4:生产单元化是通过简单的自动化,由一个或几个员工完成多个步骤的生产方式。
定义5:生产单元化主要是装配制造业为了从过去的大批量生产向多品种小批量生产转变,经由全面训练的少数精干多能工组成的分散型的生产方式。
定义6:生产单元化就是一种网状的生产车间布置形态,它是取消传送带,没有间隔的手工生产作业方式,最理想的组织形态就是整个生产作业过程都由一位作业员在一个工作台上完成。
实际上,前三种定义与后三种定义有着明显的区别,前三种定义的生产单元化主要围绕着生产单元的机器、设备和生产流程等物理和技术因素,侧重按照成组技术,将设备按功能或工艺布局的方式进行适当调整,这种形式的生产单元化常见于欧美文献研究中,其主要组织形态如图4.1所示,有学者称其为欧美式生产单元化。而后三种定义的生产单元化是以作业者的多能化或全能化为基础,利
用简单的自动化,主要靠人的灵活性来应对市场需求的多变性,常见于日本生产单元化研究和应用中,也有学者称其为日本式生产单元化。这种形式下生产单元化的组织形态有三种,如图4.2所示。
4.5.2生产单元化的特点
在图4.1中,制造企业将一组加工设备按工艺过程的规律和要求进行布置,形成一个“生产单元”。在生产单元内,设备通常被排列为“U”形。对整个生产单元而言,未加工工件由唯一的入口进入生产单元,完成加工后的成品,由唯一的一个出口流出生产单元。欧美式生产单元化的特点主要有:
(1)以成组技术为基础,形成一个封闭、独立的生产单元。
(2)数控机床与非数控机床并存,不盲目追求物料流的自动化。
(3)利用计算机系统将产品设计、工艺设计、作业计划及调度和制造过程有机地联成一体,实现信息流程的自动化。
(4)将过去集中式的生产准备、计划和控制改为分布式,将权力下放给生产单元,责权明确,充分调动了员工的积极性。
图4.2中给出了三种日本式生产单元化组织形态,即根据生产单元在日本的演进过程,从左至右分别是:一人生产方式、分割方式、巡回方式。这三种形态并没有严格意义上的优劣,其具体应用取决于企业的内外部条件,也可依据实际情况组合应用。一人生产方式是指在一个生产单元内,全部生产工序由同一个作业员完成。分割方式是指在一个生产单元内,由若干名作业员分别承担若干个工序。巡回方式则是在一个生产单元内,若干名作业员以大致相同的节奏,按生产流程进行每一道作业工序。
日本式生产单元化的主要特点有:
(1)反“分工理论”。日本式生产单元化一反亚当·斯密的劳动分工论,让作业员工作内容复杂化。
(2)小型化,少人化。一条生产单元化生产线一般只有4~6人。
(3)工位间取消传送带,采用手工搬运或其他简易方法。
(4)作业员由“专能工”向“多能工”转变,在生产单元内进行岗位轮换,培养“一专多能”的员工,以增强人员调配的灵活性。
(5)机械化和自动化水平不高。生产单元化主要是手工作业,为配合手工操作,一般选择自动化程度低的设备,甚至不使用机械设备。
4.6生产线节拍设计技术
自动化生产线的节拍时间指生产线在稳定生产条件下每生产一件产品(或半成品)所需要的时间间隔,而生产效率则为生产线在单位时间内能够生产出来的成品或半成品的数量。一般在描述设备或生产线的生产能力时使用生产效率,描述设备或生产线的生产速度快慢时使用节拍时间。
4.6.1理论节拍时间
由于各台专机的工序操作内容各不相同,工序复杂程度各异,因此各台专机完成工序操作所需要的时间(也就是各专机的节拍时间)也是各不相同的,当某一台专机还未完成工序操作时,即使下一台专机已经完成了工序操作也必须暂停等待,在全部专机中必有一台专机其工序操作时间最长。假设各专机的节拍时间是固定的,输送线连续运行,只要工件没有被阻挡就继续向前输送,工件经过一台专机的装配后直接进入相邻的下一台专机进行装配操作,而且也不考虑送料装置(如振盘)因为零件堵塞而导致的停机现象,则这种自动化装配生产线的节拍时间就等于节拍时间最长的专机的节拍时间,即:
