民機裝配排產(chǎn)規(guī)則及求解方法研究

米雷雨

（中國商飛上海飛機制造有限公司，上海 201324）

1 民機裝配排產(chǎn)現(xiàn)狀及意義簡介

民機裝配具備復(fù)雜度高、周期久、制約條件多等特點，裝配管控是民機制造過程管理的重點及難點，實行科學有效的排產(chǎn)可有效提升民機裝配的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)能力，更有效開展生產(chǎn)資源有效調(diào)度分配。

民機裝配屬于典型的復(fù)雜產(chǎn)品制造過程，具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配層次多、涉及資源廣泛、約束變化快等特點，進一步增加了排產(chǎn)難度。目前的裝配排產(chǎn)過程存在管理過程不規(guī)范、經(jīng)驗性判斷多、生產(chǎn)擾動事件頻繁、排產(chǎn)效率低等問題。我國的民機制造業(yè)起步晚，生產(chǎn)管控水平與波音等國外民機制造商有較大差距，目前排產(chǎn)研究多是基于成熟的機械產(chǎn)品，如汽車等其他離散制造業(yè)，有關(guān)民機裝配特點相關(guān)的排產(chǎn)研究比較匱乏，因此亟需基于民機裝配特征開展排產(chǎn)研究。

本文針對民用飛機裝配排產(chǎn)過程，系統(tǒng)分析裝配所需生產(chǎn)資源及裝配排產(chǎn)規(guī)則，列舉排產(chǎn)過程常用的求解方法，形成裝配排產(chǎn)結(jié)果，較經(jīng)驗規(guī)則排產(chǎn)方式更科學有效，更易于實現(xiàn)裝配現(xiàn)場系統(tǒng)的有序、動態(tài)、柔性的動態(tài)調(diào)度。民機裝配過程排產(chǎn)規(guī)則研究及實現(xiàn)過程步驟如圖1 所示。

圖1 民機裝配排產(chǎn)規(guī)則研究過程步驟

本文將按照圖1 中的步驟進行描述，第1 部分展示步驟1 ～2，第2 部分展示步驟3 ～6。

2 民機裝配排產(chǎn)規(guī)則及過程

2.1 分析民機裝配過程，繪制裝配流程圖

采用網(wǎng)絡(luò)圖，并考慮裝配顆粒度區(qū)分，繪制民機裝配工藝流程圖（圖2），飛機裝配過程分為零組件、部段、部裝、總裝等制造階段，零組件制造多以工單形式體現(xiàn)，部段、部裝、總裝制造過程包括工位、站位、工單形式，工單、站位、工位為飛機裝配單元的由細到粗的表示。

圖2 民機裝配流程簡介

2.2 梳理民機裝配排產(chǎn)規(guī)則

憑借經(jīng)驗的人工手動計劃排程方式有考慮因素不足、容易受計劃人員經(jīng)驗水平影響、實時性差等缺點，需根據(jù)民機裝配特點系統(tǒng)梳理排產(chǎn)約束條件及規(guī)則，利于使用更全面的要素開展裝配排產(chǎn)過程、提高排產(chǎn)標準化程度及后續(xù)使用計算機排產(chǎn)提供設(shè)計依據(jù)。民機裝配排產(chǎn)過程常用規(guī)則總覽如圖3 所示。

圖3 民機裝配排產(chǎn)規(guī)則總覽

民機裝配排產(chǎn)規(guī)則1：民機裝配工藝流程（裝配工作單元執(zhí)行順序及關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖）；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則2：不同時段下生產(chǎn)訂單（產(chǎn)量）要求；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則3：排產(chǎn)時段（開始時間、結(jié)束時間）；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則4：有效日歷日，設(shè)置工作日、法定節(jié)假日、周末、班制工作時間等；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則5：生產(chǎn)線的啟用時間及數(shù)量；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則6：民機裝配工作單元的工作周期；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則7：民機裝配工作型架等工裝檢驗周期及形式（按架次/按周期等）；民機裝配排產(chǎn)規(guī)則8：其他裝配排產(chǎn)優(yōu)化目標（2.1 中詳述）。

3 民機裝配排產(chǎn)常用求解方法及結(jié)果簡介

3.1 常用的排產(chǎn)優(yōu)化目標及求解方法

民機裝配線屬于復(fù)雜裝配線，復(fù)雜裝配線涉及工序多、關(guān)系復(fù)雜，所需生產(chǎn)資源廣泛，僅依靠排產(chǎn)者手動安排，有工作任務(wù)量大、錯誤率高、應(yīng)變能力差的缺點，裝配生產(chǎn)實踐更需要計算機求解方法與人工經(jīng)驗排產(chǎn)方法相結(jié)合形成裝配排產(chǎn)結(jié)果，最終按照排產(chǎn)結(jié)果組織裝配過程，提升裝配及工作效率。采用計算機輔助求解需先提取經(jīng)驗排產(chǎn)過程的標準化要素，可參考排產(chǎn)問題主要優(yōu)化目標及適用的求解方法相關(guān)理論知識，具體如下文所示。

3.1.1 常用的排產(chǎn)優(yōu)化目標

（1）以實現(xiàn)裝配生產(chǎn)訂單要求為優(yōu)化目標。裝配生產(chǎn)訂單要求主要包括裝配飛機數(shù)量、總裝完成時間、交付時間等信息。

（2）以控制裝配生產(chǎn)成本為優(yōu)化目標。裝配生產(chǎn)成本主要有物料成本、設(shè)備維護成本、人力成本等，是基于現(xiàn)有生產(chǎn)資源配備條件下實現(xiàn)的排產(chǎn)計劃。

