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        基于架構(gòu)和系統(tǒng)工程方法的航空智能生產(chǎn)線規(guī)劃研究

        發(fā)布時間:2018-06-25 來源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:

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          航空工業(yè)作為工業(yè)體系的重要組成部分,項(xiàng)目研發(fā)周期長、資金占用高等因素始終制約著航空業(yè)態(tài)的健康穩(wěn)定發(fā)展。智能化正在深度影響航空工業(yè)的未來。在航空工業(yè)領(lǐng)域推進(jìn)智能制造,將有效縮短航空裝備產(chǎn)品的研制周期,降低運(yùn)營成本和資源能源的消耗,推進(jìn)生產(chǎn)的適應(yīng)性和靈活性,對提高航空裝備研制水平,加快開發(fā)高水準(zhǔn)的航空器產(chǎn)品,推動航空工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展都具有重要意義。然而,航空裝備生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性也導(dǎo)致了智能生產(chǎn)線建設(shè)難度較大,因此,有必要采用架構(gòu)和系統(tǒng)工程方法進(jìn)行智能生產(chǎn)線的規(guī)劃研究。
          一、航空智能生產(chǎn)線需求分析
          航空智能生產(chǎn)線需求分析的目標(biāo)是通過形式化的需求模板,對智能生產(chǎn)線建設(shè)需求進(jìn)行逐層分解和細(xì)化,借助需求項(xiàng)清單和需求定義模板幫助生產(chǎn)線的建設(shè)單位準(zhǔn)確定義需求。
          保證交付周期和質(zhì)量是航空智能生產(chǎn)線的根本目標(biāo),保證交付周期要求生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)排產(chǎn)和運(yùn)行控制,保證質(zhì)量要求生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)工藝全要素執(zhí)行控制,同時,要求生產(chǎn)線在交付計劃控制和質(zhì)量控制的過程中發(fā)現(xiàn)任何問題時都能夠?qū)崿F(xiàn)敏捷處理,由此得到三項(xiàng)航空智能生產(chǎn)線的一級需求。由于一級需求無法進(jìn)行準(zhǔn)確驗(yàn)證,需要對每一項(xiàng)需求內(nèi)容進(jìn)行分解形成二級需求。以R2工藝全要素執(zhí)行控制為例,需要進(jìn)一步分析在生產(chǎn)過程中需要對哪些要素進(jìn)行執(zhí)行控制。設(shè)備和資源、生產(chǎn)對象、人員和工藝過程是影響到工藝執(zhí)行控制的主要要素,對R2進(jìn)行分解得到四項(xiàng)二級需求,發(fā)現(xiàn)同時對R1、R3也進(jìn)行進(jìn)一步分解,得到如表1所示的航空智能生產(chǎn)線二級需求。
          在二級需求基礎(chǔ)上,可以對需求再次進(jìn)行細(xì)化。以R2.1設(shè)備和資源受控為例,設(shè)備和資源的受控可以理解為R2.1.1不用錯設(shè)備和資源、R2.1.2設(shè)備和資源狀態(tài)健康、R2.1.3設(shè)備運(yùn)行的每個指令發(fā)出前都需要進(jìn)行檢查和確認(rèn)三項(xiàng)三級需求。
          基于系統(tǒng)工程中技術(shù)流程的需求分析要求通過結(jié)構(gòu)化模板準(zhǔn)確定義出每一條可被驗(yàn)證和確認(rèn)的需求項(xiàng)。在規(guī)劃航空智能生產(chǎn)線時,可根據(jù)上述需求分解并借助需求定義模板確定需求清單。以某飛機(jī)部件裝配生產(chǎn)線為例,R2.1.1的需求定義模板如表2所示,左側(cè)列出了生產(chǎn)過程的全部設(shè)備與資源,右側(cè)是生產(chǎn)工藝過程,使用該模板可以準(zhǔn)確定義在任何一個工藝過程中需要對哪一項(xiàng)設(shè)備與資源進(jìn)行控制從而保證生產(chǎn)過程使用正確的設(shè)備和資源。
          二、航空智能生產(chǎn)線功能規(guī)劃
          航空智能生產(chǎn)線功能規(guī)劃的目標(biāo)是通過對參考性的功能組件庫進(jìn)行配置,形成智能生產(chǎn)線的系統(tǒng)功能框架,并進(jìn)行需求與功能的滿足性分析,幫助生產(chǎn)線的建設(shè)單位準(zhǔn)確描述生產(chǎn)系統(tǒng)功能。
