民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線規(guī)劃與車間布局設(shè)計*

馮益銘，姜 楠，李 波，李少波，王 焰，王 偉

（1.電子科技大學(xué)，成都 611731；2.飛行器集群智能感知與協(xié)同控制四川省重點實驗室，成都 611731；3.中航成飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，成都 610091）

脈動裝配生產(chǎn)線作為移動式裝配線的一種，使用模塊式方式設(shè)計裝配線，通過站位劃分使得生產(chǎn)過程按設(shè)定的節(jié)拍進(jìn)行站位式裝配作業(yè)，具有工業(yè)化程度高、生產(chǎn)節(jié)奏性強(qiáng)、數(shù)字化程度高等特點。其改變傳統(tǒng)固定裝配的生產(chǎn)模式，有效縮短了生產(chǎn)周期、提高了裝配的質(zhì)量和效益[1]。如洛克希德·馬丁公司的F–22總裝[2]和波音公司的波音747部裝[3]均采用了脈動裝配生產(chǎn)線，裝配效率得到極大提高。當(dāng)前，某民機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)部件裝配已采用先進(jìn)的移動式裝配線，但由于近年飛機(jī)大部件模塊化交付理念的提出與實施，飛機(jī)機(jī)頭從傳統(tǒng)的機(jī)頭結(jié)構(gòu)部分交付，轉(zhuǎn)為機(jī)頭結(jié)構(gòu)部分連帶機(jī)頭系統(tǒng)部分的整體模塊化交付。針對該轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)車間普遍在原生產(chǎn)線上增設(shè)單一固定工位進(jìn)行機(jī)頭系統(tǒng)的裝配與測試工作，其缺陷在于單一工位負(fù)載量過大，影響整個機(jī)頭模塊化交付的效率。因此，考慮在結(jié)構(gòu)件裝配與系統(tǒng)集成間增加緩沖區(qū)，單獨開展針對機(jī)頭系統(tǒng)裝配的脈動生產(chǎn)線的搭建。目前，民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)一般劃分成液壓系統(tǒng)、電子電氣系統(tǒng)、內(nèi)飾系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)5大系統(tǒng)組成。裝配任務(wù)模塊化劃分與脈動裝配生產(chǎn)線以模塊式方式設(shè)計裝配線的思想契合，因此在機(jī)頭系統(tǒng)裝配中引入脈動式生產(chǎn)模式，提高裝配效率是可行的。

在裝配線規(guī)劃與優(yōu)化方面，唐競等[4]基于航空機(jī)電產(chǎn)品的現(xiàn)實需求，研究了脈動式裝配線的規(guī)劃方法，即根據(jù)航空機(jī)電產(chǎn)品的裝配工藝特點，以工藝相同或相似的原則將產(chǎn)品劃分為若干個裝配生產(chǎn)單元，利用取消–合并–調(diào)整順序–簡化 （ECRS）方法進(jìn)行生產(chǎn)線平衡調(diào)整。魏小紅等[5]探討了航空發(fā)動機(jī)總裝脈動生產(chǎn)線規(guī)劃的方法，通過裝配流程再設(shè)計、優(yōu)化與平衡等步驟確定脈動裝配線方案。喻家發(fā)[6]在分析直升機(jī)裝配流程特點的基礎(chǔ)上，歸納了站位化總裝生產(chǎn)線設(shè)計的基本原則和方法。Wang等[7]基于工廠仿真軟件從工位設(shè)計、裝配過程數(shù)字化設(shè)計、布局設(shè)計、物流設(shè)計和評價指標(biāo)設(shè)計5個方面闡述了小型航空發(fā)動機(jī)脈動裝配線規(guī)劃方案。連宇臣等[8]主要研究航空發(fā)動機(jī)脈動裝配生產(chǎn)線及其布局的仿真優(yōu)化方案，根據(jù)工位時間繪制工位平衡圖，采用工序平均化手段優(yōu)化生產(chǎn)線使其更加均衡。周高峰[9]對生產(chǎn)線的節(jié)拍精益優(yōu)化方法進(jìn)行研究，闡述了生產(chǎn)線節(jié)拍的具體含義，詳細(xì)介紹了MTM（Method time measurement）方法、ECRS方法、生產(chǎn)線平衡分析方法等優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍的具體過程。在車間布局優(yōu)化方面，嚴(yán)金鳳等[10]針對某型號飛機(jī)脈動總裝生產(chǎn)線，應(yīng)用系統(tǒng)布置設(shè)計 （SLP）方法設(shè)計了相應(yīng)的車間布局，確定了各站位間的物流與非物流強(qiáng)度關(guān)系，考慮了脈動生產(chǎn)線的實際約束條件和修正要素等得到總體布局方案，并進(jìn)行評價擇優(yōu)。馮定忠等[11]根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)流程，將SLP和物料搬運(yùn)系統(tǒng)分析（System handling analysis，SHA）相結(jié)合，運(yùn)用Delmia/QUEST仿真軟件模擬了車間的運(yùn)行情況，提出了經(jīng)濟(jì)、合理的車間布局設(shè)計。Editor等[12]運(yùn)用SLP和Flexsim仿真軟件對生產(chǎn)車間的設(shè)施布局進(jìn)行合理調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計。Xu等[13]運(yùn)用SLP方法實現(xiàn)了車間布局和物流的合理化。王昀睿[14]遵循SLP方法的一般流程，采用并結(jié)合路線最優(yōu)的布局原則設(shè)計改善方案，SLP方法不但被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域，甚至回收拆解行業(yè)也有所運(yùn)用。Li等[15]應(yīng)用SLP方法進(jìn)行報廢汽車回收拆解工廠布局方案的設(shè)計，具體分析了物流與非物流的關(guān)系，給出了相應(yīng)的位置和面積的作業(yè)單元關(guān)聯(lián)圖，通過進(jìn)一步修改調(diào)整，得出可行的布局方案。綜合以上文獻(xiàn)，可歸納出脈動式裝配線的規(guī)劃與車間布局設(shè)計的必要流程及實用方法，并于本文加以改進(jìn)應(yīng)用。

