基于Flexsim的飛機(jī)客艙安裝作業(yè)仿真研究

余 芬，楊飛龍，黃 珊，祝世興、楊永剛

（1. 中國民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津 300300；2. 天津財經(jīng)大學(xué) 商學(xué)院，天津 300222）

0 引言

Flexsim是一種面向?qū)ο蟮目梢暬?D 仿真軟件，可以方便地建立生產(chǎn)線模型并通過仿真進(jìn)行效能評價[1]。目前多用在車間調(diào)度優(yōu)化研究[2]，生產(chǎn)線仿真研究[3-5]、物流系統(tǒng)建模研究[6]；也有學(xué)者在維修故障仿真方面的研究如文獻(xiàn)[7]從虛擬維修實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，結(jié)合過程模型的方法，建立了維修任務(wù)仿真管理模型；文獻(xiàn)[8]在Visual C + +環(huán)境下編程，通過局域網(wǎng)連接Flexsim，建立了一個實(shí)時飛行故障仿真系統(tǒng)對飛行故障監(jiān)控。但Flexsim在飛機(jī)大修作業(yè)中應(yīng)用研究還較少。

本文運(yùn)用Flexsim 軟件，對B747飛機(jī)大修過程中客艙安裝作業(yè)流程建立了仿真模型，通過對現(xiàn)行的工卡作業(yè)內(nèi)容、工時和作業(yè)人員等數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真測試，得到人員平均閑置率。通過分析調(diào)整作業(yè)流程，增加并行作業(yè)，使客艙組人員的閑置率從27.6%降低到17.3，提高了大修作業(yè)效率。論文所用的研究方法為飛機(jī)維修企業(yè)提供了借鑒，具有一定的工程應(yīng)用價值。

1 B747飛機(jī)大修安裝作業(yè)流程分析

B747大修作業(yè)流程如圖1所示，從進(jìn)廠檢查到客戶批準(zhǔn)共經(jīng)歷10個階段。主要階段工作內(nèi)容是：1）進(jìn)場檢查階段：主要是對發(fā)動機(jī)試車、自動駕駛及操縱系統(tǒng)的檢查、飛機(jī)外表及燃油滲漏檢查、貨艙裝載系統(tǒng)的檢查；2）飛機(jī)褪漆：是對飛機(jī)表面褪漆，以便為機(jī)身外表檢查做好準(zhǔn)備；3）拆件：對發(fā)動機(jī)及襟、副翼，起落架等大部件拆卸，客、貨艙內(nèi)部的拆卸； 4）改裝檢查：主要是指為方便對飛機(jī)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)行檢查和改裝；5）修理、裝件：主要是對客、貨艙的改裝，對拆卸件檢查修理和安裝，及對拆卸下來的發(fā)動機(jī)和結(jié)構(gòu)件檢查修理和安裝；6）功能檢測：是對大修工作進(jìn)行全面檢查，包括機(jī)械操縱系統(tǒng)電子、電器系統(tǒng)的測試，然后對飛機(jī)外表面噴漆、交付客戶批準(zhǔn)和試飛。至此，完成了整個飛機(jī)大修工作。

其中，每個階段涉及多種作業(yè)、工序復(fù)雜、不確定因素多、技術(shù)難度高，其作業(yè)時間和作業(yè)次序難以控制，以客艙安裝作業(yè)最為突出。

對于客艙部分，主要拆裝作業(yè)包括客艙座椅、側(cè)壁板、頂板、地板、隔音棉、窗戶、洗手間、廚房、行李箱及各種電子線束、電子設(shè)備的拆卸和安裝，涉及近300份大修工卡。目前存在的問題是：1）需要安裝作業(yè)的工作量大，零件多；2）因作業(yè)空間狹小，視野差，不利于工人操作，難以達(dá)到高裝配精度要求；3）內(nèi)部作業(yè)人數(shù)較多，作業(yè)次序較亂和作業(yè)等待時間較長等。這些問題導(dǎo)致了作業(yè)效率低，客艙安裝時間過長。

圖1 B747大修作業(yè)流程

2 客艙安裝作業(yè)仿真模型建立

2.1 仿真數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

圖2 客艙裝件數(shù)據(jù)庫

依據(jù)現(xiàn)行的工卡設(shè)計客艙的拆、裝件作業(yè)數(shù)據(jù)庫?；緮?shù)據(jù)包括任務(wù)開始執(zhí)行時間、任務(wù)類別、任務(wù)名稱、人力數(shù)量、所屬部門等信息。所有的工作都按艙位來分，分為客艙組和電子組，分別用CB和AV組表示，本文圖表顯示均為客艙組數(shù)據(jù)。CB組作業(yè)人員32人，6個工作區(qū)域?yàn)椋篈、B、C、D、E和F。因?yàn)镕lexsim有Excel相通的數(shù)據(jù)接口，所以本文的數(shù)據(jù)庫都采用.xls文件格式保存。客艙組裝件數(shù)據(jù)庫如圖2所示。（Day：任務(wù)開始日；JC number：工卡；item type：任務(wù)類型；quantity：工卡的數(shù)目；Mh：工作所需要的工時；people：工作所需要的人力；Quali：維修人員執(zhí)照種類；D/N：白班/晚班；Trade：工作部門；ZONE：工作區(qū)域）

