機柜脈動式柔性裝調(diào)生產(chǎn)線技術(shù)研究

摘" 要：隨著脈動裝配生產(chǎn)線在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對產(chǎn)品的部裝、總裝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)周期壓縮、產(chǎn)能提升方面作用顯著。該文針對航天裝備機柜產(chǎn)品任務(wù)特點，結(jié)合現(xiàn)有工藝布局，對生產(chǎn)單元進行優(yōu)化配置。通過生產(chǎn)計劃系統(tǒng)構(gòu)建、關(guān)鍵裝備設(shè)計，對機柜脈動式柔性裝調(diào)生產(chǎn)線技術(shù)開展研究，縮短生產(chǎn)作業(yè)周期。

關(guān)鍵詞：機柜；動態(tài)調(diào)度；工藝布局；脈動式生產(chǎn)線；航天裝備

中圖分類號：V465" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0180-04

Abstract： With the widespread application of pulsating assembly production lines in the aerospace field， they have a significant role in reducing the production cycle and improving production capacity in the partial assembly and final assembly processes of products. This paper optimizes the configuration of production units based on the mission characteristics of aerospace equipment cabinet products and combines the existing process layout. Through the construction of a production planning system and the design of key equipment， research was carried out on the technology of a pulse flexible assembly and adjustment production line for cabinets to shorten the production operation cycle.

Keywords： cabinet; dynamic scheduling; process layout; pulsating production line; aerospace equipment

航天裝備機柜產(chǎn)品有著顯著的多品種、小批量特點，部分機柜相似度高，差異性小。首條脈動式裝配生產(chǎn)線由波音飛機公司建立，脈動式生產(chǎn)線是使產(chǎn)品以固有的節(jié)拍移動，操作人員則在固定區(qū)域進行裝配作業(yè)。通過對現(xiàn)有生產(chǎn)資源的合理規(guī)劃和整合，有效地提高飛機總裝裝配效率、改善產(chǎn)品裝配質(zhì)量，并能降低工人勞動強度、改善裝配現(xiàn)場操作環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品低成本、高質(zhì)量和快速響應(yīng)制造的高效生產(chǎn)流程。我國自西飛建成國內(nèi)首條飛機脈動式生產(chǎn)線取得顯著效果后，航空航天等各領(lǐng)域均積極引進脈動式生產(chǎn)線。

面向航天裝備領(lǐng)域多品種、小批量并行生產(chǎn)的任務(wù)特點，有必要開展脈動式柔性生產(chǎn)線研究，通過共用生產(chǎn)單元及專用生產(chǎn)單元的柔性配置，合理調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)適應(yīng)任務(wù)特點的柔性脈動式裝調(diào)生產(chǎn)。

目前國內(nèi)大量學(xué)者對工藝布局、脈動式生產(chǎn)線、柔性生產(chǎn)線進行了諸多研究，吳偉偉等[1]開展了微波組件生產(chǎn)線工藝布局優(yōu)化研究，鄢泳等[2]開展了載運車總裝脈動式柔性生產(chǎn)線研究，其他學(xué)者[3-8]開展了飛機相關(guān)起落架、發(fā)動機、總裝等脈動生產(chǎn)線規(guī)劃及技術(shù)研究。但航天裝備制造業(yè)內(nèi)相關(guān)脈動式生產(chǎn)線研究相對較少，本文以電氣機柜產(chǎn)品的項目需求為前提，結(jié)合不同典型機柜特點，開展多種機柜裝配、調(diào)試的脈動式柔性裝調(diào)技術(shù)研究。

另一方面，裝調(diào)生產(chǎn)模式關(guān)系到產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、進度、硬件成本等指標(biāo)。需開展脈動式柔性生產(chǎn)線成本與實際產(chǎn)生效益評估分析，作為機柜產(chǎn)品的生產(chǎn)模式?jīng)Q策的依據(jù)。因此本文的研究具有深刻的意義。

1" 機柜裝調(diào)工藝布局

1.1" 裝調(diào)現(xiàn)有生產(chǎn)模式現(xiàn)狀分析

除商業(yè)航天領(lǐng)域，航天制造生產(chǎn)模式仍是典型的面向訂單任務(wù)式制造業(yè)，現(xiàn)有生產(chǎn)模式下的工藝布局往往同時承擔(dān)研制、批產(chǎn)并行的生產(chǎn)任務(wù)。隨著航天事業(yè)發(fā)展，批產(chǎn)任務(wù)的不固定性、不連續(xù)性、研制任務(wù)的短周期性，以及生產(chǎn)過程物資供應(yīng)不齊套的高風(fēng)險性，均對生產(chǎn)線的平衡能力、峰值產(chǎn)能提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

