郑 谐王 婷徐云天

（1. 贵州大学管理学院，贵州 贵阳 550025；2. 中航工业综合技术研究所，北京 100028）

飞机脉动式装配线规范化研究

郑 谐1王 婷1徐云天2

（1. 贵州大学管理学院，贵州 贵阳 550025；2. 中航工业综合技术研究所，北京 100028）

以飞机脉动式装配线为研究对象，分析了脉动式装配线的基本特征，明确了构建飞机脉动式装配线的实施条件。从飞机脉动式装配线设计、建设和运行规范化的角度，研究了脉动式装配线设计、建设和运行有关的数据收集与分析要求、工艺优化与平衡要求、设备布局与模拟要求和安装调试与运行要求。

脉动式装配线；飞机装配；智能制造

《中国制造2025》将航空制造业定位为“战略必争”产业，对我国飞机设计与制造提出向数字化、绿色化、智能化方向发展的更高要求。目前，我国航空装备的研制经历了国家“十一五”、“十二五”的高速发展，已经从传统研制模式向数字化研制模式转变，在研究所、制造厂基本实现了数字化设计与制造，但随着信息技术的不断发展及国外航空制造业发展的新趋势，尤其是为了满足自动化装配、智能化信息采集与反馈执行的要求，应进行飞机脉动式装配线的建设，并规范飞机装配中的工艺流程、工艺资源与工艺装备等，用以实现飞机的精准、智能装配。

1 飞机脉动式装配线定义与基本特征

脉动式装配线是通过对飞机的装配过程进行流程设计，并优化人员分配和工序流程，将装配的工序均匀分配在不同的工作站位上，使得飞机以固有的节拍在站位间脉冲式移动，而工作人员在固定的站位中装配飞机的生产装配线[1]。脉动式的生产方式打破了传统的飞机装配生产模式，在缩短生产周期、提高准时交付率、提高装配产品质量的稳定性、降低生产成本以及实现装配活动的有效控制等方面具有明显的优势。

与机库式装配和移动式装配不同，飞机脉动式装配线具有如下基本特征：

● 飞机按照一定的速度脉冲式移动。装配小组始终在同一地点工作，工作地点在一条直线上，飞机依次经过各装配小组；

● 生产具有明显的节奏性。飞机脉动式装配线的移动速度由产能与客户需求决定，生产线实现平衡生产，严格按照设定的节拍进行脉冲移动；

● 工位专业化程度高。飞机脉动式装配线按照工艺分离面将指令分配至各站位，站位内仅完成固定指令的操作，重复进行相同指令的装配操作，实现了装配的专业化分工，有利于装配效率的提高；

● 工艺过程封闭。站位按照装配顺序以直线形式排列，飞机在站位间做单向移动，生产过程具有高度的连续性；

● 装配进度易于观察。站位内工作小组在规定的时间内完成规定的装配任务，因此飞机装配进度可以直接从飞机所处站位的位置直接获取；

● 站位旁设有工装、部件和设备区域。为保证飞机按照设定的节拍脉动式移动，必须有效保证站位内人员的有效工作时间，降低飞机装配的间断时间，因此将站位所需的工装、部件和设备配送到准备区域，方便装配人员在需要的时间、需要的地点取用；

● 在飞机装配线附近有支援小组，为飞机的脉动式装配提供支援。

2 飞机脉动式装配线实施条件

脉动式装配线的生产对象是大型复杂飞机的装配，而大型飞机具有连续移动困难、装配工序多、装配操作复杂等特点。脉动式装配线则通过合理划分工艺分离面，确定装配优先关系，优化各站位作业时间，形成按照生产节拍移动的站位式装配生产线，通过对站位生产活动的有效控制，提高装配线整体生产效率。

脉动式装配线虽然在多方面具有明显的优势，但并不是所有的飞机产品都适合建立脉动式装配线，建设脉动式装配线应满足以下条件：

● 产品构型和制造状态稳定，装配工艺成熟；

● 产品有明确、稳定的需求；

● 产品具有较成熟的供应链，能够及时稳定地提供零部件；

● 产品总产量与脉动式装配线的建设周期、成本投入等相比具有较高的收益；

● 脉动式装配线基于精益生产为前提的，制造企业在飞机装配中应该具备精益的素质，能灵活运用精益的工具和方法；

● 脉动式装配线依赖于较好的标准化与信息化水平，因此企业应具备较好的标准化基础和一定的信息化条件才能建立脉动式装配线。

3 飞机脉动式装配线规范化要求

与传统装配对象不同，飞机装配复杂程度高，对于飞机脉动式装配线构建需要进行复杂的设计、模拟、验证过程，是一项复杂的系统工程，为此本文从数据收集与分析、工艺优化与平衡、设备布局与模拟和安装调试与运行4方面提出飞机脉动式装配线的设计、建设和运行规范化的要求。

