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脉动生产线设计

目录

1.脉动生产线的定义2

2.脉动生产线研究现状及发展趋势2

2.1国内外应用情况2

2.2脉动装配生产线的发展趋势4

3.搭建脉动生产线体系结构5

3.1工艺流程再造6

3.2.脉动生产线人员配置和管理体制构建7

3.3在生产线实施站位配送管理7

3.4以ERP系统构建脉动生产线管控拉动式体系建设7

3.5脉动生产线工作现场实施可视化管理8

4.脉动生产线的关键技术8

4.1价值流分析9

4.1.1价值流的涵义9

4.1.2价值流的基本内容9

4.1.3价值流分析的目的10

4.2生产线系统布置10

4.2.1生产线系统布置设计10

4.2.2生产线系统布置原则10

4.3生产线仿真技术11

4.3.1装配过程规划与详细设计12

4.3.2装配工艺仿真与校验12

4.3.3装配生产线仿真与分析12

4.4拉动式生产看板可视化管理技术13

4.4.1拉动式生产13

4.4.2拉动式生产及看板管理13

4.4.3运用看板管理的主要目的14

4.4.4看板管理相对于传统的生产方式的优势14

4.5单元化生产技术17

4.5.1生产单元化的定义17

4.5.2生产单元化的特点18

4.6生产线节拍设计技术19

4.6.1理论节拍时间20

4.6.2理论生产效率20

4.6.3实际节拍时间与实际生产效率20

4.6.4自动化装配生产线节拍优化设计方法21

4.7生产线移动及定位技术22

4.8物料准时化配送技术23

4.8.1准时化配送概述23

4.8.2准时化配送的功能23

4.9基于ERP系统的移动生产线信息化管理技术25

4.9.1ERP系统介绍25

4.9.2ERP的作用以及与信息技术发展的关系26

1.脉动生产线的定义

脉动装配生产线（PulseAssemblyLines）最初从Ford公司的移动式汽车生产线衍生而来，是连续移动装配生产线的过渡阶段，不同的是脉动装配生产线可以设定缓冲时间，对生产节拍要求不高，当生产某个环节出现问题时，整个生产线可以不移动，或留给下个站位去解决，当飞机的装配工作全部完成时，生产线就脉动一次。

整条生产线由4部分组成：

脉动主体、物流供给系统、可视化管理系统、技术支持。

（1）脉动主体：

站位设施、对接定位设备、可移动的装配设备等。

（2）物流供给系统：

AGV车、完备的配套和配送系统。

（3）可视化管理系统：

现场可视化系统、ERP与MES无缝融合的信息管理系统、工作现场的固定和移动终端。

（4）技术支持：

质量保障、生产现场问题应急处理。

脉动装配生产线改变了传统飞机的装配模式，作为先进飞机制造技术的典型代表，有其独特的优势：

首先，由于整条生产线分工明确细致，工作量单一重复，生产效率比较高；其次，生产线上配备了专业的自动化设备和先进的供给线，自动化程度高；最后，装配线过程流畅，不会产生挤压或脱节。

但是单一、重复及固定的生产模式无法有效适应需求多变、机型多、产量少的飞机生产现状。

2.脉动生产线研究现状及发展趋势

2.1国内外应用情况

波音公司在2000年建立了首条脉动总装线，并应用到阿帕奇直升机的制造，随着飞机脉动总装线的优势日益明显，波音公司扩大了对它的应用，在波音737、波音757、波音777等机型移动式装配生产线的基础上，为波音787建立了最先进的脉动式总装线（图1）。

整条脉动装配生产线分为5个工作区（0~4号工作区），一个机位就是一个工作区。

0号工作区是预装配区，停放主要的大部件；1号工作区完成前机身，中机身，后机身，左、右机翼和尾段6大部件的对接总装配；2号工作区安装起落架、发动机等，还有地板、绝缘毯、次结构件安装及管路、液压系统的收尾工作；3号工作区主要工作是内装饰、辅助动力设置APU安装及动力装饰的初步试验；4号工作区主要进行各种各样的测试工作，总装生产线的右侧，是装配支持人员的办公室区域，左侧安放着待安装的各种物件，如座椅、洗手间和厨房用具等。