TC=Max.{Tsi}
其中:TC为自动化装配生产线的理论节拍时间,分/件;Tsi为自动化装配生产线中各专机的节拍时间,分/件,i =1,2,3,?,n , n为专机的台数,如果含有人工操作工序则同时包括人工操作工位数量。
4.6.2理论生产效率
自动化装配生产线的生产效率就是指生产线稳定生产条件下在单位时间内能够完成全部装配产品的数量,通常用RC表示,单位:件/小时,理论生产效率为:
Rc=6060=4.6.3实际节拍时间与实际生产效率
因为零件尺寸的误差,自动化装配过程经常会出现送料装置堵塞的现象,一旦出现这种情况,不仅该台专机会暂时停机等待,而且该台专机后方的所有专机都会随后暂时停机,其它机械或电气故障也可能导致停机,这些时间损失会直接降低生产线的生产效率,因此在评估生产线的实际节拍时间及生产效率时需要考虑上述两种因素,并根据使用经验统计出现零件堵塞的平均概率及平均处理时间、机器出现故障的平均概率及平均处理时间,然后分摊到每一个工作循环。实际平均节拍时间及实际平均生产效率分别为:
TP=TC+n×p×Td;RP=TP60
其中:TP为自动化装配生产线的实际平均节拍时间,分/件;TC为自动化装配生产线上耗时最长专机的节拍时间,分/件;n为自动化装配生产线中自动专机的数量;p为自动化装配生产线中每台专机每个节拍的平均停机频率,次/循环;Td为自动化装配生产线每次平均停机时间,分/次;RP为自动化装配生产线的实际平均生产效率,件/小时。
4.6.4自动化装配生产线节拍优化设计方法
自动化装配生产线生产效率越高,分摊到每件产品上的设备成本也就越低,设计不佳的生产线不仅会降低机器的使用效率,还可能会使生产线过于复杂,降低设备的可靠性,因此要想方设法优化生产线的设计。主要可以从以下方面进行优化设计:
(1)提高整条生产线中节拍时间最长专机的生产速度。既然生产线的节拍时间由节拍时间最长的专机决定, 因此为了提高生产线的生产效率,提高节拍时间最长专机的生产速度就是关键的途径,可以考虑采用新的工艺方法、合理设计机器结构,缩短该专机的节拍时间。
(2)尽可能平衡各专机的节拍时间。在设计过程中应该对各专机的工序操作内容合理地进行分配,以尽量缩短各专机节拍时间的差距,不要将过多的工序操作集中在某一台专机上,必要时要将复杂的工序操作分解为多个简单的工序改由多台专机分别完成,这样既可以减少其它专机待料等待的时间,提高生产线利用率,同时也降低了专机的复杂程度,这对于提高设备的可靠性也至关重要。
(3)对生产线进行合理的工序设计。各专机的先后次序及每台专机的工序内容要进行合理分配和优化,优化设计工件在各专机上进行装配操作时的姿态方向,尽可能减少对工件进行姿态换向的次数。
(4)提高装配零件的质量水平。自动化装配对零件的尺寸精度要求更高,否则会经常出现因送料装置堵塞而停机的现象, 降低设备使用效率,因此必须确保零件尺寸精度。
(5)提高专机的可靠性及可维修性。由于生产线上任何一台专机出现故障都会使整条生产线停机,因此提高专机的可靠性实际上比提高生产线的生产效率更
为重要,通过设计及使用管理环节尽可能缩短停机时间和停机次数, 提高可维修性,一旦出现故障也可以减少设备维修占用的时间。
4.7生产线移动及定位技术
当前,工业产品种类繁多,在工业产品的生产过程中,都可能涉及到自动定位。如自动化生产线中要求对各零件快速、准确的安装到位。但目前还有部分加工厂还都采用传统的人工定位方法,此方法存在以下缺点:
(1)长时间定位单一产品,检测工人眼睛容易疲劳,并且容易受情绪的影响,定位结果难以保证;
(2)每个工人对同种被定位准确性的判断标准有轻微的浮动,定位标准不一致,因此很难保证高质量的产品;
(3)人工定位的速度相对很慢,定位准确一个产品就需要很长时间,人工定位无法满足高速生产线的在线定位需求。
