基于脈動式生產(chǎn)線的cubesat總裝(共19頁)

1、基于(jy)脈動式生產(chǎn)線的CubeSat總裝過程(guchng)研究學(xué)生(xu sheng)姓名： 朱蓬勃 王寧宇 韓睿 賈雯娜 池雨燦 張豐 學(xué)生學(xué)號：1132130116 1131820208 1130410522 1131820206 1131820225 院（系）：航天學(xué)院控制科學(xué)與工程 航天工程與力學(xué)系 指導(dǎo)教師： 張世杰 二一五年六月基于脈動(midng)式生產(chǎn)線的CubeSat總裝過程研究哈爾濱工業(yè)大學(xué) 朱蓬勃(pngb) 王寧宇 韓睿 賈雯娜 池雨燦 張豐摘要(zhiyo)：脈動式生產(chǎn)線的思想最開始起源于福特公司的汽車生產(chǎn)線，因為其優(yōu)越的性質(zhì)，良好的柔性控制，可以很好地完成生產(chǎn)

2、任務(wù)。而在微小衛(wèi)星需求量越來越大、小衛(wèi)星模塊化、集成化、平臺化發(fā)展的今天，如何完成小衛(wèi)星的批量生產(chǎn)這成了我們亟待解決的問題。其中CubeSat小衛(wèi)星就是代表。本文介紹了脈動式生產(chǎn)線的思想，計算方法，并在CubeSat上進(jìn)行模擬，并且對整個總裝過程進(jìn)行分析評價，最后提出了所需要細(xì)化的問題和所需的方法。關(guān)鍵詞： 脈動式生產(chǎn)線 微小衛(wèi)星 總裝 CubeSat1脈動式生產(chǎn)線與精益生產(chǎn)思想脈 動 裝 配 生 產(chǎn) 線 （Pulse Assembly Lines）最初從 Ford 公司的移動式汽車生產(chǎn)線衍生而來，是連續(xù)移動裝配生產(chǎn)線的過渡階段， 不同的是脈動裝配生產(chǎn)線可以設(shè)定緩沖時間， 對生產(chǎn)節(jié)拍要求不高，

3、 當(dāng)生產(chǎn)某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，整個生產(chǎn)線可以不移動，或留給下個站位去解決，當(dāng)飛機(jī)的裝配工作全部完成時，生產(chǎn)線就脈動一次。整條生產(chǎn)線由4 部分組成：脈動主體、 物流供給系統(tǒng)、 可視化管理系統(tǒng)、 技術(shù)支持。（1）脈動主體：站位設(shè)施、 對接定位設(shè)備、 可移動的裝配設(shè)備等。（2）物流供給系統(tǒng)：AGV 車、 完備的配套和配送系統(tǒng)。（3）可視化管理系統(tǒng)：現(xiàn)場可視化系統(tǒng)、ERP 與 MES 無縫融合的信息管理系統(tǒng)、 工作現(xiàn)場的固定和移動終端。2生產(chǎn)線配置與柔性設(shè)計原理生產(chǎn)線配置首先是生產(chǎn)線平衡問題，生產(chǎn)線平衡問題研究如何安排生產(chǎn)線工位，即需要設(shè)置多少個工位和每個工位的作業(yè)內(nèi)容是什么?！捌胶狻钡囊饬x體現(xiàn)在每個工

4、位的工作量相當(dāng)。生產(chǎn)線平衡的目的是盡量使每個工位都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，閑置時間最少，以求生產(chǎn)線效率最優(yōu)。時下，為快速適應(yīng)市場需求的變化，生產(chǎn)方式的靈活性和可變性正越來越受到企業(yè)的重視。柔性生產(chǎn)的思想正是為了快速適應(yīng)市場需求的變化而產(chǎn)生的。柔性生產(chǎn)是指企業(yè)通過變革生產(chǎn)方式，以快速對應(yīng)市場需求變化的一系列方法。柔性生產(chǎn)是關(guān)于生產(chǎn)方式的一種理念，而不是一門技術(shù)，沒有一種普遍適用的柔性生產(chǎn)方式。實現(xiàn)柔性生產(chǎn)需要的是不斷改善的意識，并沒有什么必須要掌握的關(guān)于柔性生產(chǎn)的技術(shù)。同樣具有柔性生產(chǎn)理念的企業(yè)，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的方式卻并不一定相同。2.1生產(chǎn)線平衡2.1.1三個基本概念生產(chǎn)(shngchn

5、)節(jié)拍是相鄰兩個產(chǎn)品通過生產(chǎn)線尾端的時間(shjin)間隔，即每隔多長時間有一件產(chǎn)品從生產(chǎn)線流出。其計算公式為：基本作業(yè)單元是生產(chǎn)線上不能再分解的動作，如果再分解，就產(chǎn)生(chnshng)多余動作。生產(chǎn)線效率是衡量生產(chǎn)線平衡優(yōu)劣的指標(biāo)，為總有效時間占總付出時間的百分比，閑置時間越少生產(chǎn)線效率越高。生產(chǎn)線效率的計算公式為：2.1.2生產(chǎn)線平衡步驟生產(chǎn)線平衡的步驟如下：（1）用一個流程圖表示出基本動作的先后關(guān)系。流程圖由圓圈和箭頭組成，圓圈代表一個基本作業(yè)單元，箭頭表示作業(yè)順序。（2）計算生產(chǎn)節(jié)拍（C）（3）用下面的公式計算出所需要的工位數(shù)（N）：結(jié)果取不小于計算值的最小整數(shù)。計算出的工位數(shù)為理論