波音在脉动式总装线上的成功带动了其他飞机制造商。

洛克希德·马丁公司在2003~2004年建成了F-35的脉动式总装线，目前又在建立F-35各个大部件的集成装配线，到2016年F-35的总装线将达到每天交付一架的水平；意大利的阿古斯特维斯特兰公司（AgustaWestland）在英国的约维尔工厂于2011年为它的W159型武装直升机建立了脉动式装配线；加拿大庞巴迪公司为它的C100系列新机建立脉动式装配线，将于2016年运行。

我国飞机装配生产的技术水平也在不断提高，自主创新的基础上，紧紧把握世界先进飞机制造技术的发展方向。

中航工业西飞建成了国内首条飞机总装脉动式生产线，从立项到最终建成，经历了5年的调研论证与动工建设，2010年5月基本建成并正式投入使用，实现国内飞机制造水平的显著提升；洪都公司目前正开展L15飞机总装脉动生产线的工程项目。

脉动装配生产线是国外先进飞机制造企业广泛采用的生产组织模式，是波音、空客等飞机制造商多年的生产经验积累而形成的有效飞机生产方式。

脉动生产线充分展现了技术创新和管理创新的高度结合，为飞机装配建立了一种全新的生产模式，带动了飞机生产过程的管理创新。

2.2脉动装配生产线的发展趋势

脉动装配生产线很好地继承了汽车移动式生产线的思路，在飞机制造企业实现成功应用并取得了一系列成果经验；因此，其他领域的军工生产企业对脉动装配生产线开始深入研究，在航空工业的多个领域扩展了脉动式装配生产线的应用。

主要有以下4个方面的发展：

（1）从飞机向其他产品发展。

波音公司最先尝试把脉动装配线引入到军工产品制造的其他领域。

2008年波音为美国军方新一代GPS制造卫星建成了脉动装配线，尽管总共只承担了12颗卫星的制造任务，而仅仅在第4颗星的制造才能用上脉动装配线，但是波音还是在极小批量、极复杂的产品生产中，成功地运用了脉动装配线。

法国的斯奈克玛（Snecma）公司改变了传统的继承GE在立式固定机架上“穿糖葫芦”式的总装过程，在2011年实现了CFM56发动机的脉动装配，减少装配周期35%，这条脉动装配线也将用于LEAP发动机的装配。

巴布科克国际（BabcockInternational）是英国仅次于BAE和RR的第三大军工企业，它在生产豺式巡逻车中采用了由12个站位组成的脉动生产线并配有脉动生产管理系统，达到日产1辆的水平。

