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  关重件节拍生产线提升敏捷性(2022-12)  
企业管理杂志 发布时间:23-04-20        
   

动部件节拍生产线建设,有效突破了昌飞公司直升机动部件的生产能力瓶颈,提升了智能生产核心能力。

文|王贵宝  涂建平  王海桂

关键词:昌飞公司   关重件   节拍生产线   数字航空   敏捷制造

      为满足快速增长需求,以高质量、准时化交付装备为目标,航空工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司(以下简称昌飞公司)围绕生产制造执行系统管理颗粒度不细,人工排产难度大,设备冲突严重等问题的解决,面向数字航空发展趋势,致力以数字化、网络化、智能化为核心理念促使传统机加制造的转型升级。

设计敏捷制造管控模型
推行全过程数字化管理

      昌飞公司以航空工业管理体系建设为指导,应用标准作业管理、SQCDP可视化管理、基于配送的6S管理等工具,从敏捷制造的生产技术、保障措施管理方式、人力资源三大要素和生产线建设基础条件分析入手,重构动部件制造生产工艺流程,建设流程型节拍生产线、完备的工业物联网和DNC数据采集系统,构建运行管控中枢,建立动部件敏捷制造生产运行模型(见图1),促使生产管理各环节高度协同,加快在制品流转速度,提高生产组织效率,拉动现场问题的快速响应,全面提高对生产异常情况的应对能力,最终达到直升机动部件敏捷制造,实现装备高质量、准时化交付,提升客户满意度。


动部件敏捷制造运行管控中枢是以昌飞公司创新性的CPS平台系统为基础,支撑产品全生命周期的数字化管理,所有文档信息按管理者角色权限做到实时共享,为动部件敏捷制造的产品设计与生产管理搭建了一个并行化的协作环境,实现动部件产品从订单、排产、生产、质控、交付的全生产过程数字化管理。同时,昌飞公司还为动部件敏捷制造构建了功能更强的制造执行系统,全面涵盖自动排产、自动派工、生产准备、物料配送等管理内容。
      动部件敏捷制造生产运行模型是以计划主线和技术主线管控工作需求为牵引,融合ERP及MES的管理理念,应用PDM、CAPP工艺设计技术,自动获取工艺设计参数、内外部生产资源等信息,保障生产任务、物料供应、作业计划、生产执行、质控交付的高度协调匹配,利用多层级工业物联网,对所有设备进行实时监控和数据采集,保证设备间信息互联互通,利用大数据采集分析平台,协调各子系统高效准确运行,为直升机动部件制造提供包括制造计划管理、生产调度管理、车间排产管理、零件库存管理、加工工时管理、工装工具管理、数据采集分析等管理模块,打通数据壁垒,建立现场问题快速响应机制,为企业打造一个扎实、可靠、全面的一体化协同管理平台。

