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

機械設(shè)計與制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ２２９

面向飛機裝配的生產(chǎn)管理技術(shù)研究
聶陽文田錫天 賈曉亮 李洲洋 （西北工業(yè)大學ＣＡＰＰ與制造工程軟件研究所，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】針對飛機裝配作業(yè)生產(chǎn)管理復雜的特點，以及難以制定合適的生產(chǎn)計劃以及生產(chǎn)調(diào)度難 等問題，在深入分析飛機裝配作業(yè)過程的基礎(chǔ)上，提出了一種面向訂單設(shè)計的飛機裝配生產(chǎn)管理方法。該

方法以飛機裝配過程為核心，利用多級網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)制定適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場的柔性生產(chǎn)計劃，采用面向生產(chǎn)
現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)度方法實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場能快速組織裝配資源按時完成生產(chǎn)訂單。 該方法已在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，并取得良好的效果。 關(guān)鍵詞：飛機裝配；生產(chǎn)管理；生產(chǎn)計劃與調(diào)度 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｉｒｃｒａｆｔ
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考＇．幸．．ｈ?４＇．｝’?“?扣ｈ?“?“?毒Ｉ．妒“，“，妒妒妒“?“，幸．ｉ和ｉ妒碰硒ｉｉｉ

中圖分類號：ＴＨｌ６，０２３１文獻標識碼：Ａ

１引言
飛機裝配過程是—個復雜的過程。與一般的機械產(chǎn)品相比， 飛機裝配過程有其獨特之處，如飛機裝配是按客戶定單進行計劃 生產(chǎn)，生產(chǎn)管理又嚴格按架次進行管理，裝配過程中包含了大量 的工裝制造和協(xié)調(diào)１二作，質(zhì)最要求嚴格，有嚴格的制造文件圖紙 歸檔要求，另外毪機裝配所涉及到部門眾多，沒計更改頻繁，工作 量大，周期長，導致飛機裝配生產(chǎn)管理極其復雜和困難。 隨著企業(yè)生產(chǎn)裝備的改進和自動化水平的提高，以及企業(yè)信 息化應(yīng)用的日益廣泛，產(chǎn)生了一系列現(xiàn)代生產(chǎn)管理理論，如ＭＲＰ／
ＭＲＰ １Ｉ／ＥＲＰ、ＪＩＴ、ＬＯＭＣ等等。其中ＥＲＰ被普遍認為是有效的解

單設(shè)計的制造驅(qū)動方式特征，其裝配車間生產(chǎn)現(xiàn)場本身具有很多 不確定因素，具體表現(xiàn)為１１Ｉ：（Ｉ）訂單設(shè)計更改的突發(fā)性；（２）工裝

設(shè)備故障概率以及裝配作業(yè)時產(chǎn)品質(zhì)量腋品率超出預期目標；
（３）各種輔助資源不能及時到位；（４））ＪＩＩ：Ｔ＿時間、工時定額的不確 定性以及人為因素；（５）飛機裝配的日趨復雜化。此外，裝配生產(chǎn) 過程中還涉及多個部門協(xié)舊作業(yè)，實時優(yōu)化調(diào)度作業(yè)問題也成為 生產(chǎn)管理一大難題。這些因素就使得目前大多數(shù)生產(chǎn)管理軟件系

統(tǒng)只能停留在管理決策層面上，而臌從根本上解決生產(chǎn)計劃在生
產(chǎn)現(xiàn)場的適應(yīng)性，也無法實現(xiàn)實時優(yōu)化各個部ｆ Ｊ協(xié)同裝配作業(yè)。 為了解決以上問題，本文通過對飛機裝配生產(chǎn)管理進行深入 分析研究，根據(jù)其生產(chǎn)具有面向訂單設(shè)計（ＭａｋｅｆｏｒＯｒｄｅｒａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ）的制造驅(qū)動方式的特征，提出了一種面向訂單設(shè)計的隨 機動態(tài)生產(chǎn)管理方法，利用多級網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)制定適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場 的柔性生產(chǎn)計劃，采用面向生產(chǎn)現(xiàn)場的，圭產(chǎn)調(diào)度方法實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào) 度優(yōu)化，為飛機裝配車間解決生產(chǎn)管理問題提供了—套解決方案。