随着科技的发展,市场及用户对产品的精密程度和质量的要求越来越高,传统的定位方法已经不能满足用户的需求,因此,行业便相继引进机器视觉技术。 机器视觉技术具备定位功能,能够自动判断物体的位置,并将位置信息通过一定的通讯协议输出。此功能多用于全自动装配和生产,譬如自动组装、自动焊接、自动包装、自动灌装、自动喷涂,多配合自动执行机构(机械手、焊枪、喷嘴等)。 基于机器视觉的视觉定位技术得到了广大加工厂商的普遍关注,全自动视觉定位方法不但克服了传统人工定位方法的缺点,同时也发挥了自己快速准确的优点:
(1)定位精度高,定位结果可靠、稳定;
(2)定位速度快,并且可以长时间工作,可以达到24小时全天运行。 在视觉定位检测系统中,能够准确识别产品的方向和位置是系统的核心。定位检测可分为两个步骤,一是制作标准模板,二是搜索。视觉定位系统采用先进的图像视觉检测技术,实现对高速运动的工业产品进行实时全面的视觉定位分析。当系统配备一台高性能彩色数字摄像机,摄像机采集工业品图像,并将图像数据传送到图像处理系统时,图像处理系统对每幅图像进行匹配搜索,准确定位出产品的位置和方向,控制机械手臂等自动化装备。
4.8物料准时化配送技术
从90年代以来,制造企业的生产模式就己经发生了转变,逐步从大批量少品种向多品种小批量或大规模定制的模式转换,以适应卖方市场向买方市场的转变,企业的管理技术不断创新,如采用JIT、MRP、看板、MRP II。目前,大部分企业还采用ERP系统等来组织企业生产和加强管理,企业之间的竞争己经转变为适应市场需求、客户快速反应、准时供货等方面的竞争。
4.8.1准时化配送概述
准时化配送(JITD)是一种整个供应渠道对生产或者客户需求同步反应的理念。其强调的是时间上的保证,并且具备一般的配送功能。准时化配送有别于库存满足需求的运作理念,目的也是使得企业能在适当的地点、适当的时间获取适当的物料。在准时化配送理念下,计划的整体效果就是实现与需求协调一致的产品流动。尽管与以库存供应的理念相比,准时化配送理念管理需要付出更多的精力,但是由此带来的好处是能够在供应链运转过程中保持最低的库存,降低成本及提高服务水平。而准时化配送系统是以物资材料为工作对象以完成物资材料准时化的实体流动为目的的有机结合体。在原理上准时化配送系统和一般系统一样具有输入、转换、输出和信息反馈等几大功能包括准时化的配送信息处理、配送技术措施、配送设施设备、配送活动实施等,还有最重要的一项内容即整个配送系统及活动的准时化管理。
4.8.2准时化配送的功能
配送的作用在于的需求和时间计划,“化整为零”和“化零为整”,准时化配送则是按照生产按时、按质、按量送到正确的生产线,相应的配送人员在物流据点进行分拣、加工含了所有的物流功能要素配货等作业后,将其送到对应的生产线,它几乎包准时化配送主要有五大功能要素(图5):
(1)订单处理。配送作业开始于用户的需求和需求发出,接收用户订单后,相关部门查询出货目的(管理用料、生产用料等)和库存状况、装卸货能力、配送负荷等情况,设计满足用户需求的配送操作。当部门受到约束而无法按客户要求交货时,相关配送部门需进行协调。为了保证配送的及时性,需要对用户的订单处理速度快速,并有一定的库存,一定的配送资源,保证生产线的顺利运行,生产不中断。
(2)库存管理。库存管理作业包括仓库管理及库存控制,准时化配送要求有一定量的库存,但是库存量要达到最小,仓库区管理包括商品在仓库区域内的摆放方式、仓位分布等规划;商品进出仓库方式的制定(先进先出或后进先出等);物料所需的搬运工具、搬运方式;仓储区货位的调整或变动。库存控制则需按照商品出库数量、入库所需时间等来制定采购数量及采购时间,并做采购时间预警系统,制定库存盘点方法,定期负责打印盘点清单,并根据盘点清单内容清查库存数、修正库存数量并制作盘查、盘亏报表。库存管理是保证准时化配送的要素之一,同时也是准时化配送单的一大功能要素。