6、上滿足要求的最少工位數(shù)。（4）向第一個工位分配基本作業(yè)單元，一次一項，逐項增加，直到完成作業(yè)的時間等于節(jié)拍，或由于受作業(yè)時間或操作次序的限制其他基本作業(yè)單元不能再增加為止。 重復(fù)這個過程向第二個工位分配作業(yè)，然后是第三個工位，直到將所有基本作業(yè)單元分配完畢。分配作業(yè)時，首先分配具有第一特征的基本作業(yè)單元，若有問題，則分配具有第二特征的基本作業(yè)單元。其中第一特征為：具有最多后續(xù)作業(yè)；第二特征為：持續(xù)時間最長。（5）計算效率，評價生產(chǎn)線平衡效果。（6）如果結(jié)果不如人意，進(jìn)一步調(diào)整生產(chǎn)線的平衡。2.1.3生產(chǎn)線平衡計算方法舉例某型玩具車要在一個傳送帶上組裝，每天生產(chǎn)1000臺，每天的生產(chǎn)時間是8小時

7、， 圖表1列出了組裝的基本作業(yè)單元和時間：基本動作時間（秒）動作描述必須提前的作業(yè)A23組裝車體支架B6安裝前后軸AC5擰緊支架螺釘BD27組裝傳動組件E9安裝電路板DF7安裝前輪CG7安裝后輪CH7安裝遙控組件EI7安裝馬達(dá)EJ5總裝，擰緊4個螺釘F、G、H、IK5測試J總時間T108圖表1 某型玩具車組裝的基本(jbn)作業(yè)單元和時間 下面我們看看如何(rh)按以上介紹的規(guī)則來配置玩具車的組裝生產(chǎn)線。第一步：畫流程圖圖表(tbio)2以流程圖的形式反映了圖表1中各基本作業(yè)單元的次序關(guān)系。圖表2 某型玩具車組裝作業(yè)流程圖 G第二步：計算生產(chǎn)節(jié)拍計算時將每天的工作時間換算成秒，因為作業(yè)時間是以

8、秒表示的。 第三步：計算工位數(shù)這是計算出的工位數(shù)的理論值，實際數(shù)量可能會大一些。第四步：向工位分配作業(yè)各基本作業(yè)單元后續(xù)作業(yè)數(shù)量如圖表3所示：基本作業(yè)單元ABCDEFGHIJK后續(xù)作業(yè)數(shù)量65454222210圖表3 各基本作業(yè)單元后續(xù)(hux)作業(yè)數(shù)量 向各工位分配作業(yè)(zuy)的過程如圖表4所示：工位作業(yè)作業(yè)時間（秒）剩余時間（秒）可安排的緊后作業(yè)緊后作業(yè)最多的作業(yè)持續(xù)時間最長的作業(yè)工位1A235.8（空閑）無工位2D271.8（空閑）無工位3B622.8C、EC、EEE913.8C、H、ICC58.8F、G、H、IF、G、H、IF、G、H、IF（注）71.8（空閑）無工位4G721.8H

9、、IH、IH、IH（注）714.8II77.8JJ52.8（空閑）無工位5K523.8（空閑）無注：若最長時間相等，任選一項作業(yè)。圖表(tbio)4 向各工位分配作業(yè)的過程第五步：計算效率： 效率為75%意味著生產(chǎn)線不平衡或閑置時間達(dá)25%，共有36秒的閑置時間（28.85112），最輕松的工位是工位5。第六步：進(jìn)一步調(diào)整生產(chǎn)線的平衡能不能得到一個更好的平衡方案呢？在本例中，答案是肯定的。在本例中，將第一特征和第二特征交換，就會得到一個更好的方案。進(jìn)一步調(diào)整生產(chǎn)線平衡可能采取的方法還有進(jìn)行作業(yè)分解和采取柔性生產(chǎn)布置等。2.1.4作業(yè)分解最長的基本作業(yè)單元時間決定了生產(chǎn)節(jié)拍的最小可能值。最長的基

10、本作業(yè)單元時間就是生產(chǎn)節(jié)拍的下限，除非有可能將作業(yè)分解到兩個或更多的工位上去?？紤]下面的例子，假設(shè)一條生產(chǎn)線的基本作業(yè)單元的時間分別為：25秒、42秒、17秒、15秒、22秒、18秒、9秒、15秒、27秒，生產(chǎn)線每天運行8小時，每天的產(chǎn)量為800臺。滿足800臺/天產(chǎn)量的生產(chǎn)節(jié)拍是36秒（86060）/800，現(xiàn)在面臨的問題是有一個基本作業(yè)單元的時間是42秒，大于36秒，應(yīng)該怎么辦呢？有許多(xdu)方法可以使42秒的作業(yè)適合36秒的節(jié)拍?？赡懿捎玫霓k法如下：（1）作業(yè)(zuy)分解將這個作業(yè)分配(fnpi)到兩個工位上，雖然會產(chǎn)生多余動作。（2）作業(yè)共享讓相鄰的工位對該作業(yè)進(jìn)行一點共享，這樣