當(dāng)前生產(chǎn)過程物資短缺時有發(fā)生，元器件、外協(xié)件等物資配套，普遍存在采購周期長、交付節(jié)點不穩(wěn)定的現(xiàn)狀。任務(wù)的生產(chǎn)節(jié)拍與投產(chǎn)計劃不匹配，現(xiàn)有的生產(chǎn)模式、工藝布局難以適應(yīng)航天制造業(yè)內(nèi)外部環(huán)境發(fā)展變化的要求。因此，對傳統(tǒng)生產(chǎn)模式、工藝布局進行優(yōu)化，提高柔性生產(chǎn)能力、動態(tài)調(diào)度有限資源，提高生產(chǎn)線平衡能力，實現(xiàn)精益化生產(chǎn)管理具有重要意義。

1.2" 工藝布局現(xiàn)狀

原有電氣機柜按照典型產(chǎn)品分類，主要包括管理機柜、供配電機柜、執(zhí)行機柜3種，工藝布局主要以生產(chǎn)區(qū)域布局形成相對獨立的典型產(chǎn)品生產(chǎn)單元，根據(jù)典型產(chǎn)品主要工藝流程的生產(chǎn)節(jié)拍配置工位。該工藝布局的生產(chǎn)模式下，各典型機柜生產(chǎn)周期總體可控，總裝瓶頸為物料配套，無需考量動態(tài)排產(chǎn)優(yōu)化等因素。在任務(wù)量增長、場地資源趨于飽和時，則弊端突顯，各典型機柜通用工裝、人員、工具和測試設(shè)備等需要在不同生產(chǎn)單元周轉(zhuǎn)或增加配置，生產(chǎn)資源利用率較低，生產(chǎn)效率無法進一步提升，質(zhì)量問題頻出，生產(chǎn)成本居高不下。

電氣機柜總裝測試的典型工藝流程通常如圖1所示，可分為6個主要工序，包含部裝、電裝、調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等作業(yè)內(nèi)容。

該生產(chǎn)模式下，機柜總裝工位固定，吊裝、轉(zhuǎn)運等環(huán)節(jié)減少，物料配送周期短，通過裝配人員、電裝人員、調(diào)試人員在工位的滾動作業(yè)推動產(chǎn)品生產(chǎn)進度。

1.3" 工藝布局優(yōu)化

機柜總裝工藝布局優(yōu)化以提質(zhì)提效為目標(biāo)，通過3個方面開展優(yōu)化：

1）統(tǒng)籌場地規(guī)劃，優(yōu)化產(chǎn)品物流路徑。

2）采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化的思路，配置柔性化的工裝與測試設(shè)備，提高設(shè)備使用率。

3）以柔性生產(chǎn)單元構(gòu)建一條脈動式生產(chǎn)線，滿足研制、批產(chǎn)多個型號的生產(chǎn)任務(wù)配置，通過柔性工位的并行配置，按各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實動工時優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍。

根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，依次經(jīng)過柜體裝配區(qū)、電裝區(qū)、機柜裝調(diào)區(qū)、應(yīng)力篩選試驗區(qū)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)區(qū)。通過工藝布局，減少各生產(chǎn)單元間的物流鏈路，規(guī)避行吊等資源沖突，提高生產(chǎn)效率。機柜總裝制造采用智能制造系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)作業(yè)計劃管理、現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程進度實時監(jiān)控與可視化、產(chǎn)品履歷跟蹤追溯等功能。機柜總裝工藝布局如圖2所示。

1）一生產(chǎn)單元為“插箱裝調(diào)與對接單元”，主要負責(zé)插箱狀態(tài)下的電氣裝調(diào)，并將原機柜總裝對接過程中的接口裝配工作提前實施，該生產(chǎn)單元根據(jù)配電、電源、計算機、控制等插箱功能差異，建立不同工位，柔性配置專用測試工裝與設(shè)備。

2）二生產(chǎn)單元為“機柜柜體總裝單元”，主要完成機柜柜體的組件裝配，插箱的機械對接安裝，以及電纜走線空間協(xié)調(diào)工作。該生產(chǎn)單元建立多個柔性工位，均使用同類生產(chǎn)配套物資、生產(chǎn)工具設(shè)備。