（3）以滿足裝配生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)能力為優(yōu)化目標。裝配過程生產(chǎn)設(shè)備主要包括生產(chǎn)型架、定檢器、加工設(shè)備等，需要考慮的信息主要有生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)出的產(chǎn)品數(shù)量、機器維護信息等。

（4）以優(yōu)化裝配工藝路線為優(yōu)化目標。裝配工藝路線信息主要包括裝配工藝順序、裝配周期等，須系統(tǒng)分析優(yōu)化各裝配單元存在的強關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（5）以優(yōu)化裝配生產(chǎn)系統(tǒng)指標為優(yōu)化目標。生產(chǎn)系統(tǒng)運作指標主要包括裝配總周期最短、延遲交付時間最短、生產(chǎn)總成本最低等。

3.1.2 常用的排產(chǎn)模型求解方法

（1）數(shù)學求解法。主要包括數(shù)學規(guī)劃(線性、非線性、整數(shù)等)、證明求解等方法，具有全局性好、運用方管的優(yōu)點，適用于有確定精確結(jié)果的排產(chǎn)問題，而且存在改變輸入變量可能導(dǎo)致無法求得最佳解的情況，需輔助靈敏度分析方法分析動態(tài)變量變化時對最優(yōu)解的影響。

（2）人工智能求解法。多借助計算機工具采用遺傳、模擬退火、禁忌搜索等優(yōu)化算法求解排產(chǎn)問題的方法。較人工經(jīng)驗排產(chǎn)，借助計算機可有效快速處理大量數(shù)據(jù)，有應(yīng)變能力強、標準化程度高的優(yōu)點，但單純計算機求解結(jié)果難以直接應(yīng)用實踐，需參考人工排產(chǎn)經(jīng)驗，對輸入?yún)?shù)按需調(diào)整。

（3）啟發(fā)式方法。主要針對無法得出直接得出最優(yōu)解的復(fù)雜排產(chǎn)模型，是可結(jié)合人工經(jīng)驗重構(gòu)的求解方法，常用于解決NP-hard 問題，得出近似最優(yōu)解。

3.2 民機裝配排產(chǎn)求解結(jié)果

依據(jù)3.1 中優(yōu)化目標及方法得出民機裝配生產(chǎn)計劃，并依據(jù)裝配計劃排產(chǎn)結(jié)果開展生產(chǎn)資源（物料、人員、文件等）進行協(xié)調(diào)分配，具體如圖4 所示。使用人工經(jīng)驗為主的生產(chǎn)調(diào)度排產(chǎn)存在可視化度差、執(zhí)行效率低、遺漏要素多等缺點，提前將排產(chǎn)約束規(guī)則融入生產(chǎn)計劃制定過程，將使計劃執(zhí)行的可操作性增加，并由裝配計劃拉動生產(chǎn)資源準備計劃，更有利于使各生產(chǎn)資源準備提前于裝配計劃開展前完成，結(jié)合裝配工藝流程及網(wǎng)絡(luò)圖可進一步增強可視化管理，提升原有人工經(jīng)驗?zāi)Ｊ较碌纳a(chǎn)準備工作效率，減少由于生產(chǎn)資源準備不及時造成的停工現(xiàn)象。

圖4 民機裝配排產(chǎn)結(jié)果拉動生產(chǎn)資源準備示意圖

3.3 生產(chǎn)擾動事件對裝配排產(chǎn)的影響

依據(jù)3.1 及3.2 得出的民機裝配排產(chǎn)結(jié)果后，實※※際裝配執(zhí)行過程可能不可避免地遇到各類擾動事件，干擾裝配計劃的正常開展，導(dǎo)致未能按照排產(chǎn)結(jié)果按時完成。常見的民機裝配排產(chǎn)過程的生產(chǎn)擾動事件如表1 所示。

表1 常見的影響民機裝配排產(chǎn)的生產(chǎn)擾動事件

復(fù)雜裝配過程存在多種生產(chǎn)擾動事件，影響裝配生產(chǎn)的按計劃執(zhí)行，生產(chǎn)擾動事件對裝配生產(chǎn)造成影響后，需按照其對排產(chǎn)計劃的影響對排產(chǎn)結(jié)果進行重新調(diào)整以適應(yīng)裝配生產(chǎn)過程的變化，相關(guān)生產(chǎn)資源準備工作也需要順應(yīng)實施重調(diào)度策略。

4 結(jié)語

本文考慮到民機裝配排產(chǎn)過程中依賴人工經(jīng)驗、排產(chǎn)規(guī)則不系統(tǒng)、裝配插單多、計劃制定效率低等問題，同時為了提高民機裝配排產(chǎn)研究方面的系統(tǒng)性，開展民機裝配排產(chǎn)規(guī)則的研究及應(yīng)用。本文首先繪制民機裝配工藝流程的網(wǎng)絡(luò)圖，然后考慮民機裝配過程的特征系統(tǒng)分析裝配排產(chǎn)規(guī)則，然后梳理裝配排產(chǎn)模型常用的優(yōu)化目標、求解方法及特點，并分析常見的對排產(chǎn)有影響的生產(chǎn)擾動因素，在系統(tǒng)考慮排產(chǎn)規(guī)則約束及擾動因素下的裝配排產(chǎn)結(jié)果，與單純經(jīng)驗排產(chǎn)方式相比，可提高計劃的可操作性，同時還可拉動生產(chǎn)資源的準備，最終實現(xiàn)裝配生產(chǎn)資源的合理調(diào)度及分配的目標。