          進(jìn)行功能規(guī)劃的思路是從每一項(xiàng)需求項(xiàng)出發(fā),對需求得到滿足的具體功能進(jìn)行描述;诤娇展I(yè)信息化建設(shè)實(shí)踐,本文首先總結(jié)出面向航空智能制造的生產(chǎn)線功能組件庫,功能組件庫由四項(xiàng)一級組件組成,分別為F1.采集、通訊與控制器、F2.可視化作業(yè)指導(dǎo)、F3.精準(zhǔn)排產(chǎn)與執(zhí)行控制、F4.實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析、控制和優(yōu)化。每一項(xiàng)一級組件可進(jìn)一步分解為二級組件,如表3所示。
          在進(jìn)行航空智能生產(chǎn)線功能規(guī)劃時,可首先從需求出發(fā),在功能組件庫中尋找滿足需求的二級組件,并進(jìn)一步采用功能組件定義模板對功能組件進(jìn)行更為準(zhǔn)確的描述。以F1.1通電控制組件為例,其功能組件定義模板如表4所示。
          三、航空智能生產(chǎn)線邏輯設(shè)計
          航空智能生產(chǎn)線功能規(guī)劃的目標(biāo)是借助場景化的邏輯設(shè)計模板,基于智能化生產(chǎn)場景構(gòu)建各功能組件之間的業(yè)務(wù)邏輯,有效指導(dǎo)航空智能生產(chǎn)線建設(shè)過程中智能化軟、硬件系統(tǒng)的開發(fā)和部署。
          CPS的本質(zhì)是構(gòu)建一套賽博空間和物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動流動的“動態(tài)感知、實(shí)時分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”的閉環(huán)賦能體系,針對生產(chǎn)過程的每一項(xiàng)關(guān)鍵工序可采用如圖l所示的場景化邏輯設(shè)計模板進(jìn)行航空智能生產(chǎn)線邏輯的分析與設(shè)計。在閉環(huán)流程的每一環(huán)節(jié)采用AS-IS、TO-BE架構(gòu)方法梳理現(xiàn)有業(yè)務(wù)存在的問題和未來改進(jìn)目標(biāo),并基于TO-BE目標(biāo)設(shè)計工序作業(yè)過程中功能組件間的輸入、輸出和執(zhí)行判斷條件。圖2給出了某飛機(jī)部件裝配過程中自動制孔作業(yè)過程的業(yè)務(wù)邏輯分析與設(shè)計示例。
          四、航空智能生產(chǎn)線建設(shè)的建議
          基于上述通過架構(gòu)和系統(tǒng)工程方法對航空智能生產(chǎn)線規(guī)劃方法的研究,本文提出以下幾點(diǎn)航空智能生產(chǎn)線建設(shè)的建議。
         。1)航空智能生產(chǎn)線應(yīng)在建線前開展生產(chǎn)線規(guī)劃咨詢。
          智能生產(chǎn)線是航空工業(yè)推進(jìn)智能制造的核心所在,也是工業(yè)化和信息化融合的關(guān)鍵所在,鑒于航空裝備生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性,有必要在建線前開展生產(chǎn)線規(guī)劃的咨詢。
         。2)按照架構(gòu)和系統(tǒng)工程方法進(jìn)行航空智能生產(chǎn)線規(guī)劃。
          需求牽引、問題導(dǎo)向是實(shí)施智能制造的重要前提,采用架構(gòu)方法和“需求-功能-邏輯-物理”的系統(tǒng)工程技術(shù)流程科學(xué)開展生產(chǎn)線規(guī)劃非常重要。
         。3)信息化團(tuán)隊與工藝裝備設(shè)計團(tuán)隊在生產(chǎn)線規(guī)劃之初聯(lián)合開展工作。
          智能生產(chǎn)線的規(guī)劃,需要從由傳統(tǒng)生產(chǎn)線建設(shè)以工藝裝備設(shè)計為主向智能生產(chǎn)線建設(shè)以兩化融合方向轉(zhuǎn)變,信息化團(tuán)隊的早期融入非常關(guān)鍵。
          五、結(jié)語
          本文基于國內(nèi)航空工業(yè)現(xiàn)狀和基礎(chǔ),研究航空工業(yè)基于架構(gòu)和系統(tǒng)工程方法的智能生產(chǎn)線規(guī)劃方法,設(shè)計了需求項(xiàng)清單和需求定義模板、功能組件庫和功能定義模板、場景化邏輯設(shè)計模板等生產(chǎn)線規(guī)劃工具,為航空工業(yè)研制單位提供可參考的智能生產(chǎn)線規(guī)劃思路,幫助和促進(jìn)航空行業(yè)智能制造的推進(jìn)實(shí)施。

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