2.2 仿真約束條件的確定

在建立仿真模型和編寫程序前，先做如下假設(shè)：

1）不考慮飛機(jī)被檢查出意外故障，即所有的維修工作均包括在大修方案中；

2）維修人員的工間休息時間、生理需要和會議等寬放時間均包括在工時內(nèi)；

3）任何一項(xiàng)維修工作都認(rèn)為順利地完成，不會因質(zhì)量問題造成返工；

4）在大修期間認(rèn)為所有維修設(shè)備處于完好狀態(tài)；

5）所有班組成員均按時上班，無人員缺勤；

6）所有維修工作都在工卡規(guī)定的時間內(nèi)完成，不會因?yàn)榫S修人員的熟練程度提前或延期完成；

7）仿真的時間單位為分，需把工卡所規(guī)定工時小時數(shù)乘以60，轉(zhuǎn)化為分鐘數(shù)。

2.3 Flexsim仿真模型的建立

在Flexsim 5.0版本下建模，由于已存在大量模型，只需要將已有模型拖入到建模區(qū)即可。對于模型庫中不存在的模型可以通過可視化工具（Visual tool）自己創(chuàng)建，先在建模區(qū)拖入可視化工具模型，修改3D文件路徑，使用保存操作將模型保存至用戶庫中，供以后建模使用。以維修人員的閑置率為測試指標(biāo)。

在Flexsim模型中，人員的狀態(tài)有閑置、忙碌、等待、行走、搬運(yùn)、裝載、卸載等多種狀態(tài)?，F(xiàn)按一天工作11小時規(guī)定，即660分鐘，其中白班從8點(diǎn)開始工作，晚班從晚8點(diǎn)開始，用各班次時間安排表（time table）來控制。仿真模型如圖3所示。仿真模型布局如4圖中所示。將每份工卡（Job Card）看作成一項(xiàng)工作，將由圖4中藍(lán)色的任務(wù)源(Input)來按時間順序產(chǎn)生，用Item來表示；每份工卡對應(yīng)的工時是維修人員完成這項(xiàng)工作所花費(fèi)的時間。如果是裝件，任務(wù)源產(chǎn)生Item后，Item進(jìn)入暫存區(qū)（Queue）后，等待操作者（Operator）搬運(yùn)至處理器（Processor）。將操作者搬運(yùn)Item至處理器（Processor）并完成處理的過程定義為一個裝件。Item在被處理完后直接完成（用Sink代替，表示此工作完成）。

以下代碼僅是客艙組工作在經(jīng)處理器時對應(yīng)工時數(shù)據(jù)的讀取程序，模型的其它仿真程序代碼因篇幅所限，略。

…

treenode current = ownerobject(c);

treenode item = parnode(1);

string tablename = /**/""/**/;

int a=getlabelnum(item，"s");

if (a==3)

{

tablename="CB removal ZA";

}

else

tablename="CB install ZA";

int row = /**/getitemtype(item)/**/;

int col = /**/6/**/;

return gettablenum(tablename，row，col)*60;

...

3 仿真結(jié)果測試及流程分析

3.1 現(xiàn)有流程閑置率測試分析

模型運(yùn)行結(jié)束后，整個仿真結(jié)束時間是第34天結(jié)束，與實(shí)際相符合。客艙組人員平均閑置率是27.6%，人員的平均利用率只有73.4%，顯然偏低。客艙人員閑置率數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖3 客艙安裝仿真模型

圖4 安裝作業(yè)仿真模型布局

圖5 客艙組人員閑置率測試結(jié)果

3.2 流程分析

流程的瓶頸在C區(qū)，如圖6所示。從圖中可見只有C區(qū)的暫存區(qū)還有臨時實(shí)體(Item)等待被處理，不少裝件工作還未執(zhí)行，裝件工作還沒完成。而其它部門的暫存區(qū)中都沒有臨時實(shí)體,意味著裝件工作均已完成。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，C區(qū)裝件工作安排在第24-27天較多，而在第20-23工作較少，原因是按傳統(tǒng)做法需等待電子組的工作展開，才能進(jìn)行。這樣導(dǎo)致工作量不均衡，流程出現(xiàn)“堵塞”。經(jīng)調(diào)查分析，可以將第24-27天的某些不受前續(xù)作業(yè)影響的工作提前安排在第20-23天中進(jìn)行，增加了并行作業(yè)的工作量，使工作量均衡。將調(diào)整后的安裝作業(yè)流程數(shù)據(jù)，重新導(dǎo)入Flexsim中，經(jīng)測試人員閑置率客艙組是17.3%,電子組是15.1%，如圖7所示，得到比較滿意的結(jié)果。

圖6 裝件過程模型

圖7 客艙組與電子組人員平均閑置率

4 結(jié)束語

盡管Flexsim軟件在生產(chǎn)線、物流倉儲方面仿真應(yīng)用較為普遍，但在飛機(jī)維修領(lǐng)域應(yīng)用還較少，還有許多的研究空間，值得深入開展。本文基于Flexsim仿真軟件，建立飛機(jī)大修客艙安裝件作業(yè)模型，選擇人員的平均閑置率為測試指標(biāo)，通過對現(xiàn)行的裝件作業(yè)工卡任務(wù)、工時和人員的測試，根據(jù)得到的人員平均閑置率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)流程瓶徑。針對流程瓶徑，通過調(diào)整作業(yè)流程或人員等，來降低閑置率，有效地提高了大修作業(yè)效率。參考文獻(xiàn)：

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