3）三生產(chǎn)單元為“單機柜電裝調(diào)試單元”，主要完成單機柜的電纜網(wǎng)、光纜等線纜的電裝與敷設(shè)，以及安裝完成后的電氣接口對接、單機柜功能調(diào)試、單機柜稱重工作。該生產(chǎn)單元建立多個柔性工位，均使用同類生產(chǎn)配套物資、生產(chǎn)工具設(shè)備。

4）四生產(chǎn)單元為“系統(tǒng)聯(lián)調(diào)單元”，主要完成全系統(tǒng)的機柜集成綜合測試，該生產(chǎn)單元根據(jù)系統(tǒng)功能差異，建立不同工位，柔性配置專用測試工裝與設(shè)備。

通過將機柜總裝全流程的工序進行重組再分配，整合至4個主要的柔性生產(chǎn)單元中，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

2" 機柜脈動式柔性裝調(diào)產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)

與現(xiàn)有機柜裝調(diào)生產(chǎn)模式相比，脈動式柔性裝調(diào)生產(chǎn)線技術(shù)可實現(xiàn)以下特點：

1）生產(chǎn)節(jié)拍平衡化，根據(jù)不同機柜生產(chǎn)任務(wù)需求，柔性調(diào)節(jié)生產(chǎn)線產(chǎn)能，平衡生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)線對生產(chǎn)任務(wù)適應(yīng)性。

2）脈動式柔性生產(chǎn)單元專業(yè)化，將電氣機柜的典型流程分解到主要的生產(chǎn)單元，完成組合電氣、機械裝調(diào)，機柜電氣、機械總裝，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。各生產(chǎn)單元之間分工界面清晰，同一生產(chǎn)單元內(nèi)不同產(chǎn)品操作要求相似，生產(chǎn)單元配置設(shè)備獨立，生產(chǎn)效率較高。

3）生產(chǎn)制造智能化，通過自動化設(shè)備與技術(shù)應(yīng)用，數(shù)字化制造技術(shù)賦能，脈動式柔性生產(chǎn)線可更好地實現(xiàn)生產(chǎn)過程管控。

流程及柔性單元設(shè)計、智能制造能力等是制約機柜脈動式柔性生產(chǎn)線技術(shù)水平的主要關(guān)鍵要素。

2.1" 基于生產(chǎn)節(jié)拍平衡的流程及柔性單元設(shè)計

總裝是實現(xiàn)機柜結(jié)構(gòu)集成以及系統(tǒng)功能集成的環(huán)節(jié)，通常包括柜體部件及零組件安裝、電纜敷設(shè)安裝、機柜調(diào)試特性測量以及系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)4個主要環(huán)節(jié)。工藝流程決定了脈動式柔性生產(chǎn)線的效能，任務(wù)需求及生產(chǎn)資源決定柔性單元數(shù)量。

結(jié)合機柜多品種、小批量，結(jié)構(gòu)相似度高，功能差異性大的特點，采用比例分析與理論計算相結(jié)合的方案，確定生產(chǎn)節(jié)拍，通過生產(chǎn)線平衡率P進行節(jié)拍的符合度。

通過柔性單元的配置變化，實現(xiàn)機柜脈動式裝調(diào)生產(chǎn)線中各環(huán)節(jié)生產(chǎn)單元數(shù)量的調(diào)整，從而根據(jù)有限資源實時優(yōu)化不同環(huán)節(jié)的生產(chǎn)節(jié)拍，使脈動式柔性裝調(diào)生產(chǎn)線可以更好地滿足多品種機柜混線生產(chǎn)任務(wù)需求。

2.2" 基于可視化的工藝文件設(shè)計

脈動式柔性生產(chǎn)單元工藝文件采用可視化工藝技術(shù)，通過專用可視化產(chǎn)品工藝文件與通用可視化操作規(guī)范工藝文件相結(jié)合的方法，解決了現(xiàn)有生產(chǎn)模式下的工藝文件指導(dǎo)性差、生產(chǎn)效率低等問題，有效提高生產(chǎn)質(zhì)量。在可視化工藝文件中，還可進一步通過PDM系統(tǒng)融入產(chǎn)品保證管理活動。

1）以專用可視化工藝文件開展開工前、過程中的技術(shù)交底確認，顯著降低了操作人員的誤操作，光纖敷設(shè)與軟件灌裝等操作環(huán)節(jié)質(zhì)量得到有效保證。

