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    信息技术中心:仿真试验与精产线

      发布时间:2018-03-12 00:12

      “智能化”是全球工业发展的总体趋势,而智能制造作为智能化水平的集中体现,承载了国家科技进步的宏伟战略,代表了工业过程转型升级的梦想与希望。在国富民强的愿景驱动之下,德国、美国、日本等各国相继推出智能制造升级战略;为比肩德、美等国的国家战略,实现“弯道超车”,中国适时提出《智能制造2025》,推动“互联网+”背景下的工业体系转型升级。智能制造是一个庞大的系统工程,需要找准切入点,抓住根本点,突出落脚点,才能保证事半功倍。

      智能制造包括智能工厂和智能生产,两者皆需依托智能生产线来实现,而智能生产线需基于高质量、稳定性、高度柔性的精益生产线进行建设,特别是针对航空产品多品种、小批量的生产模式,若盲目推进智能制造,可能难以保障建设成效;若从精益生产线出发,在制造全过程精益化的基础上,逐步实现生产关键环节的智能化应用,既兼顾了智能生产线等长期愿景,又切合航空企业现状,所以建议将精益生产线作为推动航空智能制造的切入点。

      精益生产线包含精益价值流分析、精益布局、物流线规划、制造资源配备等体系化举措,而航空独有的生产模式又要求精益生产线具有高度柔性,以适应航空产品离散、复杂多变的需求,所以需针对精益生产线的规划与布局进行充分论证,系统性思考生产线运作机理,全面推演其当前及未来的演进路径,才能在满足眼前急需的同时,争取长期的最优发展,这就需要将生产线规划与布局作为精益生产线建设之根本点。

      精益生产线的规划与布局,为达到帕累托最优,需基于各类应用场景,针对各类复杂问题,预设应急预案,合理配备资源,兼顾问题解决与目标达成,在矛盾与发展之中达到完美平衡,所以需要将精益生产线各环节分析建模,通过模型解决多专业沟通障碍,并通过模型仿真在虚拟世界反复迭代,降低精益生产线的全过程实际运作风险;而精益生产线的转型升级,需针对关键设备及技术,经过充分试验论证,将关键设备及技术的管理模式、运营逻辑、实现流程、潜在问题进行全面展现,通过螺旋、迭代型完整性试验得出关键设备与技术之运作过程,并将其抽象建模,吸纳入生产线体系中,待求得全局最优解之后,再与实际对接固化,并以点带面推动精益生产线全面升级。因此,将仿真试验引入精益生产线规划与布局,可看作智能制造的落脚点。

      精益生产线源于日本丰田生产方式,是以持续改善、消除浪费为基础的管理哲学,在连续无间断生产当中应用广泛,但在离散式生产过程当中却效果不佳。究其原因,离散生产过程波动性大,特别是在长周期复杂性的生产之中变化较多,局部产生的很多问题难以从整体角度进行根本解决。而航空产品可看作典型的离散式生产,在需求、设计、工艺、制造、保障及管理等各大过程中都有可能发生颠覆性变化,并且都需要在生产过程当中进行应对,所以导入仿真试验方法、过程、工具,加强其在生产线规划与布局当中的应用,以此建设高效率航空精益生产线。

      在建设精益生产线之前,需针对产品特点,研究生产过程,对生产线进行总体性规划和单元化布局:生产线规划与布局是先进思想与现代工业过程相结合的产物,既综合应用了系统工程方,实现系统层级之间的完美对接;又融合了柔性制造、精益制造等管理思想,继承并发扬了先进制造理论;还引入价值流、仿真、试验等各类工具,追求全局效率的最优。生产线规划不仅包括产品生产线、物流线、人流、质量控制的规划,还应全面考虑柔性设计、变化应对、例外处理、扩展升级等要点,为生产线的优化扩充奠定基础;生产线布局则是规划内容的现实展现,在减少搬运浪费、降低流转缓冲、摒弃动作浪费、去除无增值工序的前提下,科学设定生产节拍,不断消除生产过程中的瓶颈,畅通整体信息传递及物流流转,在合理布局基础上,积极面对各种变化,在实现操作、流转、协作、检验、保障等环节标准化的同时,不断提升生产能力,逐渐优化全局效能,在精益规划的基础上实现精益布局。

      生产线规划与布局的研究意义在于,首先可依托当前环境,针对产量与质量技术指标,整体设计整条生产线,将全局可用资源进行有效安排及最优分配,使生产线达到最佳绩效表现;然后再针对生产线当中,各应用方向不同的技术特点、内外接口以及运作逻辑进行建模,并引入信息化工具提升工作效率;接着在整体环境中进行系统综合,通过设置应用场景及确认典型样本指标,持续追求全局高效,并充分发挥局部优势,求解整条生产线最优解。最后结合厂房尺寸、工艺加工方式、设备特点,在人机合理分工的前提下,发挥人与机器各自优势,对整个生产体系进行全面系统的规划与安排,形成精益生产线最优设计。