11、相鄰的工位就能幫助完成一部分作業(yè)。作業(yè)共享與作業(yè)分解不同，對于作業(yè)共享而言，相鄰工位只是提供幫助，而不是獨立完成作業(yè)的某一部分。（3）設(shè)立平行工位將作業(yè)分配給兩個平行操作的工位。（4）聘用操作技能高的工人聘用操作技能高的工人也許能滿足36秒的要求。 （5）加班以42秒每臺的速度每天能生產(chǎn)685臺，比800臺少115臺，生產(chǎn)115臺需要加班約80分鐘（11542/60）。 （6）改進(jìn)設(shè)計對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)使作業(yè)時間稍微減少是有可能的。其他減少作業(yè)時間的辦法包括設(shè)備改進(jìn)、生產(chǎn)線設(shè)立備用人員、改進(jìn)材料以及由多技能的工人組成團(tuán)隊來操作生產(chǎn)線而不是讓生產(chǎn)線的工人各負(fù)其責(zé)。2.2生產(chǎn)線布置2.2.1直線型

12、與U型生產(chǎn)線以上生產(chǎn)線平衡事例對工位的配置結(jié)果如圖表5所示，這是直線型生產(chǎn)線布置，是最常見的一種生產(chǎn)線布置方式。ADBECFGHIJK圖表5 直線型生產(chǎn)線布置如果將以上事例的生產(chǎn)線布置成U型，將得到圖表6所示的布置。ABECFJIHGKD圖表6 U型生產(chǎn)線布置在以上生產(chǎn)線平衡事例中，將生產(chǎn)線布置成U型使5個工位減少為4個，因為A、K兩個作業(yè)可以由一個人來完成。U型生產(chǎn)線布置是柔性生產(chǎn)和精益生產(chǎn)中經(jīng)常采用的一種生產(chǎn)線布置方式。U型生產(chǎn)線布置讓生產(chǎn)線拐個彎，將生產(chǎn)線上的物品投入口和輸出口放在一個地點。相對于將物品投入口和輸出口分開的直線型生產(chǎn)線布置，它有如下優(yōu)點：為生產(chǎn)線的平衡(pnghng)提供

13、更多的可能性；隨生產(chǎn)線流動的產(chǎn)品托板、工夾具等流回到起點，減少(jinsho)了搬送作業(yè)；一人進(jìn)行多項操作時，有利于減少人員(rnyun)走動；不用安排不同的人進(jìn)行投入材料和收集成品的工作；物流路線更加順暢。有時將U型生產(chǎn)線的首尾連在一起，成為O型生產(chǎn)線，進(jìn)一步減少產(chǎn)品托板和工夾具等的搬送。2.2.2便于作業(yè)共享的生產(chǎn)線布置作業(yè)共享，即相鄰工位的員工互相提供幫助，能起到自動平衡生產(chǎn)線的作用。因此，在工位的安排上要注意不要將員工隔離或封閉起來，應(yīng)該為作業(yè)共享創(chuàng)造條件，如圖表7所示。圖表7 有利于作業(yè)共享的生產(chǎn)線布置2.3 柔性(ru xn)生產(chǎn)2.3.1柔性(ru xn)生產(chǎn)的特點“柔性(ru

14、xn)”是指企業(yè)能根據(jù)市場需求的變化，快速提高和降低產(chǎn)能、變換產(chǎn)品品種的能力。大型生產(chǎn)線產(chǎn)能固定，為制造特定產(chǎn)品而設(shè)置，因而不具有柔性。柔性生產(chǎn)是相對于大型生產(chǎn)線難以變動的“剛性”而言，更具有靈活性和可變性。柔性生產(chǎn)通常具有以下特點：（1）生產(chǎn)線較小柔性生產(chǎn)的主要特點可以用一個字來概括，那就是“小”，小才具有靈活性。設(shè)置多條獨立工作的小型生產(chǎn)線來代替一條大型生產(chǎn)線，當(dāng)產(chǎn)品需求量增加或減少時，可以很容易地通過復(fù)制或拆除小型生產(chǎn)線來加以對應(yīng)。同時，用多條小型生產(chǎn)線來代替一條大型生產(chǎn)線，也為多品種同時生產(chǎn)提供了更有效的手段。因此，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的主要方法，就是將生產(chǎn)線小型化。撇開柔性生產(chǎn)而言，縮短生產(chǎn)

15、線也應(yīng)該是工廠改善的重點。從生產(chǎn)線平衡的角度看，人數(shù)越多的生產(chǎn)線越難以平衡，其效率通常是不高的。生產(chǎn)線越長、人數(shù)越多也意味著有更多的在制品在生產(chǎn)線上，這也必然影響到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。而且生產(chǎn)線上的人數(shù)越多，出錯誤的機(jī)會也越多，就將導(dǎo)致越多的質(zhì)量問題和越多的停機(jī)時間。（2）低成本設(shè)置生產(chǎn)線低成本設(shè)置生產(chǎn)線是生產(chǎn)柔性的要求。如果生產(chǎn)線是花大價錢設(shè)置的，要進(jìn)行復(fù)制、拆除或改動就不是那么容易了，生產(chǎn)方式也就失去了“柔性”。到一些實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的工廠去參觀，可能發(fā)現(xiàn)他們的生產(chǎn)線很簡陋，有的甚至是在以類似作坊的方式進(jìn)行生產(chǎn)，不能認(rèn)為那樣的生產(chǎn)方式就是落后的，對此種現(xiàn)象需要以柔性生產(chǎn)的眼光來看待。低成本設(shè)置