2）以專用可視化工藝文件融入關(guān)鍵檢驗點、強制檢驗點確認，通過多媒體照片比對、數(shù)字化測試結(jié)果比對，實現(xiàn)多方人員的遠程產(chǎn)品保證確認。

3）以通用可視化工藝文件，融入特殊過程管理要求，通過多媒體照片，強化特殊過程指導(dǎo)作業(yè)與數(shù)據(jù)記錄規(guī)范性。

通過構(gòu)建可視化的工藝文件，提高工藝文件、產(chǎn)品保證工作與現(xiàn)場生產(chǎn)管控的關(guān)聯(lián)性，提高了產(chǎn)品保證確認效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了產(chǎn)品保證管理效益。

2.3" 基于數(shù)字化制造的生產(chǎn)計劃管控系統(tǒng)

數(shù)字化制造能力在車間生產(chǎn)管控方面，可實現(xiàn)在統(tǒng)一MES平臺基礎(chǔ)上拓展智能調(diào)度排產(chǎn)、移動終端、AI識別等產(chǎn)業(yè)賦能。

在生產(chǎn)過程管控方面，可構(gòu)建統(tǒng)一SCADA系統(tǒng)，通過關(guān)鍵工序設(shè)備全面聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)包自動采集，關(guān)鍵數(shù)據(jù)100%自動分析，實現(xiàn)效率與質(zhì)量效益提升。

通過構(gòu)建基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃管控體系，規(guī)范機柜現(xiàn)場作業(yè)流程，提升制造效率；實現(xiàn)機柜各部套的橫向集成，通過生產(chǎn)計劃管控，建立機柜生產(chǎn)全過程監(jiān)控體系，實現(xiàn)生產(chǎn)透明化管控能力；基于MES向上承接ERP、PDM數(shù)據(jù)，向下承接設(shè)備數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)APS動態(tài)調(diào)度排產(chǎn)，實現(xiàn)機柜的縱向集成，建立全閉環(huán)的機柜質(zhì)量追溯體系，提高質(zhì)量保證效益。

通過構(gòu)建數(shù)字化生產(chǎn)計劃管控系統(tǒng)（圖3），可獲取生產(chǎn)計劃及進度報表、工時報表、滯留工序報表、物料齊套報表，根據(jù)機柜總裝約束條件開展動態(tài)優(yōu)化。

2.4" 基于智能制造的關(guān)鍵裝備設(shè)計

智能制造能力在數(shù)字化測量、檢驗方面，可通過自動化綜合測試判讀技術(shù)應(yīng)用，大幅提高檢測效率。

通過研發(fā)機柜AC-DC電源模塊自動測試設(shè)備（圖4），開發(fā)軟件平臺完成系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了機柜電源模塊設(shè)計指標(biāo)的參數(shù)自動采集。

通過研發(fā)機柜系統(tǒng)功能綜合測試設(shè)備（圖5），實現(xiàn)一體化集成測試，包括參數(shù)的統(tǒng)一配置，測試數(shù)據(jù)的采集、自適應(yīng)性負載配置和電氣性能調(diào)試。通過綜合測試設(shè)備等關(guān)鍵裝備設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效、精準(zhǔn)的完整功能和性能測試，電流、電壓以及信號的采集通過MES系統(tǒng)自動形成生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)包。

2.5" 實現(xiàn)效果

通過對機柜產(chǎn)品重構(gòu)柔性脈動式生產(chǎn)線，最終實現(xiàn)將機柜生產(chǎn)效率提升30%，實現(xiàn)機柜總裝調(diào)試過程生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)包自動采集，關(guān)鍵數(shù)據(jù)100%自動分析，提高了機柜產(chǎn)品的數(shù)字化生產(chǎn)計劃與質(zhì)量體系管控效益。

3" 結(jié)論

通過工藝布局優(yōu)化，建立脈動式柔性裝調(diào)生產(chǎn)線，提高了航天裝備機柜產(chǎn)品生產(chǎn)效率和效益。通過研究機柜脈動式柔性裝調(diào)產(chǎn)線的流程及柔性單元設(shè)計、可視化工藝文件設(shè)計、數(shù)字化生產(chǎn)計劃管控系統(tǒng)、智能制造裝備設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，將機柜生產(chǎn)效率提升30%，通過生產(chǎn)單元柔性化配置，生產(chǎn)工位數(shù)量顯著降低，節(jié)約成本約600萬元。同時在場地資源區(qū)域飽和的條件下，提高了空間利用率。

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