建设流程型节拍生产线
开创智能化排产管理

      根据动部件的零件特点,对关键核心零件进行分类分簇,主要划分为钛合金盘环类、钛合金支臂类等类型零件;按产品类型理清基准制备、粗加工、半精加工、精加工等阶段的加工内容,重新优化设计工艺分离面,通过价值流分析重构生产工艺流程,制订典型零件工艺流程。按小组件装配、壳体状态、总成装配、性能试验等对装配工作进行细化,重构部件装配工艺流程,制订典型装配工艺流程。基于典型工艺流程,通过CAM软件进行数控编程,采用三维虚拟仿真技术对制造资源和工艺过程进行模拟,直接准确地计算出各站位的加工时间,根据加工时间直观地调整站位加工内容,实现生产线的站位节拍均衡。生产线节拍确定后,根据传统工艺方案加工时间和预期可优化提升的效率比例,计算出生产线站位的数量,结合工艺分离面划分出站位;优化调整站位间的加工工作量,均衡各站位节拍至满足生产线产能需求。
      开创柔性高效的智能排产。自主设计开发基于瓶颈资源竞争的智能排产系统,具备订单管理、能力平衡、预先排产、作业计划排产、智能调度五大管理功能,实现系统自动生成站位级作业计划。该系统以生产物料、生产设备及其他约束资源为对象,按照生产线站位进行排产,合理地安排每个工序在设备上的加工顺序,确定加工开始时间,在满足约束条件的基础上,以生产运行指标预先评估结果最优为评价依据,从多种可行的排产结果中选取最科学的排产方案;当接收到执行异常信息或作业任务发生变更后,自动变更作业计划信息,刷新相应的理论开工、完工时间。
      实现实时动态的自动派工。设计开发自动派工系统和生产现场终端控制平台,基于排产结果自动形成派工任务,包括作业计划派工、毛坯配送派工、刀具配送派工、零件配送派工等;派工任务信息按站位直观展示在指定的现场终端上,作业人员可直观获取作业计划信息,自主开展作业,无需调度人工干预指挥。当出现临时紧急插单或因异常情况触发的智能调度时,自动派工系统能按最新排产数据实时完成派工信息更新。
保障充分准时的物料供应。智能排产系统按作业计划排产自动形成并下达物料配送、产品流转的物流任务。智能排产系统在进行作业计划排产时,根据产品生产制造周期自动推算生产线运行所需物料的需求节点,反馈给企业资源计划系统,作为制订采购计划的重要指导依据;物流管控系统接收指令后调度物流输送线运行自动完成相应作业,实时反馈执行过程及结果信息,实现物料的精准化配送。在预留合理的采购提前期下,确定最终的物料采购计划,保证生产计划与采购计划的高度协同。在生产过程中,若出现临时紧急插单等特殊情况,系统自动实时调整物料需求数据,相应触发物料采购计划的调整与补充,确保物料采购计划随订单任务的调整而动态匹配。

生产线运行要素七固化
规避节拍不稳定隐患

      为保证生产线持续稳定的高质量产出,昌飞公司实施了人员、设备、工装、刀具、程序、指令等生产要素的固化(见图2),规避各种因素对节拍式生产运行带来的影响,实现生产线节拍的真正固化。

 


      人员固化,在一定时间内不轻易更换每个站位的作业人员,用熟练工来保证产品质量稳定;设备固化,除异常情况外,每个产品的加工生产线不进行更换,每个站位的加工设备不进行调整,固化加工设备;工装固化,每个产品按站位配备2套工装,1套用于在机加工,另1套用于机外上下料,依托设备自动交换台实现快速切换,减少停机等待;刀具固化,通过多轮次试切验证优选,最终确定各站位的刀具清单,并将刀具品牌、规格、参数等固化到制造指令性文件中;程序固化,程序的固化与刀具固化同步进行,互相适应,按照典型工艺流程,编制数控程序,完成首件试制合格,再经过几轮迭代优化后,通过数控程序鉴定完成固化;指令固化,制造指令固化内容包括工艺分离面、加工策略、装夹定位要求等,经过几轮生产验证后,组织评审会进行固化;节拍固化,通过以上生产要素的固化,规避节拍不稳定隐患。生产过程中,严禁作业人员擅自调整设备加工倍率,加快或放慢生产线运行节拍,确保生产节拍得到稳定运行。
      在生产要素固化的同时,导入标准作业管理理念,组织制订了产品加工、设备操作、镗孔、程序恢复执行、防错校对点检、异常情况处理、物流上/下料、交接班的标准作业流程及规范,作为作业人员开展规范作业的指南。标准作业分为设备级、零件级、生产线级;设备级作业标准是同一规格设备的标准作业流程;零件级标准作业是零件加工过程的标准作业;生产线级标准作业是指基于物流的标准作业定置及作业指导书要求进行的标准作业。通过标准作业的实施,作业人员只要严格按照标准流程步骤开展作业,就能加工出合格产品,作业人员的经验水平对产品质量的影响大幅降低,产品加工一致性和加工效率显著提升。