16、生產(chǎn)線除了要求組建生產(chǎn)線的材料要簡單、廉價，而且要求材料盡可能具有通用性，方便生產(chǎn)線變動時重復(fù)使用。（3）持續(xù)變革生產(chǎn)方式柔性生產(chǎn)是為了快速對應(yīng)市場需求的變化，市場需求的不斷變化要求企業(yè)的生產(chǎn)方式也相應(yīng)做出調(diào)整。企業(yè)所采用的柔性生產(chǎn)方式本身并不是一成不變的，需要進(jìn)行改進(jìn)甚至創(chuàng)造新的柔性生產(chǎn)方式以適應(yīng)市場的變化。每個企業(yè)的實際情況都不一樣，沒有一種普遍適用的柔性生產(chǎn)方式。企業(yè)柔性生產(chǎn)的實現(xiàn)，需要結(jié)合本企業(yè)的生產(chǎn)特點和面臨的市場環(huán)境等實際情況，創(chuàng)造性地建立適合本企業(yè)的生產(chǎn)方式，并不斷進(jìn)行改進(jìn)。良好的現(xiàn)場改善氣氛對企業(yè)柔性生產(chǎn)的實現(xiàn)是有很大幫助的。成功實現(xiàn)柔性生產(chǎn)的工廠，生產(chǎn)線上的許多改善裝置常常就

17、是出自現(xiàn)場員工之手。2.3.2單元生產(chǎn)單元生產(chǎn)（Cell Manufacturing）是生產(chǎn)線小型化的產(chǎn)物。當(dāng)設(shè)置多條小型生產(chǎn)線來代替大型生產(chǎn)線，且每條小型生產(chǎn)線都能獨立完成大型生產(chǎn)線的工作時，這樣的一條小型生產(chǎn)線就是一個生產(chǎn)單元。單元生產(chǎn)是最常見的一種柔性生產(chǎn)方式。單元生產(chǎn)的優(yōu)點不僅在于方便復(fù)制和拆除，為快速對應(yīng)產(chǎn)量的變化提供了可能，同時，以多個生產(chǎn)單元來代替一條大型生產(chǎn)線，也方便了多品種同時生產(chǎn)。實行單元生產(chǎn)要求單元內(nèi)的工人必須受過更好的訓(xùn)練(xnlin)，能夠完成多種操作。由于單元生產(chǎn)是每個單元獨立完成工作的，因此每個單元都需要使用全套的工具和檢測設(shè)備，以“單元(dnyun)化”的方式(

18、fngsh)取代同樣產(chǎn)能的一條生產(chǎn)線，可能需要更高的投資。為降低單元設(shè)置費用，除了盡量使用簡單、廉價，且具有通用性的材料外，可考慮將高價值的工具和檢測設(shè)備在兩個以上單元之間共用。工廠產(chǎn)品市場需求的變化通常在一個區(qū)間內(nèi)，由固定部分和變動部分組成。工廠實行柔性生產(chǎn)時，根據(jù)實際情況，可以采用既有生產(chǎn)線和生產(chǎn)單元相結(jié)合的形式，將固定產(chǎn)量部分在既有生產(chǎn)線上生產(chǎn)，變動部分在單元內(nèi)生產(chǎn)。將生產(chǎn)線小型化做到極至，就是“一人生產(chǎn)方式”。在一人生產(chǎn)方式中，一個工人完成組裝產(chǎn)品（或產(chǎn)品的一個組件）的全部操作。當(dāng)產(chǎn)品（或組件）組裝的工序較少，且產(chǎn)量不大時，一人生產(chǎn)方式因其極好的靈活性在特定情況下也是適用的。一人生產(chǎn)方

19、式也有生產(chǎn)線和工位，工人通過在各工位之間順序移動完成產(chǎn)品（或組件）的組裝。為便于工人在工位間移動，一人生產(chǎn)方式通常采用站立式作業(yè)，并常常將生產(chǎn)線設(shè)置成U型或O型，以減少工人的移動和產(chǎn)品托板、工夾具等的搬送。一種變型的一人生產(chǎn)方式是“巡回生產(chǎn)方式”。在巡回生產(chǎn)方式中，一個工人獨立完成組裝產(chǎn)品（或組件）的全部操作，但多個工人同時在生產(chǎn)線上進(jìn)行相同的作業(yè)。3 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)及其裝配3.1 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)衛(wèi)星都是由有效載荷和平臺兩部分組成。有效載荷是衛(wèi)星的核心部分，隨衛(wèi)星不同用途而異，功能不一按其功能一般可分為通信廣播、對地觀測、導(dǎo)航定位、科學(xué)探測和技術(shù)試驗五大類，實際上每一大類中具體的有效載荷的功能、性能也很不

20、相同。有效載荷的品種多，技術(shù)更新快，若單獨生產(chǎn)較為繁瑣，因此提出標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的概念，其中平臺標(biāo)準(zhǔn)化比較容易實現(xiàn)。國外的空間工業(yè)部門，特別是一些主要的空間制造商，經(jīng)過多年的實踐已推出一批標(biāo)準(zhǔn)化的平臺。平臺是由星載各服務(wù)系統(tǒng)組合而成的一個艙段或幾個艙段，例如：服務(wù)艙、有效載荷艙(不含有效載荷)、推進(jìn)艙、返回艙等(如下所示)：圖表8 衛(wèi)星(wixng)結(jié)構(gòu)要想對衛(wèi)星進(jìn)行流水線生產(chǎn)，需要了解衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)(jigu)，從而確定其裝配的順序，合理分配工位，實現(xiàn)脈動式流水線生產(chǎn)。衛(wèi)星裝配中必不可少的系統(tǒng)有：電源系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、姿軌控系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、有效載荷。3.1.1結(jié)構(gòu)(jigu)系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星的性能、使用、制

