航空制造企業(yè)虛擬單元敏捷制造研究

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1、航空制造企業(yè)虛擬單元敏捷制造研究發(fā)表時(shí)間：2011/6/7?賈國柱?盧月?閔成?來源：萬方數(shù)據(jù)關(guān)鍵字：虛擬制造單元?流程模塊化?共享資源?零件、工藝聚類航空裝備制造企業(yè)大多屬于典型的多品種小批量生產(chǎn)類型，由于產(chǎn)品品種規(guī)格多、工藝離散程度高，生產(chǎn)組織與管理存在諸多問題。為了提高此類企業(yè)的生產(chǎn)績效，有學(xué)者提出了在基于工藝專業(yè)化原則的設(shè)備布局方式下建立虛擬制造單元的思路和方法。目前關(guān)于虛擬制造單元構(gòu)建方法的研究尚不完善，主要存在的問題是對(duì)于產(chǎn)品在虛擬制造單元中加工過程的跟蹤、協(xié)調(diào)以及控制的復(fù)雜度依然很高，難以實(shí)現(xiàn)較高的制造敏捷性。另外，在構(gòu)建虛擬單元完成后，還經(jīng)常

2、面臨共享制造資源的問題，導(dǎo)致單元被迫中斷其連續(xù)的生產(chǎn)過程，從而嚴(yán)重影響單元實(shí)施的效果。本文利用零件聚類和工藝聚類兩種聚類相結(jié)合的方法，對(duì)零件加工流程進(jìn)行模塊化分析，形成制造系統(tǒng)流程模塊庫。這種方法能夠通過標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用降低虛擬制造單元的控制難度，提高虛擬制造單元的構(gòu)建速度，通過降低物流次數(shù)達(dá)到提高制造系統(tǒng)敏捷型的目的。1虛擬制造單元構(gòu)建及流程模塊化在生產(chǎn)組織過程中，虛擬制造單元無需根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)路徑的要求對(duì)已經(jīng)布置在單元中的設(shè)備進(jìn)行重新布置，而是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的加工要求以單元中的設(shè)備為“設(shè)備池”構(gòu)建臨時(shí)性的虛擬單元。構(gòu)造虛擬制造單元的目的是將制造功能特征相似的制造

3、資源或工藝特征相似的工件分別聚合，形成不同的虛擬制造單元。從而把單件、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為批量生產(chǎn)，在保持單件、小批量生產(chǎn)柔性的同時(shí)，獲取批量生產(chǎn)的效益。以零件加工制造系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過零件聚類和工藝聚類，對(duì)多品種小批量制造系統(tǒng)中零件的加工流程進(jìn)行模塊分解和歸納，從而得到制造系統(tǒng)的流程模塊庫，實(shí)現(xiàn)零件加工流程的可重構(gòu)。具體規(guī)劃過程如下。1．1零件聚類首先基于零件的加工流程和路徑建立全體零件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。根據(jù)各種零部件的構(gòu)成數(shù)量，得出反映零部件數(shù)量比重的零件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。最后借助統(tǒng)計(jì)分析軟件Minitab中設(shè)定的AverageLinkage等選項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)?/p>

4、閥值進(jìn)行零件聚類，最終得到粒度適中的相似性零件組合。這一步通過標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用的思路，實(shí)現(xiàn)了降低虛擬制造單元的控制難度的目的，從而提高虛擬制造單元的構(gòu)建速度，最終提高制造系統(tǒng)的敏捷性。1．2工藝聚類在上一步得到的每一個(gè)零件組合內(nèi)建立零部件-工藝關(guān)聯(lián)矩陣。借助統(tǒng)計(jì)分析軟件Minitab中設(shè)定的平均值距離等選項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)拈y值進(jìn)行工藝聚類，得到局部流程模塊。通過降低物流次數(shù)達(dá)到提高制造系統(tǒng)敏捷型的目的。1．3模塊整合基于上兩步的結(jié)論，梳理所有零件組內(nèi)的流程模塊，形成全局的流程模塊庫，定義流程庫的概念。在處理新零件加工路徑時(shí)，系統(tǒng)能夠分析新流程，并由此建立虛擬制造單元

5、。基于聚類分析技術(shù)對(duì)制造流程進(jìn)行分析，可以建立制造流程的層次化模型，并以此為基礎(chǔ)建立制造流程模塊和動(dòng)態(tài)流程庫。制造流程模塊和動(dòng)態(tài)流程庫為建立動(dòng)態(tài)的虛擬制造單元提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，當(dāng)需要完成新訂單的制造任務(wù)時(shí)，計(jì)算機(jī)將根據(jù)新訂單的制造流程將其納入動(dòng)態(tài)流程庫，歸并為某一制造流程模塊或產(chǎn)生新的模塊，同時(shí)生產(chǎn)虛擬制造單元的結(jié)構(gòu)。2虛擬單元的共享資源問題構(gòu)建虛擬單元完成后，經(jīng)常面臨共享制造資源的問題，即生產(chǎn)工序（如熱處理、噴砂、電鍍等）在與其他生產(chǎn)單元共享這些公共資源時(shí)，導(dǎo)致單元被迫中斷其連續(xù)的生產(chǎn)過程，從而嚴(yán)重影響單元實(shí)施的效果。因此各單元需要加工的產(chǎn)品應(yīng)在盡量滿足單元

6、內(nèi)部生產(chǎn)節(jié)奏不被影響的條件下，制定共享資源的解決方法。2.1消除共享資源根據(jù)共享資源問題的實(shí)際情況和技術(shù)細(xì)節(jié)，通過技術(shù)的改進(jìn)、改善或革新，消除必須在單元外完成的工序?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面考慮：1）采用新技術(shù)或小型設(shè)備。例如，對(duì)于熱處理、電鍍等工藝過程，由于設(shè)備的加工能力較大，再考慮到運(yùn)行成本、環(huán)境保護(hù)等問題，傳統(tǒng)的做法是將所有車間或單元的待加工工件運(yùn)至相應(yīng)處理車間，進(jìn)行一定批量的加工處理。雖然從效率和單件加工成本角度來看，小型化設(shè)備不如大批量加工合算，但是它能夠有效的縮短生產(chǎn)周期，使得單元的封閉性得到恢復(fù)，進(jìn)而帶來一系列單元制造的優(yōu)勢。2）對(duì)加工工序進(jìn)行分析，

7、采取措施，改進(jìn)或去掉需要共享資源的工序。例如，可改變加工順序，改變和調(diào)整某些工序；也可采用新工藝，如改變涂層工藝，用噴漆代替電鍍，則可以在單元內(nèi)用噴槍完成這一工序。利用工業(yè)工程技術(shù)對(duì)需要使用共享資源進(jìn)行單元外加工的工件進(jìn)行工藝流程分析。通過分析看能否去掉某些工序，或者調(diào)整工序的順序，使得單元外加工工序處在單元的起始或終了位置。3）考慮建立兩個(gè)單元。在工藝允許的前提下，可以考慮以共享資源為界限，將使用共享資源的單元拆分成兩個(gè)獨(dú)立的單元。一個(gè)在共享資源之前，為共享資源提供半成品；另一個(gè)在共享資源之后，以共享資源加工的半成品為該單元的輸入。兩個(gè)新的單元中均不需要原

8、來的共享資源，共享資源做為單獨(dú)的一個(gè)工序分出來，使單