脉动装配线在军工制造领域的广泛应用，彻底打破了航空和复杂军工生产不能采用流水线生产的制约，为发展航空工业的生产力提供了无限的可能。

（2）从总装向部件延伸。

最近两年关于飞机部件装配采用脉动生产线的报道逐渐增多，并且有部件脉动装配线优先于总装配线建设的趋势。

如在生产C-17运输机的发动机悬架时，采用脉动装配线减少装配周期20%，降低成本10%。

波音787复合材料结构的水平尾翼和垂直尾翼的脉动生产线、空客A350的复合材料机身蒙皮壁板的脉动生产线也陆续投入使用。

因为部件采用脉动装配时受企业外部供应链影响较小、易于成功、见效快，也成为近来部件脉动装配生产线发展较快的原因。

（3）从制造向维修延伸。

2003年英国空军和英国宇航BAE引入脉动线使“鹞”式飞机的修理和维护周转时间减少到75%，节省成本的25%，显著地提高了飞机的出勤率。

2005年美国波音公司在进行KC-135运输机的返厂维修中，使用脉动生产线将维修周期减少了18%，从而获得了美国的精益优秀奖。

德国汉莎航空于2010年建成CFM/V2500发动机的精益脉动线进行发动机的分解/检修和重装，大修周期从60多天减少到45天。

另外英国在维修“阿帕奇”直升机中，也采用了脉动线。

航空产品的修理和维护是手工作业最多、不确定性最严重的领域。

在飞机和飞机发动机的修理和维护中采用脉动式装配线是航空工业特有的创新。

（4）向自动化、集成化发展。

最近10年航空制造技术，特别是基于MBD模型的数字制造技术有了突破性发展。

MBD模型在产品全生命周期的贯彻，简化了制造、测量和检验、数据采集的过程，更有利于智能化和自动化设备的利用。

现行的脉动装配线的装配过程仍然以手工为主。

从汽车生产自动化移植到飞机制造的“集成装配线（IntegratedAssemblyLine，IAL）”是目前最先进的飞机制造技术。

集成装配线IAL实际上就是一种自动化、智能化的脉动装配线。

它最大化地使用机器人和自动化设备，为飞机生产提供更加强大的制造和装配能力，实现用手工方法很难达到的严格质量要求，并提供了一个更有效率的装配环境。

集成装配线包括自动化的装配工装系统、运输系统和制造系统，对全部设备通过工厂的通讯系统进行集中的和无线的控制。

IAL的核心是一组精确制导的自动引导车AGV，它将装配的构件、工具和其他一切必要的准备从一个工作站移动到下一个。

2012年4~10月，F-35的大部件分包商诺斯罗普·格鲁门和BAE分别宣布了它们的“集成装配线”开始运行，并开始交付在IAL生产的中机身和后机身部件。

2013年F-35的水平尾翼和垂直尾翼的组装也将在IAL上进行。

IAL成为美国达到每天生产一架F-35的不可缺少的措施。

3.搭建脉动生产线体系结构

构建脉动生产线流程如图2所示。

3.1工艺流程再造

根据生产线设计要求，对每一个站位的增值时间以8小时的日工作为要求，累加生产准备时间和生产等待时间。

划分全线生产节拍后进行全面工艺流程再造，采用平行交叉技术、防差错技术、冗余技术以及数字化测试技术，使总装工艺流

程更加合理。

首先，需要分析飞机脉动生产线装配过程，在确定所属各零组件的装配顺序后调整工作安排，进行装配路径、顺序的调整和优化；对飞机装配周期按照站位加以统一规划，将单一串行作业变为平行交叉作业，重点控制影响飞机装配进度和质量的关键工序；按照节拍运作拉动飞机装配进程，对每个节拍内的工序进行

合理调整、拆分、合并，以减少各专业工序间的影响和等待时间；采用倒排计划总体控制装配时间，合理分配作业时间并尽量采用新工艺方法，同时根据专业特点划分、优化整机装配指令，减少专业间的交叉重复工作。

通过上述措施，确保飞机的装配与调试可以有节拍、按节奏地进行生产，减少质量控制重点部位的风险叠加，从而使飞机装配工艺流程更加趋于合理。

3.2.脉动生产线人员配置和管理体制构建

进一步对人员管理与职责划分定位，引入精益化管理模式指导生产，将脉动生产线的人员配置主要划分为生产主管、技术主管、站位长、站位工艺主管、站位操作组长、站位调度主管、站位配送主管。

分员定岗完成后，总装厂组织进行再培训。

通过检验人员、技术人员对操作工人的培训，使其能够按照装配质量要求进行自检或互检，由此代替检验人员对某些装配工序进行检查。

在此之后以培训内容为基础，编制《在总装厂开展自主质量控制》，进一步规范了质量工作的工作流程以及相应的执行要求。

3.3在生产线实施站位配送管理

根据各站位的每道AO（装配指令，AssemblyOrder）所需，在开工前将零组件、标准件、现场辅助材料等配送到工作现场，开工时工人根据生产需要到现场货架领取，从而减少工人因来回取物件走动带来的浪费。

由此，我们在生产线实现了现场开架管理。

脉动生产线项目管理团队以正确指导生产为重点、以精益制造思想为其指导思想的核心。

管理团队针对脉动生产线运行的实际情况，落实“三谁”（业务谁主管、质量谁主抓、责任谁承担）责任机制和“三调”（调整组织、调整人员、调整流程）改进机制，以排查各类流程安排问题为前提、以均衡生产为目标建立长效管理机制，从而强化责任意识、增强保证能力。

