复杂产品总装工艺流程设计研究

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摘要:围绕复杂产品总装工艺流程设计问题，从装配技术和企业经营管理的角度提出复杂产品总装工艺流程设计不仅是技术上的最优化，还应综合引入开工面限制、人力资源平衡、生产节拍需求以及投入产出比等因素，寻求技术与经营管理的平衡。提出了一种复杂产品总装工艺流程设计总体方案，设计了该方案的实现思路，并通过某型飞机总装工艺流程设计项目验证了方法的可行性和有效性。

关键词:复杂产品;工艺流程;经营管理;流程规划

近年来，科学技术飞速发展，产品功能持续更新，用户对产品的功能提出了更多需求，带来了产品结构日渐复杂，系统交联程度持续加深的变化，同时也给复杂产品总装增加了难度。总装工艺流程是复杂产品总装生产执行的依据，同时也是总装厂房规划、设计及建设的源头［1］，工艺流程关系着产品交付进度、质量、生产成本及人力资源配置等。工艺流程设计与优化历来受到广大学者和专家的关注，形成了一些研究成果。帅朝林等以某型飞机的数字化装配生产厂房的工艺布局为研究对象，探讨了基于工艺流程及产能节拍的数字化工艺布局设计方法，并基于仿真技术进行了分析和实践［1］;李博等把三维模型贯穿产品全生命周期，通过计算机对产品的可装配性、装配工艺的合理性、工艺装备的适用性等进行分析、评价和优化［2］;李涛等对工业4．0牵引下的飞机总装工艺流程设计技术进行初步探讨，分析和展望其关键技术［3］;敬石开等提出一种用装配序列智能优化算法库解决装配序列规划问题的方法，建立了统一的装配序列规划优化模型和智能算法评价指标体系，并给出了装配序列规划智能优化算法库的具体操作流程［4］;李建广等针对数字化装配工艺详细设计，基于Tecnomatix工具对数据准备、装配工艺详细设计、装配示教等方面开展了研究［5］。综上，已有研究大多集中在复杂产品装配工序的设计、优化等方面，通过DELMIA［6］、Tecnomatix［5］等软件平台和技术方法等对产品零部件的装配顺序进行合理的规划和设计。另有部分研究从工业工程的角度研究复杂产品装配工艺布局设计和优化方法。但未查阅到结合装配技术和企业经营管理思想进行复杂产品工艺流程设计的研究。本文将结合装配技术与经营管理思想，研究复杂产品总装工艺流程设计方法。

1复杂产品总装企业现状

随着复杂产品功能的升级，其结构日益复杂，各系统交联程度不断加深，极大地增加了总装工艺流程设计的难度。复杂产品总装工艺流程的设计关系产品制造生产效率，制约了企业装配厂房布局的规划，基于模型的产品数字化定义(modelbaseddefinition，MBD)［7］已在复杂产品设计、制造过程中得到广泛应用，基于DELMIA、Tecnomatix等软件平台的装配工序规划与设计已得到了一定的试验应用。某些企业已实现复杂产品总装装配工序的流程规划、设计与仿真，从空间、物理逻辑顺序上实现了工序流程设计，如图1，同时也可实现成零标件装配路径规划、设计与仿真。与此同时，不同产品的市场需求情况不一致，尤其是具有特殊应用场景和特殊功能的产品需求量受限制，仅从技术上将工艺流程总周期设计到最短可能会耗费大量的人力、物力和财力，却得不到相应的回报，工艺流程周期过长可能又无法满足客户需求。因此，需研究一种复杂产品总装工艺流程设计方法，支撑企业技术部门进行复杂产品总装工艺流程设计，同时满足技术上的优化和企业经营管理需求。

