面向飞机装配的生产管理技术研究

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第１１期 ２００８年１ １月
文章编号：１００１—３９９７（２００８）１１－－０２２９－０３

机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ２２９

面向飞机装配的生产管理技术研究
聂阳文田锡天 贾晓亮 李洲洋 （西北工业大学ＣＡＰＰ与制造工程软件研究所，西安７１００７２） Ｒｅｓ

ｅａｒｃｈ
ｏｎ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ａｉｒｃｒａｆｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ

ＮＩＥ Ｙａｎｇ—ｗｅｎ，ＴＩＡＮ Ｘｉ－ｔｉａｎ，ＪＩＡ Ｘｉａｏ－ｌｉａｎｇ，ＬＩ Ｚｈｏｕ－ｙａｎｇ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ ＣＡＰＰ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）

【摘要】针对飞机装配作业生产管理复杂的特点，以及难以制定合适的生产计划以及生产调度难 等问题，在深入分析飞机装配作业过程的基础上，提出了一种面向订单设计的飞机装配生产管理方法。该

方法以飞机装配过程为核心，利用多级网络计划技术制定适应生产现场的柔性生产计划，采用面向生产
现场的生产调度方法实现生产调度优化，从而实现了生产现场能快速组织装配资源按时完成生产订单。 该方法已在实际生产中得到应用，并取得良好的效果。 关键词：飞机装配；生产管理；生产计划与调度 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｉｒｃｒａｆｔ
ｈａｒｄ
ｔｏ

ａｓｓｅｍｂｌｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｔｈａｔ ｉｔｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ，ａｎｄ ｉｔ’Ｓ

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中图分类号：ＴＨｌ６，０２３１文献标识码：Ａ

１引言
飞机装配过程是—个复杂的过程。与一般的机械产品相比， 飞机装配过程有其独特之处，如飞机装配是按客户定单进行计划 生产，生产管理又严格按架次进行管理，装配过程中包含了大量 的工装制造和协调１二作，质最要求严格，有严格的制造文件图纸 归档要求，另外毪机装配所涉及到部门众多，没计更改频繁，工作 量大，周期长，导致飞机装配生产管理极其复杂和困难。 随着企业生产装备的改进和自动化水平的提高，以及企业信 息化应用的日益广泛，产生了一系列现代生产管理理论，如ＭＲＰ／
ＭＲＰ １Ｉ／ＥＲＰ、ＪＩＴ、ＬＯＭＣ等等。其中ＥＲＰ被普遍认为是有效的解

单设计的制造驱动方式特征，其装配车间生产现场本身具有很多 不确定因素，具体表现为１１Ｉ：（Ｉ）订单设计更改的突发性；（２）工装

设备故障概率以及装配作业时产品质量腋品率超出预期目标；
（３）各种辅助资源不能及时到位；（４））ＪＩＩ：Ｔ＿时间、工时定额的不确 定性以及人为因素；（５）飞机装配的日趋复杂化。此外，装配生产 过程中还涉及多个部门协旧作业，实时优化调度作业问题也成为 生产管理一大难题。这些因素就使得目前大多数生产管理软件系

统只能停留在管理决策层面上，而臌从根本上解决生产计划在生
产现场的适应性，也无法实现实时优化各个部ｆ Ｊ协同装配作业。 为了解决以上问题，本文通过对飞机装配生产管理进行深入 分析研究，根据其生产具有面向订单设计（ＭａｋｅｆｏｒＯｒｄｅｒａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ）的制造驱动方式的特征，提出了一种面向订单设计的随 机动态生产管理方法，利用多级网络计划技术制定适应生产现场 的柔性生产计划，采用面向生产现场的，圭产调度方法实现生产调 度优化，为飞机装配车间解决生产管理问题提供了—套解决方案。

决企业生产经营过程管理问题的生产管理软件系统。其基本思想 是：围绕物料的转化组织制造资源，实现按需求准时生产；通过产 品出产的时间和数量计划，根据反工序顺序反推｜叶｛所有零部件的 投入产出时问和数量，进而确定对制造资源所需的时间和数量， 并由此围绕物料的转化组织制造资源。以ＥＲＰ为代表的生产管 理软件系统在企业履行客户订单承诺、合理组织氽业资源、缩短 生产周期等方面起到了不可估量的作用，提高了企业生产管理效 率。但是由于飞机制造属于大型单件小批离散生产，具有面向订
★来稿日期：２００８一ＯＩ一０５