3.1 数据收集与分析要求

数据收集与分析是脉动式装配线建设的基础，数据收集的种类和数量与数据分析的质量决定了脉动式装配线的设计质量，以及建设与运行费用。

飞机装配现场有成百上千个数据源和多种类型的数据，开展脉动式装配线建设前应首先绘制现状价值流图，清晰飞机制造的主价值链，从而确定数据收集的种类和数量。一般情况下，应梳理装配指令/工序的相关信息，收集操作工当前装配指令/工序的操作步骤和时间，梳理各工序所需的物料、标准件、工装工具的信息和相应的存放、领取或配送流程，统计检测设备、保障设备、辅助设备使用情况，收集当前人力组织架构、人力资源和技能水平等信息。

梳理装配指令/工序的相关信息时应绘制装配指令（AO）编制和发布的流程，按流程梳理所有装配指令/工序信息。数据收集应覆盖装配流程中全部装配指令/工序的信息，并保证收集数据的真实性，对于收集不到或难以收集的信息可以通过装配经验预估获得。梳理工艺流程的过程中，应以串行工序为工艺流程梳理主线，逐步合并并行工序至整个工艺流程中。

收集零件工序时间有多种方式，如现场秒表计时法，按照装配指令编制标准资料表法，动作分析MOD法，使用录像记录工人的多次操作并分析动作获取工时，以及通过操作工和车间统计填报法等。时间测量可采用多种方法结合，辅助以信息化手段自动统计开工和完工时间等，逐步精确工序时间。

在数据收集的基础上开展数据分析，确定脉动式装配线建设目标。脉动式装配线规划的目标包括生产线兼容性、生产能力、生产节拍、站位数量、生产成本等。生产兼容性是指装配线对于同型号不同系列飞机装配的适用性，或者因客户需求改变而导致的设计轻微改变的适应能力。生产能力包括装配线的最大产能、正常产能和最低产能。最大产能是装配线满负荷运行时的生产能力，是装配线能够满足的最大市场需求量，考虑了增加装配人员数量、加班等非常用手段；正常产能是装配线正常生产的能力，不需要加班即可达到的产能，在该产能条件下总生产成本最小；最小产能是在可接受的成本范围内的最小生产能力，由于装配线在需求达到一定量后才能发挥成本优势，因此最小产能是机库式装配和脉动式装配线装配的临界产能。

3.2 工艺优化与平衡要求

飞机装配线的设计一般以已有飞机装配线工艺为基础，而传统的工艺设计依赖于工艺人员的经验，缺少工艺规划的整体性。而脉动式装配线设计的实质是工序的分解和分配，传统的工艺划分大部分不能满足装配线设计的需要，因此需要利用工业工程的方法和理论重新优化工艺，通过简化、合并、重组、删除等方式实现工艺的优化。

工艺优化应从脉动式装配线整体效率出发，分析各站位装配指令/工序，依据装配网络图和生产节拍，确定瓶颈工序和关键工序，开展装配指令/工序的设备、工装、工具、作业的优化，重点对关键工序和瓶颈工序进行优化[2]。在工艺优化过程中应考虑新技术的应用，兼顾产品质量、时间、成本、柔性、安全、环保等因素，提高生产变化的适应性。工艺优化应关注脉动式装配线整体效率达到最优，而不是个别工序的效率。

脉动式装配线平衡包括两方面的平衡：站位间的工序平衡和站位内的工序平衡。装配线站位间的工序平衡是基于产品功能模块的装配线平衡，侧重于站位内功能模块的完整性，一个功能模块应完整的在一个站位内装配，不应分解在两个或多个站位装配。从飞机结构角度，飞机主要6部分组成：机翼、机身、尾翼、起落装置、操纵系统和动力装置。从功能系统角度，飞机主要包含机载设备、燃油系统、电气系统、操作系统和天线系统等。从装配活动角度，还可以分为安装、加工和试验。首先应保证飞机结构上的完整性，然后是飞机功能系统的完整，最后考虑装配活动的同类操作。在考虑功能模块完整性的同时，还要考虑各站位的工作量，使各站位的工作量尽可能相等。因此，站位间的装配线平衡是在考虑飞机订单需求、飞机装配周期、飞机各模块装配工作量大小和工艺约束等因素，将功能模块分配至各站位，复杂度较低。