決企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程管理問題的生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)。其基本思想 是：圍繞物料的轉(zhuǎn)化組織制造資源，實現(xiàn)按需求準時生產(chǎn)；通過產(chǎn) 品出產(chǎn)的時間和數(shù)量計劃，根據(jù)反工序順序反推｜葉｛所有零部件的 投入產(chǎn)出時問和數(shù)量，進而確定對制造資源所需的時間和數(shù)量， 并由此圍繞物料的轉(zhuǎn)化組織制造資源。以ＥＲＰ為代表的生產(chǎn)管 理軟件系統(tǒng)在企業(yè)履行客戶訂單承諾、合理組織氽業(yè)資源、縮短 生產(chǎn)周期等方面起到了不可估量的作用，提高了企業(yè)生產(chǎn)管理效 率。但是由于飛機制造屬于大型單件小批離散生產(chǎn)，具有面向訂
★來稿日期：２００８一ＯＩ一０５

２面向訂單設(shè)計的生產(chǎn)管理方法
目前，飛機裝配車間典型的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)形式為：庫房一車間一
工段一班組，作業(yè)期間生產(chǎn)現(xiàn)場要同設(shè)計部門、工藝部門、工裝管

★基金項目：國家８６３／ＣＩＭＳ項ＩｉＩ（２００４ＡＡ４１ ３０２０－２）

萬方數(shù)據(jù)

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聶陽文等：面向飛機裝配的生產(chǎn)管理技術(shù)研究’

第１Ｉ期

理部門、零件庫房管理部門等多個部門一起協(xié)同作業(yè)，這是一種 開環(huán)、縱向和橫向嚴格分工的生產(chǎn)管理模式，信息傳遞的層次和 環(huán)節(jié)多、速度慢、調(diào)度遲緩，難以適應(yīng)目前企業(yè)生產(chǎn)向過程化、數(shù) 字化及信息化的發(fā)展要求。 本文將整個裝配作業(yè)過程看成—個多級、串并聯(lián)混合的可調(diào) 節(jié)回路，根據(jù)控制論的相關(guān)原理可知，這種閉環(huán)回路具有內(nèi)部反饋、 信息流程短捷、輸入、輸出信息少等特點，可以顯著提高裝配路線的 動態(tài)作業(yè)能力以及面向訂單沒計的響應(yīng)能力。按照這樣的思路，就 可以把不同機型架次的裝配作業(yè)分別看作獨立的制造過程鏈。 作為一個獨立的制造過程鏈，不僅能對上級回路的輸入值 （訂單設(shè)計）作出快速反應(yīng)，而且能迅速排除本生產(chǎn)過程鏈內(nèi)部的 干擾，把飛機裝配過程中出現(xiàn)的問題及時解決，避免對該架次飛 機裝配生產(chǎn)計劃以及其他機型架次的生產(chǎn)過程鏈產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。 在必要時（如裝配資源緊張時），也能及早傳遞信息，提供較多的 協(xié)商決策時間并制定優(yōu)化部門級的調(diào)度方案。 根據(jù)上述特征分析，根據(jù)文獻ｌ所提出面向客戶的隨機動態(tài) 生產(chǎn)管理模式，提出一種面向訂單設(shè)計的飛機裝配生產(chǎn)管理方 法，如圖Ｉ所示。
中長期汁劃與乍產(chǎn)協(xié)調(diào)

場各種突發(fā)事件的干擾，及時完成指定的裝配作業(yè)任務(wù)，最終達 到各種機型架次準時生產(chǎn)（Ｊｕｓｔ Ｉｎ Ｔｉｍｅ）的目的。

３網(wǎng)絡(luò)計劃的飛機裝配生產(chǎn)計劃
網(wǎng)絡(luò)計劃（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｌａｎｎｉｎｇ）技術(shù)的基本原理是：擬定進行的 工作，按其各項具體任務(wù)先后順序，通過網(wǎng)絡(luò)圖的形式對整個項 目進行全面的規(guī)劃，并以生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)計劃與 監(jiān)控、全面質(zhì)量管理為核心，構(gòu)建生產(chǎn)過程的信息化，強調(diào)產(chǎn)品制 造過程中的整體優(yōu)化和細化，方便企業(yè)的業(yè)務(wù)流程快速重組和管 理水平持續(xù)提升，達到以最少時間和資源消耗來完成整個系統(tǒng)的 預定目標，取得最好的經(jīng)濟效益圓。 通過對飛機裝配作業(yè)過程（零件一組件一段件一部件一整 機）的分析，可以得出如下飛機裝配作業(yè)特點：相同層面的裝配可 以并行作業(yè)（部裝機身和部裝機翼），不同層面的裝配活動有嚴格 的約束和時間先后順序（部裝機身和總裝整機）。針對上述特點， 本文在文獻所提出的面向航空產(chǎn)品項目管理網(wǎng)絡(luò)計劃模型的基 礎(chǔ)上，提出了一種面向色機裝配的多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型。