２面向订单设计的生产管理方法
目前，飞机装配车间典型的生产结构形式为：库房一车间一
工段一班组，作业期间生产现场要同设计部门、工艺部门、工装管

★基金项目：国家８６３／ＣＩＭＳ项ＩｉＩ（２００４ＡＡ４１ ３０２０－２）

万方数据

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聂阳文等：面向飞机装配的生产管理技术研究’

第１Ｉ期

理部门、零件库房管理部门等多个部门一起协同作业，这是一种 开环、纵向和横向严格分工的生产管理模式，信息传递的层次和 环节多、速度慢、调度迟缓，难以适应目前企业生产向过程化、数 字化及信息化的发展要求。 本文将整个装配作业过程看成—个多级、串并联混合的可调 节回路，根据控制论的相关原理可知，这种闭环回路具有内部反馈、 信息流程短捷、输入、输出信息少等特点，可以显著提高装配路线的 动态作业能力以及面向订单没计的响应能力。按照这样的思路，就 可以把不同机型架次的装配作业分别看作独立的制造过程链。 作为一个独立的制造过程链，不仅能对上级回路的输入值 （订单设计）作出快速反应，而且能迅速排除本生产过程链内部的 干扰，把飞机装配过程中出现的问题及时解决，避免对该架次飞 机装配生产计划以及其他机型架次的生产过程链产生连锁反应。 在必要时（如装配资源紧张时），也能及早传递信息，提供较多的 协商决策时间并制定优化部门级的调度方案。 根据上述特征分析，根据文献ｌ所提出面向客户的随机动态 生产管理模式，提出一种面向订单设计的飞机装配生产管理方 法，如图Ｉ所示。
中长期汁划与乍产协调

场各种突发事件的干扰，及时完成指定的装配作业任务，最终达 到各种机型架次准时生产（Ｊｕｓｔ Ｉｎ Ｔｉｍｅ）的目的。

３网络计划的飞机装配生产计划
网络计划（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｌａｎｎｉｎｇ）技术的基本原理是：拟定进行的 工作，按其各项具体任务先后顺序，通过网络图的形式对整个项 目进行全面的规划，并以生产现场的生产数据采集、生产计划与 监控、全面质量管理为核心，构建生产过程的信息化，强调产品制 造过程中的整体优化和细化，方便企业的业务流程快速重组和管 理水平持续提升，达到以最少时间和资源消耗来完成整个系统的 预定目标，取得最好的经济效益圆。 通过对飞机装配作业过程（零件一组件一段件一部件一整 机）的分析，可以得出如下飞机装配作业特点：相同层面的装配可 以并行作业（部装机身和部装机翼），不同层面的装配活动有严格 的约束和时间先后顺序（部装机身和总装整机）。针对上述特点， 本文在文献所提出的面向航空产品项目管理网络计划模型的基 础上，提出了一种面向色机装配的多级网络计划模型。

３．１定义１
多级网络计划模型项目网络计划Ｐ可以由ｎ个网络计划Ｐ。 与ｍ；个活动Ａ僻以及它们之间的控制流ｃ。和开始节点ｓ价结束 节点层“构成０级网络计划，即：｛Ｐｑ，…，Ｐ讲，…，ｐｒｄ，Ａｏｌ’．一，Ａｑ，…， Ａ响，ｃｏ，Ｓｏ，玩｝，ｉ＝１，…，ｎ，ｊ＝ｌ，…，ｍ；其中，每一个Ｐ。还可以进一 步分解为啦个网络计划与ｐ博个活动４。。以及它们之间的控制流 Ｃ。和开始节点ｓ“、结束节点Ｅ。构成１级网络，即：＿ｐ。＝ｌｐ埘，…， Ｐｍ…，Ｐ伽Ａｌｉｌ，…，４ｍ…，Ａｌｈ，ＣＩｊ’ＳＩｆ＇Ｅ１ｆ｝，括ｌ，…，ｎ，ｊ＝ｌ，…，ｍ；式

