航空制造企業(yè)虛擬單元敏捷制造研究

航空制造企業(yè)虛擬單元敏捷制造研究航空裝備制造企業(yè)大多屬于典型的多品種小批量生產(chǎn)類型，由于產(chǎn)品品種規(guī)格多、工藝離散程度高，生產(chǎn)組織與管理存在諸多問題。為了提高此類企業(yè)的生產(chǎn)績(jī)效，有學(xué)者提出了在基于工藝專業(yè)化原則的設(shè)備布局方式下建立虛擬制造單元的思路和方法。目前關(guān)于虛擬制造單元構(gòu)建方法的研究尚不完善，主要存在的問題是對(duì)于產(chǎn)品在虛擬制造單元中加工過程的跟蹤、協(xié)調(diào)以及控制的復(fù)雜度依然很高，難以實(shí)現(xiàn)較高的制造敏捷性。另外，在構(gòu)建虛擬單元完成后，還經(jīng)常面臨共享制造資源的問題，導(dǎo)致單元被迫中斷其連續(xù)的生產(chǎn)過程，從而嚴(yán)重影響單元實(shí)施的效果。本文利用零件聚類和工藝聚類兩種聚類相結(jié)合的方法，對(duì)零件加工流程進(jìn)行模塊化分析，形成制造系統(tǒng)流程模塊庫。這種方法能夠通過標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用降低虛擬制造單元的控制難度，提高虛擬制造單元的構(gòu)建速度，通過降低物流次數(shù)達(dá)到提高制造系統(tǒng)敏捷型的目的。1虛擬制造單元構(gòu)建及流程模塊化在生產(chǎn)組織過程中，虛擬制造單元無需根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)路徑的要求對(duì)已經(jīng)布置在單元中的設(shè)備進(jìn)行重新布置，而是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的加工要求以單元中的設(shè)備為“設(shè)備池”構(gòu)建臨時(shí)性的虛擬單元。構(gòu)造虛擬制造單元的目的是將制造功能特征相似的制造資源或工藝特征相似的工件分別聚合，形成不同的虛擬制造單元。從而把單件、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為批量生產(chǎn)，在保持單件、小批量生產(chǎn)柔性的同時(shí)，獲取批量生產(chǎn)的效益。以零件加工制造系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過零件聚類和工藝聚類，對(duì)多品種小批量制造系統(tǒng)中零件的加工流程進(jìn)行模塊分解和歸納，從而得到制造系統(tǒng)的流程模塊庫，實(shí)現(xiàn)零件加工流程的可重構(gòu)。具體規(guī)劃過程如下。1．1零件聚類首先基于零件的加工流程和路徑建立全體零件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。根據(jù)各種零部件的構(gòu)成數(shù)量，得出反映零部件數(shù)量比重的零件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。最后借助統(tǒng)計(jì)分析軟件Minitab中設(shè)定的AverageLinkage等選項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)拈y值進(jìn)行零件聚類，最終得到粒度適中的相似性零件組合。這一步通過標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用的思路，實(shí)現(xiàn)了降低虛擬制造單元的控制難度的目的，從而提高虛擬制造單元的構(gòu)建速度，最終提高制造系統(tǒng)的敏捷性。1．2工藝聚類在上一步得到的每一個(gè)零件組合內(nèi)建立零部件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。借助統(tǒng)計(jì)分析軟件Minitab中設(shè)定的平均值距離等選項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)拈y值進(jìn)行工藝聚類，得到局部流程模塊。通過降低物流次數(shù)達(dá)到提高制造系統(tǒng)敏捷型的目的。1．3模塊整合基于上兩步的結(jié)論，梳理所有零件組內(nèi)的流程模塊，形成全局的流程模塊庫，定義流程庫的概念。在處理新零件加工路徑時(shí)，系統(tǒng)能夠分析新流程，并由此建立虛擬制造單元?；诰垲惙治黾夹g(shù)對(duì)制造流程進(jìn)行分析，可以建立制造流程的層次化模型，并以此為基礎(chǔ)建立制造流程模塊和動(dòng)態(tài)流程庫。制造流程模塊和動(dòng)態(tài)流程庫為建立動(dòng)態(tài)的虛擬制造單元提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，當(dāng)需要完成新訂單的制造任務(wù)時(shí)，計(jì)算機(jī)將根據(jù)新訂單的制造流程將其納入動(dòng)態(tài)流程庫，歸并為某一制造流程模塊或產(chǎn)生新的模塊，同時(shí)生產(chǎn)虛擬制造單元的結(jié)構(gòu)。2虛擬單元的共享資源問題構(gòu)建虛擬單元完成后，經(jīng)常面臨共享制造資源的問題，即生產(chǎn)工序（如熱處理、噴砂、電鍍等）在與其他生產(chǎn)單元共享這些公共資源時(shí)，導(dǎo)致單元被迫中斷其連續(xù)的生產(chǎn)過程，從而嚴(yán)重影響單元實(shí)施的效果。因此各單元需要加工的產(chǎn)品應(yīng)在盡量滿足單元內(nèi)部生產(chǎn)節(jié)奏不被影響的條件下，制定共享資源的解決方法。2.1消除共享資源根據(jù)共享資源問題的實(shí)際情況和技術(shù)細(xì)節(jié)，通過技術(shù)的改進(jìn)、改善或革新，消除必須在單元外完成的工序?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面考慮：1）采用新技術(shù)或小型設(shè)備。例如，對(duì)于熱處理、電鍍等工藝過程，由于設(shè)備的加工能力較大，再考慮到運(yùn)行成本、環(huán)境保護(hù)等問題，傳統(tǒng)的做法是將所有車間或單元的待加工工件運(yùn)至相應(yīng)處理車間，進(jìn)行一定批量的加工處理。雖然從效率和單件加工成本角度來看，小型化設(shè)備不如大批量加工合算，但是它能夠有效的縮短生產(chǎn)周期，使得單元的封閉性得到恢復(fù)，進(jìn)而帶來一系列單元制造的優(yōu)勢(shì)。2）對(duì)加工工序進(jìn)行分析，采取措施，改進(jìn)或去掉需要共享資源的工序。例如，可改變加工順序，改變和調(diào)整某些工序；也可采用新工藝，如改變涂層工藝，用噴漆代替電鍍，則可以在單元內(nèi)用噴槍完成這一工序。利用工業(yè)工程技術(shù)對(duì)需要使用共享資源進(jìn)行單元外加工的工件進(jìn)行工藝流程分析。通過分析看能否去掉某些工序，或者調(diào)整工序的順序，使得單元外加工工序處在單元的起始或終了位置。3）考慮建立兩個(gè)單元。在工藝允許的前提下，可以考慮以共享資源為界限，將使用共享資源的單元拆分成兩個(gè)獨(dú)立的單元。一個(gè)在共享資源之前，為共享資源提供半成品；另一個(gè)在共享資源之后，以共享資源加工的半成品為該單元的輸入。兩個(gè)新的單元中均不需要原來的共享資源，共享資源做為單獨(dú)的一個(gè)工序分出來，使單元的規(guī)模變小，但保證了封閉性，從而消除共享沖突