21、造等要求，我們選擇合適的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)形式和材料。結(jié)構(gòu)構(gòu)型的選擇主要是從性能要求、使用要求、制造要求和成本要求等方面考慮。微小衛(wèi)星的構(gòu)型目前常見的有箱板式、桁架式、中心承力筒式和多層箱體組合疊放結(jié)構(gòu)等幾種。箱板式結(jié)構(gòu)：壁板既可以為衛(wèi)星提供外部輪廓，同時擔(dān)當(dāng)主承力結(jié)構(gòu)以及安裝界面，此構(gòu)型具有結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部空間富余，造價低廉等優(yōu)點，但也存在強(qiáng)度不足的情況，在選用此結(jié)構(gòu)形式時可考慮與桁架式結(jié)構(gòu)混合使用，來彌補(bǔ)箱板式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的缺陷，并且也可解決單獨使用桁架式結(jié)構(gòu)重量過大的問題。中心承力筒結(jié)構(gòu)：可將其看作是一個圓柱形的殼體，以此作為衛(wèi)星的主承力結(jié)構(gòu)，由于承力筒重量過大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，空間布局形式不夠理想等

22、原因很少應(yīng)用在微小衛(wèi)星上。多層箱體組合疊放結(jié)構(gòu)：采用多個大小相同的方形箱體堆放在一起，并用金屬桿件進(jìn)行固定連接的形式，它的好處在于將整個機(jī)構(gòu)采用模塊化的形式進(jìn)行設(shè)計，這樣既能提高靈活性又能降低制造成本。圖表9 衛(wèi)星(wixng)結(jié)構(gòu)構(gòu)型 3.1.2電源(dinyun)系統(tǒng)電源系統(tǒng)由太陽電池陣、儲能(ch nn)蓄電池組、電源控制器組成。太陽電池陣為電源系統(tǒng)的發(fā)電裝置，由于微小衛(wèi)星體積小、重量輕，整星沒有軌道控制系統(tǒng)，因此其太陽電池陣供電系統(tǒng)一般采用光電轉(zhuǎn)換效率較高的體裝式太陽電池陣。儲能蓄電池組負(fù)責(zé)在衛(wèi)星進(jìn)入陰影期時為衛(wèi)星提供能源，由于微小衛(wèi)星基本為低軌道衛(wèi)星，軌道周期較短，一般為 90 分鐘

23、左右，每圈都有陰影期，為 30 分鐘左右，每圈可供充電的時間較短。而且，低軌道衛(wèi)星的有效載荷往往僅在特定區(qū)域或特定時間開機(jī)，有較多次的短期負(fù)載，因此蓄電池組必須選用比能量較高的蓄電池組。電源控制器是電源系統(tǒng)的核心部件，它提供電源系統(tǒng)的供電母線，在光照區(qū)完成對太陽電池陣輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，在地影區(qū)對蓄電池組實施充放電控制以及保護(hù)等等，提供電源系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)及地面支持設(shè)備的接口，完成遙測信號的取樣及預(yù)處理，接受并執(zhí)行遙控指令及地面有線指令。微小衛(wèi)星由于系統(tǒng)比較簡單，因此將衛(wèi)星的配電系統(tǒng)與供電系統(tǒng)合二為一，統(tǒng)一為電源系統(tǒng)，因此，電源系統(tǒng)設(shè)計中還包括配電器單元電路。3.1.3熱控系統(tǒng)衛(wèi)星熱控系統(tǒng)分為主

24、動熱控和被動熱控。在被動熱控中，運用比較廣泛的是熱控涂層，采用高吸收發(fā)射比的熱控涂層來提高衛(wèi)星整體和熱控面的溫度水平，采用 S-781 白漆以及石英玻璃鍍鋁二次表面鏡來加強(qiáng)散熱面的散熱效果以及采用高發(fā)射率的熱控涂層來加強(qiáng)星內(nèi)輻射換熱等等，實踐表明這些熱控涂層都達(dá)到了預(yù)期的效果。此外為了減少外熱流的影響，大部分衛(wèi)星在外表面粘貼多層隔熱材料（Multi-layer heat insulition 簡稱MLI）。隨著衛(wèi)星技術(shù)的日益發(fā)展，特別是一些對溫度及溫度梯度要求很高的儀器設(shè)備的采用，這時單獨的被動熱控不能很好地解決問題，于是主動熱控就成為一種有益的補(bǔ)充，它能達(dá)到很高的控制精度。對氫鎳電池組采用電

25、加熱器主動控溫的方法，在軌飛行驗證：四塊 Cd-Ni 蓄電池一直穩(wěn)定工作在 36的最佳溫度，電池塊之間的溫差小于 2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足-515的設(shè)計要求；上海航天技術(shù)研究院的趙小翔用毛細(xì)回路技術(shù)（Capillary Pumped Loop 簡稱CPL）對風(fēng)云一號C 星的氫鎳電池組進(jìn)行主動熱控，衛(wèi)星在軌運行測試表明：衛(wèi)星溫度處于最佳狀態(tài)，鎘鎳電池組的溫度控制在49的范圍內(nèi)，6臺鎘鎳電池組之間溫差小于3，滿足鎘鎳電池組的特殊溫度要求。等溫化設(shè)計可以改善艙內(nèi)儀器設(shè)備間的換熱，減小溫差(wnch)，另一方面能減小個別儀器設(shè)備熱功耗的變化引起的溫度波動，當(dāng)儀器設(shè)備進(jìn)行調(diào)換時，也不會因熱功耗或尺寸的不同，帶來較大