本文將以某民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)集成的需求為導(dǎo)向，采用經(jīng)典實用的生產(chǎn)線規(guī)劃、車間布局設(shè)計的方法，形成構(gòu)建機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線及其車間布局的可行方案，為民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配線的搭建提供理論指導(dǎo)。具體將根據(jù)機(jī)頭5大系統(tǒng)的裝配流程，考慮工藝過程的復(fù)雜性、裝配任務(wù)的優(yōu)先級以及工位負(fù)載均衡等因素進(jìn)行脈動裝配線站位劃分，通過ECRS方法進(jìn)行工序調(diào)整進(jìn)而優(yōu)化節(jié)拍，再采用SLP方法對機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配車間進(jìn)行布局設(shè)計。

1 站位劃分與脈動節(jié)拍確定

1.1 生產(chǎn)線站位確定

本節(jié)以某型號民機(jī)機(jī)頭為主體構(gòu)造脈動裝配生產(chǎn)線，在不討論機(jī)頭結(jié)構(gòu)件裝配的情況下，以飛機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)集成所包含的5大系統(tǒng)為生產(chǎn)線規(guī)劃的主要對象。由于5大系統(tǒng)特點各異，各自具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包含的零部件所處的空間位置、層次各不相同，存在裝配順序等約束，因此，獨立且連續(xù)工位的劃分不是隨意的，必須基于5大系統(tǒng)的裝配流程，以其工序與工作量情況為依據(jù)，進(jìn)行站位劃分與任務(wù)調(diào)整。

內(nèi)飾系統(tǒng)的模塊化裝配主要分為3個部分：其中軟管、支架等基礎(chǔ)件為裝配的主要對象，空間上，其鋪設(shè)的位置位于機(jī)頭的底層，結(jié)構(gòu)上為其余系統(tǒng)件的裝配搭建了框架基礎(chǔ)，故內(nèi)飾系統(tǒng)的模塊化裝配應(yīng)劃分到第1站位；液壓系統(tǒng)安裝的部位主要位于機(jī)頭內(nèi)部的左側(cè)與前側(cè)，以各種塊卡組件及管道等基礎(chǔ)部件為主，所鋪設(shè)的空間位置層次較低，劃分于第2站位；電子電氣系統(tǒng)，是飛機(jī)機(jī)頭各系統(tǒng)運(yùn)作的電源中心，將其置于第3站位，其原因在于，第1、2站位為簡單裝配，基礎(chǔ)部件為主，且工藝上涉及類似步驟，集中于距離相近兩處，方便人員移動及工件配送。另外兩大系統(tǒng) （飛控系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)）對接裝配與測試需要與電源中心連接，即電子電氣系統(tǒng)裝配的優(yōu)先級高于兩大系統(tǒng)，同時環(huán)控系統(tǒng)的零部件處于飛機(jī)機(jī)頭內(nèi)部的最外層次，因此最后進(jìn)行裝配；飛行控制系統(tǒng)安裝的位置主要處于機(jī)頭內(nèi)部的前側(cè)，以中央操控臺、駕駛桿、推拉桿裝配為主，與其余站位的任務(wù)之間不存在相似工序，結(jié)合對電源中心的需求，將其劃分至第4站位；最后，飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的安裝的主要包括機(jī)頭外表的風(fēng)擋雨刷，以及機(jī)頭內(nèi)部各方位的氧氣系統(tǒng)等，工件所鋪設(shè)的位置較表層，結(jié)合對電源中心的需求，將其劃分至第5站位。