3.4以ERP系统构建脉动生产线管控拉动式体系建设

脉动生产线进度管理强调的是生产作业计划的重要性，由严密的各级网络计划指导飞机生产，运用先进的脉动生产线管控拉动式体系，并最终满足现行飞机的生产交付。

依据公司下达的网络计划要求，总装厂脉动生产线通过分析、归纳实际生产条件，编制出详细的关键工序网络计划和日生产作业计划。

生产计划人员参照ERP（企业资源规划，EnterpriseResourcePlanning）系统中的成品及零件供应情况，制定总装厂装配的生产作业计划。

生产作业计划与总装配现场的四站位生产模式相结合，根据不同站位的工序要求，明确飞机生产重要关键工序的节点，细化至各站位每天的工作计划，对计划派工的日工序进行节点要求。

检验人员根据系统提示的项目完工信息，对该完工项目的质量进行检验，包括装配的检验和工人的实测数据维护情况。

检验合格后刷个人的IC卡确认该项目关闭；项目检验不合格则进入质量管理系统进行不合格品处理，并在系统中记录故检表号。

在不合格品处理完成后，用户可通过故检表号查询不合格品审理单据。

每架次完工交付后，固化该架次所有AO、AAO（先行装配指令，AdvanceAO）信息；根据管理文件要求，按照架次进行归档，归档内容主要包括该架次使用的AO信息、AAO信息、AO目录信息、AAO目录信息、质量单据信息等。

查询者可以根据机型、架次等关键信息进行查询、导出、刻录光盘，同时也有助于AO的归档、脱机查询。

对于已归档的信息，如果发生事后AO修改、产品返修等问题，则在产品交付后需将所有该架次的信息（包括以前归档信息和本次更改信息）重新打包并进行归档。

3.5脉动生产线工作现场实施可视化管理

工作现场各站位配置可视化电子平台，实时显示各站位的工序进展情况，并对各站位的工序完工情况进行实时监控，从而使飞机生产流程符合精益制造和可视化的特点，使工人的操作更加安全、方便和高效。

此外，通过可视化电子平台，还可对其他多项信息进行掌握，如：

脉动生产线各个站位每月、每周、每天的工作计划安排；各站位装配进展情况报告，包括站位AO的实际执行状态信息，已完成、正在执行和未执行的状态标识，对未按照工作计划完成的AO进行的特殊标识警示；现场质量信息，包括质量问题通报、质量问题隐患和重复故障等内容。

由此，整个脉动生产线的进展情况得以直观显示。

4.脉动生产线的关键技术

总装制造中构建脉动生产线需要具备以下关键技术：

总装生产价值流分析、生产线系统布置、生产线仿真技术、拉动式生产看板可视化管理技术、单元化生产技术、生产线节拍设计技术、生产线移动及定位技术、物料准时化配送技术、基于ERP系统的移动生产线信息化管理技术。

4.1价值流分析

4.1.1价值流的涵义

国内外相关学者对价值流进行了界定：

（1）价值流是使一个特定产品（不论是一个商品、一项服务，或两者的结合）通过任何一项活动的三个关键性管理任务时所必须的一组特定活动。

这三项活动是：

从概念设想，通过细节设计与工程，到投产的全过程中解决问题的任务；从接订单到制定详细进度到送货的全过程中的信息管理任务；从原材料制成最终产品，送到用户手中的物质转化任务。

（2）价值流是对某一特定产品从原材料到成品的全部活动而言，而且是从最终用户（商品或服务的最终用户）的立场寻求整体最佳，是企业运转从开始到结束的多组连续活动，这些活动共同为顾客创造价值。