(3)补货及拣货。这一功能主要是为了满足用户对物料的不同类型、不同规格、不同数量的需求,企业必须有效分拣货物,并计划出货配送,统计用户订单即可知道物料的真正需求量。在出库时,当库存数满足出货需求量时,即可根据需求数量打印出库单及拣货作业指示,进行拣货区域的规划布置、
工具及人员调
派。同时拣货作业还需要补充拣货上架,及时补充库存,以确保有足够物料保证生产,这包括补货量及补货时间的制定、补货作业的调度、补货人员的调派。
(4)出货作业。出货作业又可称为理货,完成拣货后,就可对物料进行理货,理货包括根据用户下单情况打印出货配送单,制订出货调度,确定出货批次,出货物料上所需生产线标签,由调度人员决定集货方式,选用集货工具,调派集货人员,并决定转运车辆和托盘的大小与数量。由仓库管理人员确定出货区域的规划布置及出货物料的摆放方式。
(5)配送作业。这里的配送作业,则是按照生产线要求将物料用之前配好的物料、规划好的车辆和运输路线准时送到相应的生产线,进行实际的送货,并在配送途中进行物料的跟踪、控制及配送途中意外情况的处理,最后在生产线进行相应的物料交转作业。
4.9基于ERP系统的移动生产线信息化管理技术
4.9.1 ERP系统介绍
20世纪90年代以来,随着技术进步及其不断向生产与库存控制方面的渗透,解决合理库存与生产控制问题所需要处理的大量信息和企业资源管理的复杂化,要求信息处理的效率高。传统的人工管理方式难以适应以上系统,这时只能依靠计算机系统来实现。而月信息的集成度要求扩大到全业的整个资源的利用和管理,因此产生了新一代的管理理论与计算机系统——企业资源计划ERP。ERP是建立在信息技术基础上,利用现代企业的先进管理思想,为企业提供决策、计划、控制与经营业绩评估的全方位、系统化的管理平台。
ERP系统集信息技术与先进的管理思想于一身,成为现代企业的运行模式,反映时代对企业理调配资源,最大化地创造社会财富的要求,成为企业在信息时代生存、发展的基石。进而,可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定义:
(1)Gartcr Group.lnc提出的一整套企业管理系统体系标准,其实质是在在MRPII基础上进一步发展而成的面向供应链的管理思想;
(2)综合应用了Client/Server体系、关系数据库结构、面向对象技术、图形
用户界面、第四代语言(4GL)、网络通讯等信息产业成果,以ERP管理思想为灵魂的软件产品;
(3)整合了企业管理理念、业务流程、出勤数据、人力物力、计算机硬和软件于一体的企业资源管理系统。
4.9.2 ERP的作用以及与信息技术发展的关系
(1)厂房、生产线、加工设备、检测设备、运输工具等是企业的硬件资源,人力、管理、信誉、融资能力、组织结构、员工的劳动热情等是企业的软件资源。企业运行发展中,这些资源相互作用,形成企业进行生产活动、完成客户订单、创造社会财富、实现企业价值的基础,反映企业在竞争发展中的地位。ERP系统的管理对象便是上述各种资源及生产要素,通过ERP的使用,能使企业的生产过程能及时、高质地完成客户的订单,最大程度地发挥这些资源的作用,并根据客户订单及生产状况做出调整资源的决策。
(2)企业发展的重要标志便是能够合理调整和运用上述的资源。在没有ERP这样的现代化管理工具时,企业资源状况及调整方向不清楚,要做调整安排是相当困难的,调整过程相当漫长,企业的组织结构只能是金字塔形的,部门间的协作交流相对较弱,资源的运行难于比较把握,并做出调整。信息技术的发展,特别是针对企业资源进行管理而设计的ERP系统正是针对这些问题设计的,成功推行的结果使企业能更好地运用资源。
(3)计算机技术特别是数据库技术的发展为企业建立管理信息系统,甚至对改变管理思想起着不可估量的作用。实践证明信息技术已在企业的管理层面扮演越来越重要的角色。
范文五:脉动生产线让歼
??