３．１定義１
多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型項目網(wǎng)絡(luò)計劃Ｐ可以由ｎ個網(wǎng)絡(luò)計劃Ｐ。 與ｍ；個活動Ａ僻以及它們之間的控制流ｃ。和開始節(jié)點ｓ價結(jié)束 節(jié)點層“構(gòu)成０級網(wǎng)絡(luò)計劃，即：｛Ｐｑ，…，Ｐ講，…，ｐｒｄ，Ａｏｌ’．一，Ａｑ，…， Ａ響，ｃｏ，Ｓｏ，玩｝，ｉ＝１，…，ｎ，ｊ＝ｌ，…，ｍ；其中，每一個Ｐ。還可以進一 步分解為啦個網(wǎng)絡(luò)計劃與ｐ博個活動４。。以及它們之間的控制流 Ｃ。和開始節(jié)點ｓ“、結(jié)束節(jié)點Ｅ。構(gòu)成１級網(wǎng)絡(luò)，即：＿ｐ。＝ｌｐ塒，…， Ｐｍ…，Ｐ伽Ａｌｉｌ，…，４ｍ…，Ａｌｈ，ＣＩｊ’ＳＩｆ＇Ｅ１ｆ｝，括ｌ，…，ｎ，ｊ＝ｌ，…，ｍ；式

●訂單

圭��！蘭
訂單設(shè)｝ｆ弛

膂（大閉環(huán)１）士蔫器戮磐瓣
生廣現(xiàn)｛ 發(fā)事什的

柔性，－產(chǎn)計劃

…
ｌ頊嘲度

訂單指標評價

賽顰杯律牡登
Ｉ

中：Ｐ為０級網(wǎng)絡(luò)，即總項目，ＰⅨ為ｌ級網(wǎng)絡(luò)，Ｐ塒為２級網(wǎng)絡(luò)。這 樣直至項目被完全分解為只包含活動Ａ而不包含任何子網(wǎng)絡(luò)計 劃Ｐ的末級網(wǎng)絡(luò)計劃。

硅

ｉ

型構(gòu)控制
質(zhì)廿檸制

歲—一
ｒ件庫存控制 裝配進度擰制

３．２定義２
控制流ｃ每一級網(wǎng)絡(luò)計劃中控制流Ｃ均可表示為多元組的

圖１面向訂單設(shè)計的飛機裝配生產(chǎn)管理示意圖

集合：ｃ＝｛ｃｏ，…，ｃｆ，．一，ｃｏｌ｝，其中Ｃｉ＝｛加硯，ｔｏ‘瀘ｒｏｍｌ和ｔｏｉ為本層網(wǎng)
絡(luò)計劃中的子網(wǎng)絡(luò)或活動’ｃｆ表示．加帆結(jié)束后ｔｏ；才能開始。 ３．３定義３
活動Ａ構(gòu)成項目最底層元素Ａ可以表示為一個五元組：Ａ＝ ｛Ｐｅｏｐｌｅ，Ｒｅｓｏｕｒｃｅ，Ｄｅｓｉｇｎ
Ｔｉｍｅ，Ａｃｔｉｖｅ

