飞机数字化装配生产厂房工艺布局设计

昵称16788185 2015-07-31

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生产工艺布局作为制造系统在工厂的静态空间结构形式的具体体现，对企业的重要性毋庸置疑，其设计的合理性直接决定了生产物流是否顺畅、成本是否合理、生产节拍是否满足要求以及企业能够获得最大的效益等。可以说，工艺布局的设计和最优化的本质是相应制造系统结构最优化的体现。

飞机自身结构的复杂性特点决定了其装配单元繁多、相互间协调复杂。传统的工艺布局设计方法是依靠工程人员的经验，直接在二维平面图纸上进行各装配单元及各类资源的规划布置，既无法考虑整个工艺布局在三维空间中的合理性，更无法提前判断实际运作时工艺流程及物流运转的合理性。近年来，随着计算机技术的发展，数字化工艺布局设计能够在工艺流程及生产节拍分析的基础上，快速实现三维空间尺度下的厂房工艺布局，并对其进行仿真验证，提前发现空间布置、生产流程、物流流转甚至人力资源配置等方面的问题，为解决传统设计方法中存在的种种问题提供了有效途径。

1 设计流程

进行数字化工艺布局设计的基本思路，是以工艺技术方案特别是工艺流程为基础，结合生产周期得到对应的生产节拍，结合产能需求获得各工位的配比关系及其他各类生产资源的配置，最终结合厂房的实际面积和结构进行空间布局设计。有了基本的布局方案后，再通过数字化仿真分析工具从流程、空间、人机功效等方面对布局进行仿真分析乃至优化，经过多轮迭代，以实现最优的工艺布局。

数字化工艺布局设计流程

2 空间布局

三维空间布局是针对工位配置方案和厂房结构，对整个装配生产过程中所涉及的工艺装备、吊装设备、运输设备等资源按照工艺流程及物流需求进行的三维布置。与传统的二维图布局相比，能够在上述各类资源的实际安装布置前，提前直观地看到工艺布局方案的总体效果，避免后期因考虑不周而带来的不必要调整造成的巨大浪费和严重拖期。

空间布局主要包括如下工作内容：

（1）三维建模。

进行空间布局所需的三维模型主要包括厂房的三维模型和所有工艺装备、工装、工作梯、吊装设备、运输设备、可视化终端等，需严格按实际尺寸进行建模。以厂房为例，需包括墙体、横梁、立柱、门窗、地面等特征。这些模型是进行三维工艺布局的基础数据，其完整性直接决定了三维空间布局的完整性、真实性及合理性。

（2）三维布置。

在Delmia的Plant Layout模块下将三维模型全部导入，并按照工艺流程中所确定的装配顺序及物流需求进行布置，布置完成后软件可根据模型的实际尺寸来确定工装的三维预留空间，以便于进行空间的物流规划，保证部件在空间维度上的转运畅通。

3 仿真分析及迭代优化

在初步规划的工艺布局完成后，为验证其布局的合理性，提前暴露可能发生的生产作业、物流运输等问题，需进行仿真分析，本研究中采用了Delmia仿真工具完成此项工作。

仿真分析工作主要包括如下工作内容：

（1）流程分析。

流程分析是在三维静态布局的基础上，按照产品装配顺序进行的零件、组件、部件、运输设备等资源进行的合理性仿真，以验证装配顺序的合理性，并以此优化装配工艺布局；通过吊装仿真，验证产品在空间转运过程中的通畅性；通过物流仿真验证并优化产品在周转过程中的最优路径。

（2）空间分析。

传统平面布局中一般是通过经验对所有资源的平面尺度下的静态尺寸进行分析，常常造成平面布局与实际生产布局在空间尺度上的差异较大。通过三维工艺布局的空间仿真分析，可以观察各工位在装配过程中产品与工装等资源的动态空间干涉情况，以此确定需要预留的空间位置。

空间仿真分析

（3）人机功效分析。

人机功效仿真分析是针对人员与工位布局、通道设置、工作梯设置、工作空间规划的合理性进行仿真验证，使人员进出工位的路径简捷、通畅，操作空间舒适、安全，减少或消除冗余时间消耗。通过人机工程学分析，确保在人的视线范围实现抓举与接触等动作。通过工程产品结构、工具及相关手工工具和外围设备的三维CAD几何数据，实现制造、维护工艺验证。通过模拟人体工作姿态、视线范围、上下楼梯或按预定义路径运动等实现在3D环境下数字化装配过程并且对这些过程进行仿真分析验证，直观地分析产品的可制造性、可达性及可维护性。

人机工效仿真分析