26、的溫度變化，這對于公用平臺的設(shè)計，適應(yīng)有效載荷的變化，具有實際意義。這其中主要有以下幾種實現(xiàn)方式： （1）熱控涂層的應(yīng)用：在衛(wèi)星內(nèi)部所有外側(cè)壁板的內(nèi)表面和儀器的外表面都噴涂高發(fā)射率的涂層有助于加強(qiáng)衛(wèi)星內(nèi)部地輻射換熱效果，這從一定程度上降低(jingd)了衛(wèi)星內(nèi)部地溫度差異。東方紅三號采用了這種方式。（2）熱管的應(yīng)用：熱管在衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中被廣泛地應(yīng)用，它可以(ky)布置在儀器的安裝位置下面，預(yù)埋在安裝儀器的蜂窩板夾層內(nèi)，起到拉平蜂窩板溫度的效果。在“神舟”號飛船的熱設(shè)計中通過熱管設(shè)計來減少返回艙的周向溫差。熱管還可以布置在衛(wèi)星本體的側(cè)壁上，從而可以降低衛(wèi)星本體朝陽面和背陽面之間的溫差。 （3）導(dǎo)

27、熱填充材料的應(yīng)用：對于熱功耗比較大的儀器設(shè)備來說，其底面和安裝板之間的接觸熱阻比較大，此時可以在這類儀器設(shè)備的底面和安裝板之間填充導(dǎo)熱填料來降低接觸熱阻，可以起到比較好的效果。（4）多層隔熱材料的應(yīng)用：多層隔熱材料用于等溫化設(shè)計的一個比較突出的范例便是在衛(wèi)星本體的外表面布置多層隔熱材料，可以在很大程度上降低空間外熱流對衛(wèi)星溫度場的影響。此外，流體循環(huán)換熱回路以及毛細(xì)抽吸兩相環(huán)(CPL)都在衛(wèi)星的等溫化設(shè)計中也得到了比較廣泛的應(yīng)用。3.1.4姿軌控系統(tǒng)衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)是整個衛(wèi)星系統(tǒng)的重要組成部分，是一個嵌入式實時控制系統(tǒng)。它不同于一般的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)復(fù)雜，要求較高的可靠性。圖表10 姿軌控系統(tǒng)結(jié)

28、構(gòu)姿軌控系統(tǒng)主要包括敏感器 、控制計算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常見的姿軌控敏感器有：地球敏感器（紅外、紫外）、太陽敏感器、星敏感器、載波相位查分GPS磁強(qiáng)計、陀螺等。姿軌控計算機(jī)采集、處理敏感器信號，根據(jù)控制算法產(chǎn)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動信號，使得在有外界擾動的情況下，衛(wèi)星仍滿足姿態(tài)及軌道要求，實現(xiàn)姿態(tài)確定與姿態(tài)穩(wěn)定控制，提供高精度的姿態(tài)測量數(shù)據(jù)，完成正常軌道運行期間的姿態(tài)穩(wěn)定控制，克服由于軌道維持及軌道機(jī)動所產(chǎn)生的姿態(tài)擾動，將姿態(tài)角和姿態(tài)角速率控制在任務(wù)要求的范圍內(nèi)。姿態(tài)軌道控制的執(zhí)行可以通過(tnggu)噴氣控制和飛輪控制來完成。3.2衛(wèi)星(wixng)裝配衛(wèi)星總裝實施(shsh)過程分為組件、部件總裝，功

29、能組建總裝，艙段總裝和整星總裝。下圖為某衛(wèi)星的總裝過程：圖表11 某衛(wèi)星總裝過程該衛(wèi)星的總裝流程主要由結(jié)構(gòu)殼體裝配、單機(jī)裝配、電纜裝配等組成。在衛(wèi)星CubeSat的裝配中，同理根據(jù)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)及其平臺設(shè)計總裝流程，分配工位，從而實現(xiàn)脈動式流水線生產(chǎn)。4 CubeSat簡介及模擬總裝過程4.1 CubeSat衛(wèi)星CubeSat衛(wèi)星雖然體積小，但大衛(wèi)星需要的系統(tǒng)它身上也都有，包括星務(wù)管理、通信、電源、姿態(tài)確定與控制、結(jié)構(gòu)熱控、載荷等。不同的衛(wèi)星任務(wù)決定了星上載荷的不同，從而對其他分系統(tǒng)的要求也不同，會根據(jù)具體的情況進(jìn)行不同的設(shè)計。比如載荷的體積較大，就要選擇2U或者3U的衛(wèi)星，耗電量較大的載荷就需要增

30、加太陽能帆板等。對于脈動試生產(chǎn)線實際應(yīng)用過程中，其在波音公司的成功實現(xiàn)是舉世矚目的，在CubeSat裝配過程中，其也可以使用并仿照波音公司的脈動式裝配生產(chǎn)線。在小衛(wèi)星裝配過程中，可以將小衛(wèi)星的裝配劃分成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等多個離散的工作區(qū)，使其在整個裝配線的移動過程中，每脈動一次，即可完成一定的裝配工作，從而實現(xiàn)整個裝配過程的脈動生產(chǎn)。而且在小衛(wèi)星裝配過程中，其接收到的每一個部件，如整體結(jié)構(gòu)，有效載荷，制導(dǎo)系統(tǒng)都是相當(dāng)于“成品”，及其部件內(nèi)不僅結(jié)構(gòu)完整，而且相應(yīng)的線路，電纜等都已經(jīng)安裝好，是典型的模塊化裝配。脈動式生產(chǎn)線在裝配過程中，核心思想是精益化制造，CubeSat小衛(wèi)星也可按照精益化生產(chǎn)