      生产线规划与布局的研究重点在于深度分析产品实现过程,有效应用信息技术,在整体把握生产步骤的前提下,考虑现代传感、自动化及流行数字技术,应用建模仿真,将生产线在虚拟世界进行沙盘推演;导入试验方法及过程,使各局部问题提前暴露,推动局部成熟,并将虚拟试验与实际生产运作管理、现实业务流程进行对接,形成虚拟与现实的相互促进;结合航空行业生产特点,以生产全过程最好、最优为基准,系统考虑相关全干系人的价值主张,兼顾整体开放性与全过程稳定性,统筹考虑生产线与加工中心、设备等不同层级的生产节拍,加强重点环节质量控制,为精益生产线的高效运转扫清障碍。

      4)接下来对企业现有设备、工装工具的功能、性能、尺寸进行了解,结合产品加工工艺步骤,以降低产品流转路径、整体节拍平稳有序为出发点,涵盖检验检测、加工补偿、返工返修等功能特性,以构建完整性高效单元为原则,合理确定生产线当中加工中心或精益单元的设备布局,并确认各工序、工步的设备摆放位置,进一步明确人机配合的切入点及加工过程,形成分工有序、互为支撑、协调互补、精益高效的生产单元;

      1)将生产线各加工中心、生产设备、各员工运动轨迹、物料配送、物流运转、工序加工过程、检验返工等协同步骤在仿真工具中进行虚拟建模,结合航空多品种小批量离散式生产特点,统筹考虑研制、批产混线生产模式下的整体效率,测量整条生产线的柔性程度和产能指标,提前设置检验检测,返工补偿等例外处理办法,尽早将实际环境与场景在桌面上进行复现;

      2)依据不同时期的产能需求及不同阶段产品的节拍设置,将设备布局、供应链协同、人员站位与移动路线进行全程模拟及综合仿真,精确模仿现场的各种行为,提前预判各类问题及例外状况,兼顾不同时期的发展需要,由此确立物料流转速度、人机分工协作、现场操作参数、调度控制策略、车间所需的半成品数量、库房缓存容量,并初步明确整体管控思路和各环节约束规则;

      3)还需研究不同输入样本下,人员操作效率和机器摆放位置,及作业调度方案、物料流转路线的可操作性,对工装物料配送、瓶颈设备、关键工序、质量检测周期、工艺超差管理、不合格品流转进行迭代评估,统筹考虑MBOM不完整的研制产品、工程验证的样品以及批量交付的成品,有效验证生产计划的下达、生产制造的执行、瓶颈区域的管控、物流设备的控制逻辑,借助样本的统计数据、模拟信息资料对仿真结果进行分析研究,合理确立精益生产线布局策略,有效配置资源,提前制定体系化管控规则,借助虚拟世界解剖实际问题,降低实际运作的风险;

      4)通过建模仿真,可宏观上俯视动态系统,掌控运作模式,把握整体趋势;微观上考虑精确的时间、距离、速度和尺寸,精准掌握各层次的操作模型,从而将现实生产线在虚拟环境当中进行完美复现,使各工序运作平稳,线上线下各操作完美衔接,生产节拍均衡有序,生产线)并可基于仿真模型,统筹考虑生产线与环境的关系,以及生产线未来发展演进的原则,在此整体思路之下合理划分人机合作的边界,明确设备技术升级的方向,确立人力资本培养逻辑,并可设置流程、制度、标准、业务规范、工作说明书等体系化管理套路。

      精益生产线是未来优化升级的基础,并可基于现有成果及产品工艺特征,找出产品实现过程中的薄弱环节,有针对性地升级现有设备,合理引入机器人、物联网等成熟技术,有效提升最终产品的质量及生产过程的稳定性。新设备与技术的成功引入,需满足两大前提,首先是新设备与技术需要拥有更高的成熟度,才能降低设备与技术引入后的系统性风险;其次就是新设备与技术需要经历完整性试验,研究掌握新技术的运作过程及实现机理、新设备的操作过程与对接方式,才能将新设备、技术与整体生产线无缝对接,并逐步实现技术引入及设备购买的效益最大化。

      通过完整性试验迭代设备的运作过程,抽象设备运行步骤,明晰技术应用的运作机理,确定技术局部的应用要点,并将其与整体生产线完美对接,既解决技术单点升级,又兼顾新设备引入后的人机分工,还可提升整体产品质量,推动生产过程平稳有序,并达到整体与局部的有效衔接。所以,适当引入完整性试验过程,有助于降低精益生产线优化、升级所带来的风险,推动生产线整体的逐步成熟。

      通过建立新一代生产线,既要解决上述现状所带来的问题,保证生产线各工位设备、人员、操作和物料稳定流动,提高流程增值比,逐步实现自动化,实现资源最优配备;而且要适应未来产品产量、状态和品种变化带来的产能需求与质量稳定性要求,提高生产柔性;还需降低新设备引入所带来的技术风险,并将新设备迅速融入到现有生产体系当中。

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