此方法以裝配過程為核心，以生產(chǎn)過程鏈為基礎(chǔ)，按飛機裝 配過程進行組織生產(chǎn)。具體運作過程是：訂單設(shè)計進入系統(tǒng)，進行 預調(diào)度，即制定柔性的生產(chǎn)計劃。在實際生產(chǎn)運行過程中，通過裝 配過程鏈運行調(diào)度控制，實現(xiàn)按作業(yè)過程的控制，作業(yè)的每一步 都將根據(jù)實際生產(chǎn)環(huán)境進行安排，通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計劃圖實時反映 飛機裝配進度情況，根據(jù)與目標的偏離程度，在相近的計劃節(jié)點 進行調(diào)節(jié)，這樣就可以快速排除生產(chǎn)現(xiàn)場突發(fā)事件的干擾，實現(xiàn) 敏捷化生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部發(fā)生偏差的情況下，各種資源 可能發(fā)生沖突，在一定范圍內(nèi)將通過內(nèi)部協(xié)商機制解決，稱為小 閉環(huán)系統(tǒng)。一旦超出此范圍，，系統(tǒng)將通過上一層的中長期與短期 生產(chǎn)協(xié)調(diào)加以解決。這屬于大閉環(huán)系統(tǒng)層面。 面向訂單設(shè)計的生產(chǎn)管理模式要求飛機裝配作業(yè)以生產(chǎn)過 程為核心進行組織與安排的，以Ｔｅａｍｗｏｒｋ方式，按項目組進行的 生產(chǎn)組織和管理。在此生產(chǎn)管理模式下，車間裝配資源按照工作 中心、資源組、資源這三個層面進行劃分和管理，通過裝配作業(yè)過 程控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)工裝設(shè)備的動態(tài)重組、建立裝配作業(yè)過程動態(tài)資 源單元、快速組織協(xié)調(diào)生產(chǎn)資源、優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度、排除裝配作業(yè)現(xiàn)

Ｓｔａｔｅ，Ｔｒｉｇｇｅｒ｝，其中Ｐｅｏｐｌｅ

表示負責該活動的參加人員，Ｒｅｓｏｕｒｃｅ表示活動占用的資源，Ｄｅ— ｓｉｇｎ Ｔｉｍｅ表示活動的開始時間及結(jié)束時間，Ａｃｔｉｖｅ Ｓｔａｔｅ表示活動 的狀態(tài)，Ｔｒｉｇｇｅｒ表示活動的結(jié)束觸發(fā)器。據(jù)此我們根據(jù)飛機裝配作 業(yè)的特點，建立面向飛機裝配的多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型，如圖２所示。

圖２飛機裝配的多極網(wǎng)絡(luò)計劃模型

萬方數(shù)據(jù)

Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．２００８

機械設(shè)計與制造

２３ｌ

各級網(wǎng)絡(luò)層次之問可以應(yīng)用消息觸發(fā)方式來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間 的調(diào)用，即為主網(wǎng)絡(luò)中的某個活動Ａ添加一個觸發(fā)器，使得主網(wǎng) 絡(luò)在該活動結(jié)束后可以觸發(fā)上一層網(wǎng)絡(luò)計劃進入運行。 根據(jù)多級網(wǎng)絡(luò)計劃模型可以繪出各級飛機裝配網(wǎng)絡(luò)計劃圖 及總裝計劃圖。如圖３所示，為構(gòu)件級網(wǎng)絡(luò)計劃圖，其中每一項活 動Ａ（如后梁壓鉚）都具有五員組屬性，即參加此項作業(yè)的人員、 作業(yè)所需的裝配資源、作業(yè)的開始時間及結(jié)束時間、目前裝配作 業(yè)狀態(tài)、該項作業(yè)結(jié)束觸發(fā)上一級計劃進入運行狀態(tài)。

豢蠹
圈工圈。
列出相似調(diào)度同題技其’蚵度方 ；選的剜發(fā)力

下 盒 叫黼
｜變數(shù)學模磐
Ｙ

｝模型 調(diào)度 方法庫 求解弼度數(shù)學模喇

調(diào)用方法

ｍ淵度打法 嘟目度方案

圖３垂直尾翼的裝配網(wǎng)絡(luò)計劃圖

４面向生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)度方法
由于飛機裝配作、世復雜，生產(chǎn)現(xiàn)場受很多不確定因素等的影

圖４面向生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)度方法

面向生產(chǎn)現(xiàn)場的車間生產(chǎn)調(diào)度方法實質(zhì)上是按照ＯＰＴ思 想，根據(jù)車間生產(chǎn)現(xiàn)場的調(diào)度問題描述，選擇合適的車間調(diào)度方 法以求得車間調(diào)度的最優(yōu)解或準最優(yōu)解。另外，該方法應(yīng)用關(guān)鍵 是合理組織調(diào)度方法庫及算法庫。隨著新的調(diào)度方法及算法不斷 產(chǎn)生，因此，調(diào)度方法庫和算法庫也需要不斷積累和完善。