●订单

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柔性，－产计划

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订单指标评价

赛颦杯律牡登
Ｉ

中：Ｐ为０级网络，即总项目，ＰⅨ为ｌ级网络，Ｐ埘为２级网络。这 样直至项目被完全分解为只包含活动Ａ而不包含任何子网络计 划Ｐ的末级网络计划。

硅

ｉ

型构控制
质廿柠制

岁—一
ｒ件库存控制 装配进度拧制

３．２定义２
控制流ｃ每一级网络计划中控制流Ｃ均可表示为多元组的

图１面向订单设计的飞机装配生产管理示意图

集合：ｃ＝｛ｃｏ，…，ｃｆ，．一，ｃｏｌ｝，其中Ｃｉ＝｛加砚，ｔｏ‘泸ｒｏｍｌ和ｔｏｉ为本层网
络计划中的子网络或活动’ｃｆ表示．加帆结束后ｔｏ；才能开始。 ３．３定义３
活动Ａ构成项目最底层元素Ａ可以表示为一个五元组：Ａ＝ ｛Ｐｅｏｐｌｅ，Ｒｅｓｏｕｒｃｅ，Ｄｅｓｉｇｎ
Ｔｉｍｅ，Ａｃｔｉｖｅ

此方法以装配过程为核心，以生产过程链为基础，按飞机装 配过程进行组织生产。具体运作过程是：订单设计进入系统，进行 预调度，即制定柔性的生产计划。在实际生产运行过程中，通过装 配过程链运行调度控制，实现按作业过程的控制，作业的每一步 都将根据实际生产环境进行安排，通过系统网络计划图实时反映 飞机装配进度情况，根据与目标的偏离程度，在相近的计划节点 进行调节，这样就可以快速排除生产现场突发事件的干扰，实现 敏捷化生产。在生产过程网络内部发生偏差的情况下，各种资源 可能发生冲突，在一定范围内将通过内部协商机制解决，称为小 闭环系统。一旦超出此范围，，系统将通过上一层的中长期与短期 生产协调加以解决。这属于大闭环系统层面。 面向订单设计的生产管理模式要求飞机装配作业以生产过 程为核心进行组织与安排的，以Ｔｅａｍｗｏｒｋ方式，按项目组进行的 生产组织和管理。在此生产管理模式下，车间装配资源按照工作 中心、资源组、资源这三个层面进行划分和管理，通过装配作业过 程控制结构实现工装设备的动态重组、建立装配作业过程动态资 源单元、快速组织协调生产资源、优化生产调度、排除装配作业现

Ｓｔａｔｅ，Ｔｒｉｇｇｅｒ｝，其中Ｐｅｏｐｌｅ

表示负责该活动的参加人员，Ｒｅｓｏｕｒｃｅ表示活动占用的资源，Ｄｅ— ｓｉｇｎ Ｔｉｍｅ表示活动的开始时间及结束时间，Ａｃｔｉｖｅ Ｓｔａｔｅ表示活动 的状态，Ｔｒｉｇｇｅｒ表示活动的结束触发器。据此我们根据飞机装配作 业的特点，建立面向飞机装配的多级网络计划模型，如图２所示。

图２飞机装配的多极网络计划模型

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Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．２００８

机械设计与制造

２３ｌ

各级网络层次之问可以应用消息触发方式来实现网络之间 的调用，即为主网络中的某个活动Ａ添加一个触发器，使得主网 络在该活动结束后可以触发上一层网络计划进入运行。 根据多级网络计划模型可以绘出各级飞机装配网络计划图 及总装计划图。如图３所示，为构件级网络计划图，其中每一项活 动Ａ（如后梁压铆）都具有五员组属性，即参加此项作业的人员、 作业所需的装配资源、作业的开始时间及结束时间、目前装配作 业状态、该项作业结束触发上一级计划进入运行状态。

豢蠹
圈工圈。
列出相似调度同题技其’蚵度方 ；选的剜发力

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｝模型 调度 方法库 求解弼度数学模喇

调用方法

ｍ渊度打法 嘟目度方案

图３垂直尾翼的装配网络计划图

４面向生产现场的生产调度方法
由于飞机装配作、世复杂，生产现场受很多不确定因素等的影

图４面向生产现场的生产调度方法

面向生产现场的车间生产调度方法实质上是按照ＯＰＴ思 想，根据车间生产现场的调度问题描述，选择合适的车间调度方 法以求得车间调度的最优解或准最优解。另外，该方法应用关键 是合理组织调度方法库及算法库。随着新的调度方法及算法不断 产生，因此，调度方法库和算法库也需要不断积累和完善。

