民用飛機制造項目生產(chǎn)批次規(guī)劃方法

黃垚翀

0 前言

新研民用飛機型號完成適航取證后，其制造項目由研制階段的單機生產(chǎn)向小批量生產(chǎn)過渡，尚不穩(wěn)定的生產(chǎn)線急需打通瓶頸、擴大產(chǎn)能、提升速率。在該階段初期，需要開展生產(chǎn)批次規(guī)劃，為生產(chǎn)主進度規(guī)劃以及生產(chǎn)能力提升規(guī)劃提供方向指引，從而為后續(xù)大批量生產(chǎn)做好準(zhǔn)備，待條件成熟時能夠快速形成產(chǎn)能。

正確選擇生產(chǎn)批量大小和合理確定批量的生產(chǎn)節(jié)拍，對提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)成本十分重要。批量投產(chǎn)可降低訂貨次數(shù)和采購成本，減少工裝設(shè)備的調(diào)整時間；但批量過大也會造成原材料、半成品存儲量過多，難以及時消化，從而增加資金和庫房占用，影響經(jīng)濟效益的提高[1]。本文根據(jù)某型國產(chǎn)民用飛機的實際生產(chǎn)周期以及小批量生產(chǎn)階段特點，建立較為合理的生產(chǎn)批次規(guī)劃方法。

1 研究方法和假設(shè)條件

1.1 研究方法

（1）根據(jù)某型國產(chǎn)民用飛機的部總裝流程，對生產(chǎn)線進行生產(chǎn)能力評估測算，得出產(chǎn)能評估結(jié)果，識別生產(chǎn)線的瓶頸工位。

（2）根據(jù)該型號已完工飛機的生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)，使用一定的估算方法給出各工位特別是瓶頸工位的基礎(chǔ)周期。

（3）使用生產(chǎn)熟練曲線來近似計算飛機年生產(chǎn)量的變化趨勢，以此確定飛機在生產(chǎn)至不同架份數(shù)時的生產(chǎn)節(jié)拍。

（4）多次迭代得出生產(chǎn)批次劃分結(jié)果。

（5）將規(guī)劃的生產(chǎn)批次工位周期與實際生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)進行對比驗證，得出研究結(jié)論。

1.2 假設(shè)條件

（1）假設(shè)該型飛機在生產(chǎn)至第20架前，生產(chǎn)節(jié)拍基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，第20架后具備提速條件。

（2）假設(shè)該型飛機在第20架及后續(xù)架份的年生產(chǎn)量變化趨勢符合生產(chǎn)熟練曲線。

2 產(chǎn)能評估與工位周期估算

某國產(chǎn)民用飛機部總裝工位流程如下圖1所示。

統(tǒng)計該型號已完工飛機的生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)。考慮到第1-4架飛機為試飛飛機，與批產(chǎn)飛機構(gòu)型差異較大，其工位周期數(shù)據(jù)不宜納入估算參考范圍；而第5、6架飛機為該型號進入小批生產(chǎn)的初始架份，適航管控方式發(fā)生變化，生產(chǎn)線重新適應(yīng)導(dǎo)致生產(chǎn)周期躍升，也不具備參考價值。因此，本文使用計劃評審技術(shù)（PERT）中的活動時間三點估算方法[2]，采用第7、8、9架飛機的工位周期作為三點估算的輸入，有下式關(guān)系：

式中，TBASE為基準(zhǔn)工位周期，Tmin、Tmid、Tmax分別為三點估算輸入中的最小值、中間值、最大值，單位均為日歷日。

圖1部總裝工位流程

并對各工位的生產(chǎn)能力進行評估與測算，得出各工位的生產(chǎn)能力以及基準(zhǔn)工位周期如表1所示。

可見，整機產(chǎn)能為3.69架/年，最主要瓶頸工位為部裝階段200工位；總裝階段瓶頸工位為150和140工位，產(chǎn)能均為4.4架/年。

3 生產(chǎn)節(jié)拍和批次劃分

按照熟練曲線理論，生產(chǎn)熟練程度對生產(chǎn)周期影響的計算公式為：

式中，TBASE為小批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)工時，本文中即為基準(zhǔn)工位周期；X為生產(chǎn)數(shù)量；S為生產(chǎn)熟練系數(shù)；Y為生產(chǎn)X數(shù)量產(chǎn)品的工時，即生產(chǎn)節(jié)拍。

航空業(yè)熟練系數(shù)S的取值范圍一般為0.8至0.92，以下計算相對保守取值為0.88。由公式（2）可看出，隨著產(chǎn)品數(shù)量的增加，速率提升趨于平緩。

設(shè)定第15-19架為穩(wěn)定批，并以當(dāng)前瓶頸工位（200工位）周期60天作為首批生產(chǎn)節(jié)拍，即穩(wěn)定批生產(chǎn)節(jié)拍為60天/架，則速率可達到6架/年。

隨后逐步提速，逐步加大批次內(nèi)數(shù)量跨度，逐步放緩速率提升幅度（以符合熟練曲線遞減趨勢），每批次間最大增幅不超過50%，分5個批次進行速率提升，經(jīng)過迭代計算，得出結(jié)果如表2所示。

節(jié)拍隨架份變化示意如圖2所示。

按照批次劃分安排，結(jié)合各工位工裝數(shù)量配置和生產(chǎn)線平衡的需要，對部分工位進行周期調(diào)整和工裝投入后，形成工位周期分批規(guī)劃如表3所示。

圖2生產(chǎn)節(jié)拍隨架次變化示意圖

4 驗證分析

選取第0批（穩(wěn)定批115-119架）、第1批（119-125架）飛機的關(guān)鍵工位實際周期與批次規(guī)劃時所估算的工位周期進行對比，如表4所示。

對比分析可得：

（1）關(guān)鍵工位的實際平均周期大部分（特別是200工位）略高于對應(yīng)批次的規(guī)劃周期，個別工位（211、213工位）因兩班制趕工、保留部分工作至下游工位等原因，實際平均周期低于規(guī)劃周期。

（2）對于單個工位，221、212、200工位的批次提速效果最為明顯，第2批次較第1批次的實際平均周期出現(xiàn)大幅下降。

綜上，偏差總體可控，第1、2批次的飛機生產(chǎn)周期基本符合批次規(guī)劃的生產(chǎn)節(jié)拍要求，說明規(guī)劃結(jié)果是可行有效且科學(xué)準(zhǔn)確的。

表1工位工裝資源產(chǎn)能測算結(jié)果

5 結(jié)論

本文建立的民機生產(chǎn)批次規(guī)劃方法是在熟練曲線理論基礎(chǔ)上開展的，以生產(chǎn)節(jié)拍的漸進下降為核心。該方法在實際應(yīng)用中可行有效，并經(jīng)過實際對比驗證，規(guī)劃結(jié)果基本準(zhǔn)確有效，可為生產(chǎn)主進度規(guī)劃以及生產(chǎn)能力提升規(guī)劃提供方向指引。

該方法也存在局限性，規(guī)劃過程建立在靜態(tài)的生產(chǎn)資源數(shù)量上，沒有考慮未來生產(chǎn)資源的持續(xù)擴大和補充；也沒有參照外部市場需求變化預(yù)測，客觀上存在生產(chǎn)過剩的風(fēng)險。

表2批次劃分計算結(jié)果

表3批次工位周期規(guī)劃

表4關(guān)鍵工位周期對比驗證