航空制造企业虚拟单元敏捷制造研究

航空制造企业虚拟单元敏捷制造研究航空装备制造企业大多属于典型的多品种小批量生产类型，由于产品品种规格多、工艺离散程度高，生产组织与管理存在诸多问题。为了提高此类企业的生产绩效，有学者提出了在基于工艺专业化原则的设备布局方式下建立虚拟制造单元的思路和方法。目前关于虚拟制造单元构建方法的研究尚不完善，主要存在的问题是对于产品在虚拟制造单元中加工过程的跟踪、协调以及控制的复杂度依然很高，难以实现较高的制造敏捷性。另外，在构建虚拟单元完成后，还经常面临共享制造资源的问题，导致单元被迫中断其连续的生产过程，从而严重影响单元实施的效果。本文利用零件聚类和工艺聚类两种聚类相结合的方法，对零件加工流程进行模块化分析，形成制造系统流程模块库。这种方法能够通过标准模块调用降低虚拟制造单元的控制难度，提高虚拟制造单元的构建速度，通过降低物流次数达到提高制造系统敏捷型的目的。1虚拟制造单元构建及流程模块化在生产组织过程中，虚拟制造单元无需根据产品生产路径的要求对已经布置在单元中的设备进行重新布置，而是根据生产任务的加工要求以单元中的设备为“设备池”构建临时性的虚拟单元。构造虚拟制造单元的目的是将制造功能特征相似的制造资源或工艺特征相似的工件分别聚合，形成不同的虚拟制造单元。从而把单件、小批量生产转换为批量生产，在保持单件、小批量生产柔性的同时，获取批量生产的效益。以零件加工制造系统为研究对象，通过零件聚类和工艺聚类，对多品种小批量制造系统中零件的加工流程进行模块分解和归纳，从而得到制造系统的流程模块库，实现零件加工流程的可重构。具体规划过程如下。1．1零件聚类首先基于零件的加工流程和路径建立全体零件-工艺关联矩阵。根据各种零部件的构成数量，得出反映零部件数量比重的零件-工艺关联矩阵。最后借助统计分析软件Minitab中设定的AverageLinkage等选项，选择适当的阀值进行零件聚类，最终得到粒度适中的相似性零件组合。这一步通过标准模块调用的思路，实现了降低虚拟制造单元的控制难度的目的，从而提高虚拟制造单元的构建速度，最终提高制造系统的敏捷性。1．2工艺聚类在上一步得到的每一个零件组合内建立零部件-工艺关联矩阵。借助统计分析软件Minitab中设定的平均值距离等选项，选择适当的阀值进行工艺聚类，得到局部流程模块。通过降低物流次数达到提高制造系统敏捷型的目的。1．3模块整合基于上两步的结论，梳理所有零件组内的流程模块，形成全局的流程模块库，定义流程库的概念。在处理新零件加工路径时，系统能够分析新流程，并由此建立虚拟制造单元。基于聚类分析技术对制造流程进行分析，可以建立制造流程的层次化模型，并以此为基础建立制造流程模块和动态流程库。制造流程模块和动态流程库为建立动态的虚拟制造单元提供了数据基础，当需要完成新订单的制造任务时，计算机将根据新订单的制造流程将其纳入动态流程库，归并为某一制造流程模块或产生新的模块，同时生产虚拟制造单元的结构。2虚拟单元的共享资源问题构建虚拟单元完成后，经常面临共享制造资源的问题，即生产工序（如热处理、喷砂、电镀等）在与其他生产单元共享这些公共资源时，导致单元被迫中断其连续的生产过程，从而严重影响单元实施的效果。因此各单元需要加工的产品应在尽量满足单元内部生产节奏不被影响的条件下，制定共享资源的解决方法。2.1消除共享资源根据共享资源问题的实际情况和技术细节，通过技术的改进、改善或革新，消除必须在单元外完成的工序。可以从以下几个方面考虑：1）采用新技术或小型设备。例如，对于热处理、电镀等工艺过程，由于设备的加工能力较大，再考虑到运行成本、环境保护等问题，传统的做法是将所有车间或单元的待加工工件运至相应处理车间，进行一定批量的加工处理。虽然从效率和单件加工成本角度来看，小型化设备不如大批量加工合算，但是它能够有效的缩短生产周期，使得单元的封闭性得到恢复，进而带来一系列单元制造的优势。2）对加工工序进行分析，采取措施，改进或去掉需要共享资源的工序。例如，可改变加工顺序，改变和调整某些工序；也可采用新工艺，如改变涂层工艺，用喷漆代替电镀，则可以在单元内用喷枪完成这一工序。利用工业工程技术对需要使用共享资源进行单元外加工的工件进行工艺流程分析。通过分析看能否去掉某些工序，或者调整工序的顺序，使得单元外加工工序处在单元的起始或终了位置。3）考虑建立两个单元。在工艺允许的前提下，可以考虑以共享资源为界限，将使用共享资源的单元拆分成两个独立的单元。一个在共享资源之前，为共享资源提供半成品；另一个在共享资源之后，以共享资源加工的半成品为该单元的输入。两个新的单元中均不需要原来的共享资源，共享资源做为单独的一个工序分出来，使单元的规模变小，但保证了封闭性，从而消除共享冲突