2一种复杂产品总装工艺流程设计方法

2．1总体方案设计。企业是一个以营利为目的的组织。企业在进行复杂产品总装工艺流程设计时，目的不是技术上的最优化，而是在考虑总装物理逻辑顺序、系统逻辑顺序和测试逻辑顺序等技术因素的同时，综合引入开工面限制、人力资源平衡、生产节拍需求以及投入产出比等因素，从技术层面和经营管理层面设计复杂产品总装工艺流程，寻求技术与经营管理的平衡，实现利润最大化(如图2)。复杂产品总装物理逻辑顺序、系统逻辑顺序和测试逻辑顺序主要是技术层面的设计。物逻辑顺序即为空间顺序，代表产品成零标件等的空间关系，这部分工序顺序可直接通过工具软件等设计与仿真得出。系统逻辑顺序为复杂产品各功能、任务系统设计文件要求，必须按照一定的装配顺序进行，是技术上不可逾越的红线。测试逻辑顺序为复杂产品各功能、任务系统的设计要求，必须进行的测试工作，设计文件会对测试逻辑顺序做一定的要求，但工艺流程设计空间较大。开工面限制、人力资源平衡、投入产出比和生产节拍需求等主要从管理层面影响复杂产品总装工艺流程设计。开工面限制即同一时刻产品最多允许上机工作人员数量，限制了工艺流程中同一时刻的并行工作数量。人力资源平衡是指流程各环节所需操作人员数量的均衡性，复杂产品总装工艺流程设计时需调整流程以确保人力资源的合理配置，避免人力资源浪费。投入产出比是经营上的要求，开展工艺流程设计时，需通过技术手段或技术投资等调整工艺环节的时间周期，技术和资金投入需用于影响流程周期的关键环节，以确保投入得到合理的产出。生产节拍需求是企业根据市场需求情况，制定企业生产目标后确定的参数。帅朝林等对生产节拍的计算方式进行了详述［1］。生产节拍是企业经营目标实现的一项重要参数，复杂产品总装工艺流程的设计需满足生产节拍的要求。2．2一种复杂产品总装工艺流程设计思路。复杂产品总装工艺流程设计的目的是实现总装流程的顺畅、确保企业投入最少、资源利用率最高，并最终达成企业战略目标。复杂产品总装工艺流程设计的输入是新产品研发项目启动，新产品设计图纸及技术资料，公司产能规划等;最终的输出是满足技术要求和经营管理需求的总装工艺流程，为后续厂房设计、物流设计、工装工具设计、设备研发与采购及人力资源配置等提供支撑。如图3所示。复杂产品总装工艺流程设计思路:(1)根据新产品图纸/数模，熟悉产品空间位置关系，建立产品开工面信息库，尤其是航空类复杂产品空间局促，应充分辨识产品可开工面，形成复杂产品最大开工面模型。复杂产品总装工艺流程设计时需保证并行工序均在最大开工面覆盖范围内，保证工艺流程设计的可执行性和可信度。(2)根据新产品图纸/数模中体现的成零标件空间位置关系，进行成零标件等的工序顺序设计，基本原则为先内后外、前续工序的完成不会影响后续工序的执行，同时需满足产品最大开工面的限制，此外需调整流程使得流程各环节工作量平衡。(3)物理逻辑顺序设计过程中，需结合系统逻辑顺序的设计，复杂产品系统集成度高，系统装配质量控制严格，需将系统逻辑顺序的要求融入物理逻辑顺序中，确保系统技术要求在成零标件等的装配过程中得以满足。(4)复杂产品总装主要有两部分工作，一是产品物理装配，另一个是系统功能测试。产品的每一项功能在装配完成后、产品交付前均需进行测试。设计技术条件规定了每一项测试的具体内容，测试的全流程需在设计要求的基础上，由测试技术人员进行重新设计。流程设计过程中需考虑测试是否可并行，关键路径上的测试工序能否通过技术手段缩短周期，技术措施的投入与产生效果是否匹配等，同时也需保持流程各环节工作量平衡。(5)根据企业生产节拍需求，核实复杂产品总装工艺流程是否合适。调整流程过程中需重点关注关键路径上的环节，注重企业投入与产出比，同时需遵守以上设计思路。本文提出的一种复杂产品总装工艺流程设计思路特点在于:将复杂产品总装技术要求与企业经营管理目标相融合，在遵守传统的复杂产品总装物理逻辑顺序、系统逻辑顺序和测试逻辑顺序的前提下，引入开工面限制、人力资源需求、投入产出比和生产节拍等影响因素，致力于达成企业经营管理目标，开展复杂产品总装工艺流程的设计。

3应用情况

某单位采用本文提出的复杂产品总装工艺流程设计方法进行了某型飞机总装工艺流程设计，通过技术手段和资产投资，在满足企业战略生产目标的前提下，实现了总装工艺流程的资源平衡、资源合理利用，设计结果得到相关专业专家和领导的认可。同时该流程也为后续装配厂房设计、物流设计、工装工具设计、设备研发与采购及人力资源配置等提供了有效的依据，体现了企业高效、低成本的经营管理理念。

4结语

复杂产品总装工艺流程是主机企业关注的重点。本文提出的一种复杂产品总装工艺流程设计方法在结合传统物理(空间)逻辑顺序、系统逻辑顺序和测试逻辑顺序的基础上，从企业经营管理角度出发，综合考虑了开工面限制、人力资源需求、投入产出比和生产节拍等因素，具有技术与管理相融合的特点，保证了总装装配技术与企业经营管理思想的平衡。本文提出的一种复杂产品总装工艺流程设计方法总体方案和实现思路已通过一项复杂产品总装工艺流程设计项目验证，取得了较好的应用效果，为后续其他复杂产品总装工艺流程设计提供了一种思路。

参考文献

［1］帅朝林，陈雪梅，刘顺涛．基于工艺流程及产能节拍的数字化工艺布局设计方法研究［J］．航空制造技术，2015(13)26－29．

［2］李博，贾晓亮，田锡天，等．面向PLM的航空复杂产品装配工艺规划、设计与仿真技术［J］．航空制造技术，2013(20)38－42．

［3］李涛，张世炯，张宁．工业4．O牵引的飞机总装工艺流程设计技术浅析［J］．航空制造技术，2015(21):81－86．

［4］敬石开，李连升，曾森，等．面向产品装配序列规划的智能优化算法库［J］．计算机辅助设计与图形学学报，2010，22(9):1593－1599．

［5］李建广，许晓月．数字化装配工艺规划系统设计［J］．航空制造技术，2015(8):46－49．

［6］赵旭，丁晓，唐健钧，等．数字化环境下飞机总装装配指导模型研究［J］．现代制造工程，2019(1):51－54．

［7］刘检华，孙连胜，张旭，等．三维数字化设计制造技术内涵及关键问题［J］．计算机集成制造系统，2014，20(3):494－504．

作者:赵 旭 刘海涛 林海峰 刘玉松 单位:航空工业成都飞机工业( 集团) 有限责任公司