近期,关于脉动生产线能大幅提升战机年产量的话题变得十分热门,很多文章还锦上添花,说什么脉动生产线能让歼-20和F-35这类隐身战机的年产量一下子提升到360架,几乎每天一架。
脉动生产线真的有这么大的生产能力吗?
要回答这个问题,我们还是先搞清楚脉动生产线到底是个什么玩意。
打开网易新闻 查看更多精彩图片 >
F-35脉动式生产线,每一个工位负责只负责特定的安装任务,生产形成流水线
随着飞机需求量的增长和研制任务增多,传统的机库式(停车场式)飞机装配模式已无法适应要求,各国对飞机装配生产线作了很多研究——先进的飞机脉动装配生产线应运而生。脉动装配生产线(Pulse Assembly Lines)起源于福特公司的移动式汽车生产线,是连续移动装配生产线的过渡阶段,不同的是脉动装配生产线可以设定缓冲时间,对生产节拍要求不高,当生产某个环节出现问题时,整个生产线可以不移动,或留给下个站位去解决,当飞机的装配工作全部完成时,生产线就脉动一次。整条生产线由4部分组成:脉动主体、物流供给系统、可视化管理系统、技术支持。
脉动主体——站位设施、对接定位设备、可移动的装配设备等。物流供给系统——AGV车、完备的配套和配送系统。可视化管理系统——现场可视化系统、ERP与MES无缝融合的信息管理系统、工作现场的固定和移动终端。技术支持——质量保障、生产现场问题应急处理。
脉动装配生产线改变了传统的装配模式,有其独特的优势:首先,由于整条生产线分工明确细致,工作量单一重复,生产效率比较高;其次,生产线上配备了专业的自动化设备和先进的供给线,自动化程度高;最后,装配线过程流畅,不会产生挤压或脱节。但是单一、重复及固定的生产模式无法有效适应需求多变、机型多、产量少的飞机生产现状。我国主要航空制造企业,在最近十年间,先后建立了脉动生产线。目前,成飞、西飞、洪都、沈飞、陕飞和贵航等生产单位都拥有了自己的脉动生产线,有的单位还拥有不止一条。
脉动生产线生产效率高,但也只是生产飞机机体结构,飞机一年的产量,主要并不取决于机体结构的产量。事实上,每条脉动生产线一般都可以满足一天一架飞机的机体结构的生产任务,从生产“飞机壳子”这个角度来说,一年生产360套歼-20“壳子”不是梦想。但是很不幸,飞机必须装上机载设备才能称之为飞机,发动机和航电设备不装,就无法使用。问题出现了,发动机产量能跟上来么?我国规模最大的生产航空发动机的黎明厂,一年在有限加班(每天晚饭后加班2小时左右,周末只休一天)情况下生产太行、昆仑发动机,各可达到百余台。如果充分动员,召回退休熟练工,每天三班倒,产量也不过增加一倍或一倍多一点。这个数量根本不够歼-20的“壳子”用——1架两台共需至少720台发动机,更何况歼-11和歼-10也需要太行发动机啊!而我国其他发动机厂如红旗厂是生产秦岭发动机和舰用燃气轮机的,黎阳厂则生产中等推力的天山和泰山涡扇发动机,并不生产太行这个级别的。
同样,作为航电系统的核心,当代机载有源相控阵雷达的生产也充满挑战,一年提供360套成品,即便是亚洲第一世界前三的电子所南京14所,也只能徒呼奈何!而38所等单位则不生产同类产品,所以航电设备同样产能缺口极大。于是乎,梦想很美,现实很残酷……
中航于2010年5月28日在中国建立了第一条飞机整体装配脉动式生产线——“飞豹”飞机生产线,目前,中国的歼-10、歼轰-7和“猎鹰”高教机等军民用飞机已经全面采用了这种新生产模式,大大提高了生产效率。图为美国F-35脉动式生产线
美国的脉动生产线如F-35“肥电”线,做“壳子”的话三天两架的设计指标不难完成,但通用和普惠以现有状态做不了那么多发动机,机载雷达的话最好先把雷神公司扩张,否则,那么多嗷嗷待哺的三代机和新型机F-35的壳子,也是无语泪先流……
????
转载请注明出处范文大全网 » 基于脉动式生产线的cubes