31、線原則進(jìn)行布局，使得零部件、工藝裝備、材料和人員都精確到達(dá)生產(chǎn)線所需要的使用地點。所以，在CubeSat小衛(wèi)星的裝配制造過程中，應(yīng)用脈動式裝配生產(chǎn)線是具有可行性的。應(yīng)用脈動式生產(chǎn)線進(jìn)行小衛(wèi)星(wixng)裝配時，對于制造(zhzo)型企業(yè)而言，如果(rgu)是按照流水線式的生產(chǎn)方式，其必然是成批生產(chǎn)，成批移動；在成批生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)具有重復(fù)性，產(chǎn)品品種較少，每種產(chǎn)品的產(chǎn)量較多，形成多品種周期性的輪番生產(chǎn)的特點。而在脈動式生產(chǎn)線的單件生產(chǎn)，單件移動的條件下，即按照工作流程將作業(yè)場地、設(shè)備（作業(yè)臺）合理配置，一般劃分為幾個工作段，產(chǎn)品在每個工作段生產(chǎn)時，零件一個一個地經(jīng)過各種工作地進(jìn)行加工、移動，

32、不是一批一批地加工、移動，每個工序最多只有一個在制品或成品。在每個工作段中從生產(chǎn)開始到完成之前，沒有在制品放置場地及入箱包裝的作業(yè)。作業(yè)人員隨著在制品走，從作業(yè)區(qū)的第一個工序到最后一個工序都是該作業(yè)人員操作。事實上如果產(chǎn)品按從原材料到成品的過程連續(xù)來生產(chǎn)的話，即單件流動，工作能更好、更有效地完成。在單件流動中，因為在每個工段中各工序銜接在一起，前工序做完一個在制品，就可立即“流”到下一工序繼續(xù)加工，所以工序間幾乎沒有搬運距離，也沒有在制品，因此在制品數(shù)量可以大幅度降低，生產(chǎn)空間也跟著減少了。不良品一旦發(fā)生，就可立即發(fā)現(xiàn)，而且很容易地確認(rèn)出是由哪一臺機(jī)器、哪一個作業(yè)者做出來的。這有助于消除不良品

33、。更重要的是生產(chǎn)周期大幅度縮短，更能滿足市場多變的需求。由于不必為每臺設(shè)備單獨設(shè)置人口存放處和出口存放處，場地也節(jié)省了許多。在脈動式生產(chǎn)的核心精益式生產(chǎn)的推動下，企業(yè)利用其所有資源盡力控制產(chǎn)品生產(chǎn)制造裝配過程中的非增益活動，從而使產(chǎn)業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)都得到改善。經(jīng)過波音公司的實踐過程，脈動式生產(chǎn)線在以下方面已經(jīng)有無數(shù)的實踐證明是取得成效的：庫存大幅降低，生產(chǎn)周期減短，質(zhì)量穩(wěn)定提高，各種資源（能源、空間、材料、人力）等的使用效率提高，各種浪費減少、生產(chǎn)成本下降，企業(yè)利潤增加。同時，員工士氣、企業(yè)文化、領(lǐng)導(dǎo)力、生產(chǎn)技術(shù)都在實施中得到提升，最終增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。對于服務(wù)型企業(yè)而言，提升企業(yè)內(nèi)部流程

34、效率，做到對顧客需求的快速反應(yīng)，可以縮短縮短從顧客需求產(chǎn)生到實現(xiàn)的過程時間，大大提高了顧客滿意度，從而穩(wěn)定和不斷擴(kuò)展市場占有率。在CubeSat小衛(wèi)星在裝配的過程中，針對于其在裝配過程中，產(chǎn)品種類眾多，制造技術(shù)專業(yè)復(fù)雜，而且在裝配過程中同一機(jī)型上不同子系統(tǒng)中的機(jī)電類產(chǎn)品都具有復(fù)雜的分類，不同類別產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和制造工藝差異巨大，生產(chǎn)線規(guī)劃和組織困難；產(chǎn)品轉(zhuǎn)換頻繁，生產(chǎn)管控困難，航空機(jī)電產(chǎn)品每年都有多個機(jī)型上千種機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)配套要求，各產(chǎn)品交付節(jié)點不同，且隨著國際環(huán)境的變化，新機(jī)型科研任務(wù)的陸續(xù)上馬，產(chǎn)品生產(chǎn)周期變得越來越短，給企業(yè)制造計劃的制訂、制造資源的分配以及生產(chǎn)組織管控提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；采

35、用固定式裝配模式，生產(chǎn)效率較低，而且在整個裝配生產(chǎn)過程中過度依賴工人技能，質(zhì)量保證水平低，由單人或同一班組完成所有工序的裝配工作，對裝配人員要求較高，由于不同操作人員對產(chǎn)品裝配過程的理解存在差異，操作技能水平參差不齊，造成產(chǎn)品的裝配流程不穩(wěn)定，致使產(chǎn)品裝配質(zhì)量不穩(wěn)定。鑒于上述現(xiàn)實問題，傳統(tǒng)的生產(chǎn)流水線方式已不再適用于現(xiàn)在的CubeSat小衛(wèi)星的裝配生產(chǎn)，所以實行脈動式裝配生產(chǎn)線是十分必要的。4.2總裝(zn zhun)流程計算與模擬經(jīng)多方查找資料，得出總裝表格如下，按照二所介紹的方法，進(jìn)行(jnxng)裝配工位分配。圖表12 CubeSat的部件劃分(hu fn)及推演的加工時間按照所介紹的方