響，部分作業(yè)節(jié)點的生產(chǎn)計劃和實際生產(chǎn)隋況之問存在差距，而
客戶訂單交機時間是嚴格限定的，因此，必須及時對生產(chǎn)現(xiàn)場進 行生產(chǎn)調(diào)度，保證作業(yè)節(jié)點適時完成牛產(chǎn)任務(wù)。 傳統(tǒng)上，車間生產(chǎn)現(xiàn)場的牛產(chǎn)調(diào)度是依靠計劃調(diào)度員的經(jīng)驗 決策完成，這種方式人為主觀因素較多，決策不盡科學，顯然不能 滿足企業(yè)現(xiàn)代生產(chǎn)管理的需要。人們對車間生產(chǎn)調(diào)度理論及關(guān)鍵 算法進行了大量的研究，取得了非常豐富研究成果。車間調(diào)度方 法有數(shù)學規(guī)劃方法、Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)方法、基于人工智能的調(diào)度方法、基 于計算智能的調(diào)度方法和基于仿真的調(diào)度方法等，針對車間調(diào)度 的算法有智能算法和遺傳算法、禁忌搜索法、模糊邏輯法、人工神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等嘲。這些調(diào)度方法及算法都較好的解決某方面的生產(chǎn) 調(diào)度問題，但是飛機裝配生產(chǎn)現(xiàn)場十分復雜，難以用單一的調(diào)度 方法或算法解決所有生產(chǎn)調(diào)度問題。針對此難題，本文提出一種 面向生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)度方法，如圖４所示。其工作過程如下： （１）步驟１。對車間調(diào)度問題進行描述，再根據(jù)描述在車間調(diào) 度方法庫中檢索求解相同凋度問題的調(diào)度方法。如果未找到，則 轉(zhuǎn)步驟２；如果找到，則轉(zhuǎn)步驟６。 （２）步驟２。根據(jù)車間調(diào)度問題的描述，在車間調(diào)度方法庫中 檢索求解相似調(diào)度問題的調(diào)度方法。如未找到，則轉(zhuǎn)步驟５；如找 到，則列出相似的調(diào)度問題及其相應(yīng)的調(diào)度方法。

５結(jié)束語
根據(jù)面向訂單設(shè)計的生產(chǎn)管理方法，采用了基于Ｉｎｔｅｍｅｔ／ Ｉｎｔｒａｎｅｔ標準協(xié)議的三層Ｂ／Ｓ模式，綜合利用了ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ、ＪＳＰ （Ａｃｔｉｖｅ
Ｓｅｒｖｅｒ

Ｐａｇｅｓ）等技術(shù)，開發(fā)了面向飛機裝配生產(chǎn)管理系

統(tǒng)，并以某飛機工業(yè)（集團）有限公司的主機裝配車間為背景進行 了初步應(yīng)用。從車間應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)顯著地提高了飛機裝 配車間的生產(chǎn)管理水平。 本文著眼于飛機裝配生產(chǎn)現(xiàn)場，通過對飛機裝配作業(yè)全過程 的深入分析，提出面向訂單設(shè)計的毪機裝配生產(chǎn)管理方法，實現(xiàn) 對飛機裝配作業(yè)過程的管理，利用多層網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)制定適應(yīng)生 產(chǎn)現(xiàn)場的柔性生產(chǎn)計劃，采用面向牛產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)度方法實現(xiàn) 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，解決了生產(chǎn)管理中難以制定合適的柔性生產(chǎn)計劃 及生產(chǎn)調(diào)度難等牛產(chǎn)管理問題。該技術(shù)對其它多品種小批量離散 型制造企業(yè)的生產(chǎn)管理也提供了一種新的思路和途徑。

參考文獻
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（３）步驟３。在已列出的相似調(diào)度方法中選擇葡舌的調(diào)度力怯。
（４）步驟４。判斷所選的候選調(diào)度方法是否需要建立調(diào)度問題 的數(shù)學模型，如需要，則轉(zhuǎn)步驟５；如不需要，則轉(zhuǎn)步驟６。 （５）步驟５。建立車間調(diào)度問題的數(shù)學模型，在調(diào)度算法庫中選 擇適當?shù)恼{(diào)度算法來求解該數(shù)學模型，輸出調(diào)度結(jié)果。 （６）步驟６。運行所選調(diào)度方法計算機程序，輸出調(diào)度結(jié)果。 （７）步驟７。如果該調(diào)度方法是一種新的調(diào)度方法，將其存入 系統(tǒng)調(diào)度方法庫中。

萬方數(shù)據(jù)



  本文關(guān)鍵詞：面向飛機裝配的生產(chǎn)管理技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。