站位内的工序平衡是基于工序或任务包的装配平衡，侧重于装配任务分配的均衡性，也是飞机脉动式装配线平衡的主要平衡内容。站位内的装配平衡影响因素包括装配线节拍、站位班组数量和每日可用工时，装配线节拍是飞机在站位间移动一次的时间间隔，规定了一个站位内完成所有工序的最大工时，站位班组数量和每日可用工时共同决定了站位装配能力，决定了完成一个站位内所有工序的可用工时。因此，站位内的装配平衡就是在可用的装配能力范围内，合理安排工序，使站位内的所有工序在装配线节拍时间内完成。站位内装配线平衡后的站位装配时间应等于或小于装配线节拍，否则应重新划分站位间的功能模块。

3.3 设备布局与模拟要求

设备布局要求包括站位作业平台要求、站位衔接要求和设备总体布局要求。

站位作业平台应以脉动式装配线走向为主线，根据飞机/部件外形和作业方式特点、机上操作人员及工装设备需求数量，在每个站位飞机的周围设置相适应的作业平台。站位作业平台应规范平台内产品物料的运动轨迹，人员的作业动作，工装、设备和人员的位置以及接口描述。运动轨迹包括飞机起落架、舵面、护板等活动部件的运动轨迹，为作业平台的安全性提供设计依据；作业动作包括操作人员在飞机/部件装配和调试流程中的作业动作，为良好的人机交互作业平台提供设计依据；工装、设备和人员包括确定在作业平台上需放置的零组部件、标准件、工装工具、测试设备的数量和位置，以及在作业平台上同时作业的最多人数，为良好舒适的作业空间提供设计依据；接口描述规范每个站位满足作业所需的电、气、风、网络等端口，确定电气设备电缆布线和连接方式，以及接口的可扩展性，为后续作业平台的兼容性提供设计依据。

站位衔接要规范产品移动方式，即确定飞机、作业平台移动相互之间的相关关系和防干涉方式，保证产品在各站位之间平稳安全移动。脉动式装配线常用的移动方式包括托架式和牵引式。托架式是指在地面铺设轨道/气垫，轨道/气垫上面设置托架，通过电机驱动托架带动飞机移动；牵引式是指由带导向的牵引车牵引飞机向前移动。牵引式成本低，但可能需根据飞机的装配工艺特点，增加用于移动的起落架工艺件；托架式成本较高，但适用性较好。站位间衔接设计也要设计各站位间产品的标准交接状态，即确定上一站位交付的最终产品状态，方便站位间的检查交接。

设备总体布局要求是对厂房及配套设施的位置进行规范，是对主移动生产区域、工装设备区域、物料配送放置区域、配送及人员通道区域的设置提出的规范化要求，具体要求如下：

● 主移动生产线区域。按站位顺序依次从机身结构件接收至装机交付为主移动生产线，站位作业面积和辅助面积应根据飞机外形尺寸、作业特点、移动方式、工艺布局、安全保证区域等来确定。

● 缓冲准备区和临时存放区。对于无需在站位上装配完成的工序，根据厂房条件设立预先装配缓冲区，以节省站位作业时间，稳定生产节拍。此外发动机、机翼、桨毂、尾翼等大部件可根据需要设计地面临时存放区。

● 整机/部件交付区。可根据需要设立整机/部件交付区，交付区可根据厂房条件设立一个或多个交付缓冲区，容纳多架飞机/部件，用于完成交付前的准备、交接等工作。

● 工装设备区域。对于无法配送的大型和专用工装，可在每个站位两侧根据需要定置工装设备区域，并根据工装在飞机上使用部位和使用先后顺序进行顺序摆放，工装设备区应在站位附近定置，减少操作人员移动距离。