36、法，模擬加工過程。結(jié)論如下：當(dāng)只考慮第一條件時，最多工位達(dá)到6個，生產(chǎn)率為66.7%。重新考慮第二特征，就能明顯優(yōu)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)率到達(dá)80%，但是此生產(chǎn)線依然是流水型的，并沒有出現(xiàn)目標(biāo)中的u型生產(chǎn)線優(yōu)化。生產(chǎn)節(jié)拍即脈動一次時間為9.75utime，需要4個工位，有效時間為39utime。模擬裝配過程圖如下，具體過程見裝配視頻。5 補(bǔ)充(bchng)說明5.1 研究(ynji)的顆粒度我們關(guān)于CubeSat的裝配工位劃分時，只停留在比較大的模塊層面來劃分，顆粒度較大。實際(shj)裝配過程中，比如說推進(jìn)板部分，這部分是系統(tǒng)下的小模塊，總裝過程只考慮把推進(jìn)板裝在總體上，而不考慮推進(jìn)板本身的總裝

37、過程。因為分系統(tǒng)自己的裝配可以在總裝之前完成，我們只給出一個參考的裝配表格。關(guān)于更細(xì)化的裝配過程，可通過蟻群算法來實現(xiàn)。5.2蟻群算法原理首先，螞蟻在前行的過程中要能盡量保持某種慣性，這樣使得螞蟻盡量向前方移動（開始，這個前方是隨機(jī)固定的一個方向），而不是原地?zé)o謂的打轉(zhuǎn)或者震動；其次，螞蟻要有一定的隨機(jī)性，雖然有了固定的方向，但它也不能像粒子一樣直線運動下去，而是有一個隨機(jī)的干擾。這樣就使得螞蟻運動起來具有了一定的目的性，盡量保持原來的方向，但又有新的試探，尤其當(dāng)碰到障礙物的時候它會立即改變方向，這可以看成一種選擇的過程，也就是環(huán)境的障礙物讓螞蟻的某個方向正確，而其他方向則不對。當(dāng)然，在有一只

38、螞蟻找到了食物的時候，大部分螞蟻會沿著信息素很快找到食物的。但不排除會出現(xiàn)這樣的情況：在最初的時候，一部分螞蟻通過隨機(jī)選擇了同一條路徑，隨著這條路徑上螞蟻釋放的信息素越來越多，更多的螞蟻也選擇這條路徑，但這條路徑并不是最優(yōu)（即最短）的，所以，導(dǎo)致了迭代次數(shù)完成后，螞蟻找到的不是最優(yōu)解，而是次優(yōu)解，這種情況下的結(jié)果可能對實際應(yīng)用的意義就不大了。螞蟻如何找到最短路徑的？這一是要歸功于信息素，另外要歸功于環(huán)境，具體說是計算機(jī)時鐘。信息素多的地方顯然經(jīng)過這里的螞蟻會多，因而會有更多的螞蟻聚集過來。假設(shè)有兩條路從窩通向食物，開始的時候，走這兩條路的螞蟻數(shù)量同樣多（或者較長的路上螞蟻多，這也無關(guān)緊要）。當(dāng)

39、螞蟻沿著一條路到達(dá)終點以后會馬上返回來，這樣，短的路螞蟻來回一次的時間就短，這也意味著重復(fù)的頻率就快，因而在單位時間里走過的螞蟻數(shù)目就多，灑下的信息素自然也會多，自然會有更多的螞蟻被吸引過來，從而灑下更多的信息素；而長的路正相反，因此，越來越多地螞蟻聚集到較短的路徑上來，最短的路徑就近似找到了。螞蟻在一定情況下也會犯錯誤，也就是它會按照一定的概率不往信息素高的地方走而另辟蹊徑，這可以理解為一種創(chuàng)新，這種創(chuàng)新如果能縮短路途，那么根據(jù)剛才敘述的原理，更多的螞蟻會被吸引過來。5.3 蟻群算法的應(yīng)用針對于CubeSat小衛(wèi)星的裝配，使用蟻群算時，可以先用數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行模擬，從一開始在對裝配路徑進(jìn)行模擬

40、時，首先讓程序螞蟻對裝配生產(chǎn)線的路徑進(jìn)行遍歷，每進(jìn)行一步，便會對所經(jīng)歷的路徑留下一個標(biāo)志進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)遍歷完了后程序螞蟻會沿原路返回，繼續(xù)作為一個新的程序螞蟻進(jìn)行遍歷，以此方式在裝配生產(chǎn)線中遍歷，經(jīng)過一段時間，會出現(xiàn)一條被標(biāo)記最多的線路就是我們所要的最短線路，這條路徑便是我們所要的最短路徑。當(dāng)裝配生產(chǎn)線很長的時候，程序螞蟻的遍歷就可能不會遍歷到盡頭便會發(fā)現(xiàn)一條有足夠多的標(biāo)記的線路，這條不完整的線路的已遍歷部分便可能是想要的最短路徑的一部分，在此路徑的結(jié)尾可以重新開始繼續(xù)向下遍歷，從而得到一段段的相對最短，從而連接得到一條線路，這條線路可能不是最短線路，是次優(yōu)解，但在實際的生產(chǎn)加工過程中可以先沿用這條路徑，在生產(chǎn)經(jīng)驗中在對裝配生產(chǎn)的路徑進(jìn)行進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，從而得到更加精確更加短的路徑。5.4 精益管理(gunl)“精”少投入、少消耗資源(zyun)、少花時間，尤其是要減少不可再生資源的投入和耗費，高質(zhì)量?！耙妗倍喈a(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)企業(yè)升級的目標(biāo)。更加，精益求精。精益企業(yè)的概念始創(chuàng)于豐田公司大野耐一實行(shxng)的即時生產(chǎn)概念，其核心是在