搭建两级风险管控机制
提升生产组织敏捷性

      搭建生产与配套两级风险管控机制。动部件生产两级风险管控机制包括机加生产风险管控和零件配套风险管控。通过设置强化过程拉动的KPI考核指标,推进基于均衡生产的生产线运行考核评价,实行多维度评价的员工计奖考核,创新生产考核评价模式;通过实时协同高效的物料自动配送,试点减少浪费的生产线停线控制。形成两级风险管控的生产管控机制,提升生产组织的敏捷性。
      设置强化过程拉动KPI考核指标。面向动部件生产及配套分厂设置“刚性”计划准时完成率、“齐套率”、“断线”计划准时完成率3项过程KPI考核指标。其中,“刚性”计划准时完成率主要考核零组件的准时交付,发挥预配套考核拉动的作用;“齐套率”主要考核单架份动部件所有零组件的综合准时配套率,发挥整体配套考核拉动的作用;“断线”计划完成率主要考核即将影响部件装配线所缺零组件的准时交付,发挥最终需求配套考核拉动的作用。通过这3项指标的考核,促使生产组织效率的提升。
      实时协同高效的自动配送。在融合数字化与物流输送技术的基础上,构建一套涵盖毛坯配送、刀具配送、零件配送、产品周转管理等高度协同的自动化物流系统。物流系统由毛坯库、刀具库、零件库和物流输送线组成,由同一套物流控制系统统一指挥调度,保障产品流转和物料配送的高度协同。物流系统将物料流转和零组件制造条码工序流无缝连接,通过刷条码对物流线的所有设备进行逻辑控制、监控和管理,使物流线的所有设备按照零组件工序流程协调运行,保证物流系统的高效稳定运行和物料配送周转的敏捷性。

培育知识型高素质人才
激发从业人员创造性

      培养一专多能的技能人才。按产品、设备特点系统性梳理各岗位的技能需求,制订技能矩阵评定标准,编制技能矩阵评定细则,编写技能培训教材,充分开展技能培训。结合培训对象技能基础差异,开展因材施教,新进员工从基本功抓起,对三轴/四轴/五轴设备操作工侧重于技能上的进阶培训;选拔负责自主运行的生产线线长。摆脱传统的班组长设置,通过培训与选拔为每条生产线配置线长,全面负责相应生产线的日常运行管理工作,培育所需的知识型高素质管理人才,保障节拍式生产敏捷制造对知识型人才的需求。
      组建保障生产线稳定运行的现场管理团队。为进一步提升生产线自主运行能力,打破传统的生产管理组织架构,取消负责生产组织管理的调度职能室,组建管理团队“现场工作站”。结合生产线全面运行保障需求,现场工作站人员配置包括工段长、现场工程师、调度员、多能工等,为生产线稳定运行组建一支“特种作战部队”,既可以灵活机动地解决生产现场问题,又能兼顾对生产线运行开展各项技术管控。

实现关重零部件敏捷制造
助推智能生产核心能力建设

      动部件节拍生产线建设实现了直升机关重零部件的敏捷制造。通过重构直升机动部件生产组织管理机制及制造执行系统,显著减少了在制品数量,大幅消除过程等待浪费,缩短了直升机动部件制造周期,制造周期由9个月降低至5个月,缩短制造周期44%以上,满足了客户对高质量、准时化交装的迫切需求;提高设备利用率,数控设备利用率从40%提升到65%;生产配套能力提升75%以上;提升了生产管理水平和产品质量,积压的直升机动部件航材备件、部件修理订单任务陆续实现了交付清零,开启了当年签订合同、当年准时交付的良好局面,产品不良品率从10%下降至5%,客户满意度得到进一步提升。
      动部件节拍生产线建设打造了智能制造行业标杆。有效突破了直升机动部件的生产能力瓶颈,提升了智能生产核心能力,保障了昌飞公司及配套单位各型号直升机科研、批产对动部件的需求配套,推动了国内多个重要直升机型号从研制阶段顺利转入批量生产,加速了国产新一代直升机在国防建设中列装进程;培育知识型高素质人才,形成一支包括航空工业特级技能专家2名、高级技师5名、技师15名、高级工64名,以及近20名一专多能型人才的技能人才队伍;2020年本项目被评为航空工业“十三五”能力建设十大工程项目;2021年在世界智能制造大会上,昌飞公司被评为智能制造标杆企业。■


主要参考文献
[1] 张琴.以MES为核心的敏捷制造系统集成研究[D].武汉:武汉理工大学,2013.
[2] 张顺堂,胡鹏.面向敏捷生产的多品种小批量生产排程模型研究[J].现代制造技术与装备,2020(11).
[3] 潘登,曾德标,李国华,等.飞机系统件柔性敏捷制造单元构建方法[J].航空制造技术,2020(11).
作者单位
昌河飞机工业(集团)有限责任公司

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