● 零组部件、成附件配送区域。配送区域的设置应与工装设备区协调，以不影响机上作业，移动距离最短，作业安全并最大限度降低作业人员劳动量为原则进行设置。

● 通道区域。在确定主生产区域、辅助生产区域等功能型区域后，需在遵循物流路线最短、安全等前提下确定物料、工装工具的配送路线和人员通道。

脉动式装配线的模拟是装配线建设必不可少的环节，模拟可以发现脉动式装配线设计的符合性。为避免设计缺陷引起的风险，应明确脉动式装配线的模拟要求。模拟内容应包括原有设备设施的搬运顺序、工具、方法和路径，新购设备设施的安装的顺序和方法，设备设施运行的相互干涉关系，以及脉动式装配线运行过程中的物流路径、工序操作优先关系、人员操作空间等。模拟过程中应对生产线平衡进一步验证，必要时可继续进行工艺优化，实现生产线再平衡，直至满足要求。模拟应遵循以下原则：

● 采用从模块到整体、粗数据到精细数据循序渐进的模拟，实现从易到难模拟；

● 应考虑所有的可能情形，当情况较为复杂时，宜选取若干典型的情形进行模拟，但必须模拟可能情形中的极端情况；

● 应优先进行计算仿真模拟，然后实施实物模拟。

3.4 安装调试与运行要求

安装调试是装配线建设实施的第一步，安装分为原有设备搬迁安装和新购设备安装。新购设备在安装前需符合协议对设备采购、设备安装等相应规章制度的要求，并考虑设备精度要求以及水、电、气等辅助设施的需求；设备搬迁安装除考虑以上因素外，还需考虑搬迁路线、搬运设备、设备搬运保护措施等。

脉动式装配线持续、稳定提供产品是脉动式装配线运行的最终目标，为此，在脉动式装配线运行过程中应对生产管控、作业标准化、物料和工具配送、计划管理、人员技能培养、信息化、站位间检查、设备自主维护和保障、安全保障要求和应急预案等方面进行规范，其中作业标准化、生产管控要求要求以及站位间检查要求是脉动式装配线运行的重点。

脉动式装配下的作业标准化要求使用标准作业图规范工序的操作顺序和操作人员。标准作业图（如图1所示）是脉动式装配线执行标准作业的依据，能够清晰表示工序时间安排，合理分配操作者的工作时间，做好并行串行工作设计，促进工序操作标准化。

脉动式装配线现场应通过采取生产可视化看板管理、部门分层例会、管理标准作业等方式，建立起生产管控执行机制，在面对在生产装配中遇到的信息能够及时的响应处理（如物流、配套、工作流程、计划进度、异常问题等）。脉动式装配线应根据生产计划设立计划控制板，根据生产任务执行过程中出现的问题设立问题跟踪板，同时补充具有脉动式装配线特点的站位自主管理板、站位标准作业图板、站位装配网络图、站位缺件板、站位标准作业指导书更改板等。脉动式装配线还应建立分层例会机制，实现生产控制执行结果有效评价和跟踪，保证生产信息和状态有效传递及现场问题的快速解决。脉动式装配线还应建立管理者标准作业，将各层级管理者的日常管理作业标准化并进行公示，实现对现场督导、警示、培训的作用。通过可视化看板、分层例会和管理者标准作业，建立问题快速响应机制，按照问题快速处理流程上报、计划、实施、监控和评价，使得问题能够有效地得到处理。

站位间检查指飞机/部件在移动下一站位之前，接收站位应对飞机/部件的装配调试的符合性和状态进行检查、记录。站位间交接检查应检查上一站位工作完成情况，以及检查产品表面质量（如划伤、压痕）、多余物、标识等，检查出的问题由上一站位负责处理归零。特殊情况下，上一站位工作未完成时应进行保留交接。

4 结束语

当前，我国飞机脉动式装配的应用仍然处于起步阶段，尤其是随着数字化、智能化、网络化等技术的发展，给脉动式装配线的设计、建设和运行提出新的要求。本文仅对当前技术条件下的飞机脉动式装配线提出规范化要求，后续应建立常态化的持续改进机制，完善飞机脉动式装配线的相关规范，从而提高飞机脉动式装配线的设计、建造和运行效率。

[1] 邓玉什. 西控公司单元化精益生产研究[D]. 西北大学，2015.

[2] 陈雪梅，刘顺涛. 飞机数字化装配技术发展与应用[J]. 航空制造技术，2014，（1）：60-65.

（编辑：雨晴）

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1003-6660（2017）02-0020-05

10.13237/j.cnki.asq.2017.02.006