响，部分作业节点的生产计划和实际生产隋况之问存在差距，而
客户订单交机时间是严格限定的，因此，必须及时对生产现场进 行生产调度，保证作业节点适时完成牛产任务。 传统上，车间生产现场的牛产调度是依靠计划调度员的经验 决策完成，这种方式人为主观因素较多，决策不尽科学，显然不能 满足企业现代生产管理的需要。人们对车间生产调度理论及关键 算法进行了大量的研究，取得了非常丰富研究成果。车间调度方 法有数学规划方法、Ｐｅｔｒｉ网方法、基于人工智能的调度方法、基 于计算智能的调度方法和基于仿真的调度方法等，针对车间调度 的算法有智能算法和遗传算法、禁忌搜索法、模糊逻辑法、人工神 经网络法等嘲。这些调度方法及算法都较好的解决某方面的生产 调度问题，但是飞机装配生产现场十分复杂，难以用单一的调度 方法或算法解决所有生产调度问题。针对此难题，本文提出一种 面向生产现场的生产调度方法，如图４所示。其工作过程如下： （１）步骤１。对车间调度问题进行描述，再根据描述在车间调 度方法库中检索求解相同凋度问题的调度方法。如果未找到，则 转步骤２；如果找到，则转步骤６。 （２）步骤２。根据车间调度问题的描述，在车间调度方法库中 检索求解相似调度问题的调度方法。如未找到，则转步骤５；如找 到，则列出相似的调度问题及其相应的调度方法。

５结束语
根据面向订单设计的生产管理方法，采用了基于Ｉｎｔｅｍｅｔ／ Ｉｎｔｒａｎｅｔ标准协议的三层Ｂ／Ｓ模式，综合利用了ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ、ＪＳＰ （Ａｃｔｉｖｅ
Ｓｅｒｖｅｒ

Ｐａｇｅｓ）等技术，开发了面向飞机装配生产管理系

统，并以某飞机工业（集团）有限公司的主机装配车间为背景进行 了初步应用。从车间应用效果来看，该系统显著地提高了飞机装 配车间的生产管理水平。 本文着眼于飞机装配生产现场，通过对飞机装配作业全过程 的深入分析，提出面向订单设计的毪机装配生产管理方法，实现 对飞机装配作业过程的管理，利用多层网络计划技术制定适应生 产现场的柔性生产计划，采用面向牛产现场的生产调度方法实现 生产调度优化，解决了生产管理中难以制定合适的柔性生产计划 及生产调度难等牛产管理问题。该技术对其它多品种小批量离散 型制造企业的生产管理也提供了一种新的思路和途径。

参考文献
１朱云龙，于海斌．面向客户的随机动态生产管理模式研究［Ｊ］．计算机集成 制造—ｃＩＭＳ，２００１，７（３）：１４～１８ ２鲁灵惺．网络计划技术下的ＭＥＳ的生产调度设计与实现［Ｊ］．中国制造业 信息化，２００５（９）：８０—８１ ３徐志勇，张开富，李正兰等．一种面向航空产品分级网络计划方法［Ｊ］．计算 机集成制造—ＣＩＭＳ，２００６，１２（５）：７２７～７４１ ４沙全友，王伟，韩毅等．面向航空产品项目管理网络计划模型研究［Ｊ］．计算 机工程与应用，２００７，４３（６）：９９—１０１ ５蔡宗琰。李小宁．制造执行系统的生产管理控制研究［Ｊ］．计算机工程与应 用，２００６，４２（７）：１８４～１８７

（３）步骤３。在已列出的相似调度方法中选择葡舌的调度力怯。
（４）步骤４。判断所选的候选调度方法是否需要建立调度问题 的数学模型，如需要，则转步骤５；如不需要，则转步骤６。 （５）步骤５。建立车间调度问题的数学模型，在调度算法库中选 择适当的调度算法来求解该数学模型，输出调度结果。 （６）步骤６。运行所选调度方法计算机程序，输出调度结果。 （７）步骤７。如果该调度方法是一种新的调度方法，将其存入 系统调度方法库中。

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  本文关键词：面向飞机装配的生产管理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。