顾客可能是外部顾客，也可能是价值流内部的最终使用者。

（3）价值流是指为了把特定结果送交特定顾客，物资流、信息流、知识流等并行运动所形成的一系列相互衔接的活动。

综上，价值流是以满足顾客需求为前提，对产品从开发设计到营销的整体过程的全部活动进行有效管理的价值增值的活动。

4.1.2价值流的基本内容

价值流的基本内容包含很多方面，按其在企业各环节中的重要性划分为主要价值流和支持价值流。

主要价值流就是在企业各环节中占主导地位的价值流，包括生产、营销等；支持价值流是对企业经营起到辅助作用所需的价值流，包括财务、行政人力等。

价值流是产品的基本生产过程所要求的全部活动，它包括三种活动方式：

第一，不增值（Non-ValueAdding，NVA）：

这是纯粹的浪费，它包含那些不能创造用户所能接受的价值，并且可以立即取消的活动；

第二，必要但不增值（NecessarybutNon-ValueAdding，NNVA）：

指那些不创造价值，但是目前产品开发、补充订货、生产系统还需要，因而不能马上取消的活动。

为了消除这一类型的浪费需要对现有的运作系统做出较大的改变，这些改动不可能马上实施；

第三，增值（Value-Adding，VA）：

真正能创造出顾客可以接受的价值的活动。

简单地说，总价值流包括从供应商到制造企业到顾客交付的过程。

如一辆汽车的制造，包括从顾客要求到概念设计、产品设计、样车制造、试验、定型、投产到交付后的使用、信息反馈和回收过程。

4.1.3价值流分析的目的

价值流分析目的就是对于某个具体产品和服务的整体价值流进行管理，明确浪费，找到一种合适的路径去消除不增值活动，尽量减少必要但不增值活动，使企业在竞争中取胜。

因而，价值流成本控制一方面要从总体上把握各环节之间的连接情况，另一方面要对各个环节上的价值流进行分析，涉及到产品成本形成的各个因素分析，形成成本的动因，通过建议如何将企业的内部核心能力与其所处的外部竞争环境相结合，来确认获得竞争优势所需的潜在资源，从而进行资源的优化配置，进行有效的成本管理。

4.2生产线系统布置

4.2.1生产线系统布置设计

系统布置设计（SystemLayoutPlanning简写SLP）是指根据企业的生产纲领及经营策略，在已知的空间场所内，按照从原料的接收、零件的制造、成品的包装、发运等全过程，力争将人员、物料和设备所需要的空间做最恰当的分配和有效的组合，以获得最大的经济效益。

系统布置包括工厂车间布置和总体布置。

生产线系统布置属于前者范畴。

4.2.2生产线系统布置原则

生产线系统布置受工作流形式的限制，有三种基本形式：

工艺原则、产品原则和固定工位布置。

（1）工艺原则布置是一种将相似设备或者功能相近设备集中布置的形式，这种布置形式一般适用于单件生产或多品种小批量的生产。

（2）产品原则布置是一种根据产品制造的步骤布置生产加工设备或工作过程的方式，适用于少品种及大批量的生产方式。

（3）固定工位布置是一种产品固定在一个固定的位置上，人员、物料和所需设备都围绕产品布置的形式，适用于大型设备的制造，如飞机、轮船制造。

生产线系统布置中设备一般沿物流通道两侧布置，通常受生产线长度、场地、建筑外形、工艺流程等方面的影响。

多数情况下还受车间入口、出口位置，外部运输条件和车间原有布置的影响。

同时还需对未来工厂扩产预留空间。

常见的生产线如图3所示。

生产线系统布置设计决定了各作业单位之间的相对位置，也确定了各作业单位所需的空间，包括各生产和非生产性作业。

生产性作业的位置取决于生产线的布置规划，非生产性作业取决于物流。

4.3生产线仿真技术

随着计算机图形学和运动仿真学的迅速发展，在机械制造领域，出现了以DEMLIA为代表的“数字工厂”虚拟现实系统，并得到了广泛的应用。

通过“数字工厂”，进行产品的装配过程仿真，验证详细装配工艺规程，分析生产线平衡情况，能解决传统装配工艺设计与生产线规划中的现实问题。

通过以工艺为中心，针对关键性生产工艺，利用数字化产品模型完成产品工艺的规划和验证，从设计到产品输出形成一套完整数字化制造流程。

利用DELMIA进行装配工艺规划、装配工艺详细设计、装配过程仿真与验证、装配生产线仿真和线平衡分析等工作。

4.3.1装配过程规划与详细设计

在DELMIA提供的虚拟现实环境下完成装配工艺规划和详细工艺设计,主要内容包括：

（1）工艺分离面的划分。

划分产品装配工艺分离面，并划分装配工位。

（2）详细工艺设计。

在工位划分基础上，依据零件装配工艺模型进行详细的装配工艺过程设计，定义该过程所需要的标准件，在三维数字化环境下确定该装配工艺过程零组件、标准件、成品等装配顺序，明确装配工艺方法、装配步骤，并选定该装配过程所需要的工装、夹具、工具、辅助材料等一系列的制造资源，形成指导生产的装配工艺规程

4.3.2装配工艺仿真与校验

在虚拟现实环境下，对产品实际装配生产过程进行动态模拟，完成工艺仿真与校验工作。

（1）工艺过程仿真与校验。

在虚拟的生产环境下按照设计好的工艺流程分别在不同的工位上对产品涉及的所有零、组件进行移动、夹紧和装配等操作，对产品装配顺序、装配路径、工艺装备等装配过程进行场景再现，进行零件与零件、零件与工装干涉检查及空间分析，分析装配过程的合理性、正确性、可达性。

（2）人机工程仿真。

通过虚拟的人体模型对装配过程中操作人员的动作、操作空间、操作难易程度进行分析，提前预知实际装配过程中操作者的可操作性、舒适性，以达到预期的装配效果。

4.3.3装配生产线仿真与分析

在虚拟环境下，构建装配生产线，分析并调整生产线平衡。

（1）装配生产线仿真。

在虚拟环境下，建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型，将已经建立的某产品各装配工艺模型和装配型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型导人厂房中，并将操作工人的人机模型加人厂房，按照确定的装配流程进行全面的工艺布局设计。

三维工艺布局比传统的二维工艺布局更直观，帮助工艺人员直观地查看各类工装、工具及设备的位置是否合理，有利于工厂的平面布局工作。

（2）生产线平衡分析。

根据移动生产线的工作原理，进行生产线平衡分析需要计算各工位的作业时间与生产线节拍（CT，cycletime）的关系利用DELMIA系统的以NT图功能，能自动统计各个装配工步、工序的工作总时间，形成各工位的工作时间统计表，根据各工位的工作时间长短，可以直观地查看各工位工时与生产线节拍的关系，工时过长代表能力不足，工时过短代表能力过剩，而不需要手工去计算和分析生产线平衡情况。

（3）生产线线平衡的调整。

根据移动式生产线的特点，生产节拍由最长的工序时间决定，必须要通过调节来实现生产线平衡。

通过利用ECRS法则进行生产线平衡调整，即排除（eliminate）不必要的工序，合并（combine）多个工序或同时进行多个工序，重排（rearrange）工序次序，及简化（simplify）工序内容来调节生产线的平衡。

在DE-LMIA系统中，通过重新设计工艺过程，或调整各工序、工步的逻辑关系来调整生产线线平衡。

首先通过对工步或动作的并行/串行控制，来实现工作时间的调节;其次考虑生产线人员的安排，能力过高的可以适当减少操作人员，能力不足的可以适当增加操作人员；最后还可以通过工序的合理划分，顺序调节各工位的工作量，从而最大程度地实现生产线平衡。

4.4拉动式生产看板可视化管理技术

4.4.1拉动式生产

拉动式生产是实时响应实际需求或消耗，来执行生产指令，一种由下游向上游提出实际生产需求的生产控制方法。

具有分散控制，灵活，适应性较强，关注物料的流动等特性。

可以通过各种可视化的工具来进行实时管理。

4.4.2拉动式生产及看板管理

研究发现造成生产线混乱的原因不是计划控制的不够，而是控制的人太多了。

运用拉动式生产理念，以及看板管理的实现方式就可以有效地规避这些问题。

看板的条件是模块化拉动式生产，模块化拉动式生产的实现方式是使用看板管理。

在看板生产中，系统给每个要员完整的要执行的信息。

例如：

对于操作工而言，就是生产这些数量的零件；对于物流人员而言，就是传递这些数量物料；依次类推。

生产员工变得自治了，物流变得简单明了，而管理调度人员就轻松多了。

4.4.3运用看板管理的主要目的

不会出现传统计划生产中的不足批次的成品。

这样大大地方便了物流、运输的压力。

或者说，在成品中，只会存在能够直接交付客户的产品，不会存在半成品。

根据实际消费量生产。

由于是拉动式的生产，只有客户提货了，才会产成补充的拉力，从而不会受限于不断更改的生产计划。

能够有效地避免供应短缺。

实现生产单元自我管理，工厂的运作是井然有序的。

通常认为只要在生产活动中用到的卡片的管理就是看板管理，其实不然，卡片只是其中的一个因素。

应该说，只有那些固定了批次大小、能够自主生产、并且是由客户的需