綜上，根據(jù)機(jī)頭5大系統(tǒng)的工藝流程，初步設(shè)定其脈動裝配生產(chǎn)線的站位劃分如圖1所示。

圖1 民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線的站位劃分簡圖（調(diào)整前）Fig.1 Station division diagram of pulsating assembly line for civil aircraft nose system (before adjustment)

1.2 脈動節(jié)拍確定

根據(jù)脈動生產(chǎn)模式的特點，生產(chǎn)線上的多個站位可同時進(jìn)行裝配工作。由于安排在各站位上的裝配任務(wù)不同，相應(yīng)的各站位的作業(yè)周期也有所不同。按照站位所需最長工時為脈動節(jié)拍的規(guī)則（理論脈動節(jié)拍），一般站位最長周期與最短周期差距越大裝配效率越低。為提高生產(chǎn)線裝配效率，本文通過均衡各站位裝配任務(wù)來優(yōu)化脈動節(jié)拍。

1.2.1 理論脈動節(jié)拍

飛機(jī)脈動生產(chǎn)線具有類似于汽車流水生產(chǎn)線的作業(yè)模式，根據(jù)企業(yè)自身的管理模式、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)能力及供應(yīng)鏈管理模式等諸多因素，人為劃分出生產(chǎn)線上的站位，將連續(xù)的飛機(jī)工藝流程分配給不同的站位，使得飛機(jī)產(chǎn)品和資源能夠在不同的站位同時開展作業(yè)。

根據(jù)脈動生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)線上同時裝配多架飛機(jī)，當(dāng)所有站位的裝配任務(wù)都完成后，飛機(jī)將整體向前移動一次，稱為一次脈動。由于各站位作業(yè)的工序內(nèi)容不同，復(fù)雜程度各異，因此各站位的工作時間各不相同且不易確定。脈動節(jié)拍不確定的主要原因有： （1）系統(tǒng)裝配主要采取手工裝配的形式，自動化程度低，涉及人員的工作不可避免地存在一定的時間波動； （2）裝配過程中包含大量的檢測與試驗，其結(jié)果的不確定性，導(dǎo)致可能多次重復(fù)作業(yè)的情況，進(jìn)而作業(yè)時間出現(xiàn)偏差； （3）物流供給、人員流動等不確定因素的影響。

當(dāng)某一站位還未完成裝配任務(wù)時，即使其前后站位已經(jīng)完工也必須暫停等待，故從進(jìn)入某一站位起到發(fā)生下一次移動為止，所持續(xù)的裝配及等待時間為脈動節(jié)拍（Pulse takt time，PT/T，PT）。

機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線將裝配任務(wù)劃分到K個固定站位，同時在各固定站位上對5大系統(tǒng)進(jìn)行模塊化裝配。生產(chǎn)線的節(jié)拍時間固定，一個節(jié)拍時間后，所有站位的裝配作業(yè)都能完成，機(jī)頭脈動一次。若假設(shè)不考慮物料配送不準(zhǔn)時、人員流動和裝配失誤等導(dǎo)致的停機(jī)現(xiàn)象，該脈動裝配生產(chǎn)線的節(jié)拍時間等于工位的最大裝配時長，即

式中，Tpt為脈動節(jié)拍；Tk為第k工位的裝配時間；ti為第i道工序的作業(yè)時間；Nk為第k站位所包含的工序集合；K為生產(chǎn)線上的工位數(shù)量。

由于本文的研究重點不在于分析脈動節(jié)拍的不確定性，為方便后續(xù)脈動節(jié)拍優(yōu)化與車間布局設(shè)計的探討，此處假定各工位的裝配工時固定。

1.2.2 脈動節(jié)拍優(yōu)化

上文是對機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配線站位劃分的初步設(shè)想，各站位作業(yè)的分配是否合理、生產(chǎn)線平衡與否直接影響系統(tǒng)集成的速率。如某作業(yè)區(qū)域滿負(fù)荷會導(dǎo)致其他區(qū)域裝配任務(wù)停滯等待，從而產(chǎn)生類似作業(yè)調(diào)度問題中的作業(yè)空閑時間，延長站位的作業(yè)周期，相應(yīng)的脈動節(jié)拍增大，裝配效率降低。實際上脈動節(jié)拍的優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)線平衡問題進(jìn)行考慮，生產(chǎn)線平衡就是將所有工序合理地分配到各個工作站，以使每個工作站在節(jié)拍內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使各工作站內(nèi)的閑置時間最少。為了建立更高產(chǎn)能的機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配線，需進(jìn)一步檢驗與優(yōu)化脈動裝配線的節(jié)拍/平衡生產(chǎn)線，即合理調(diào)整各站位的裝配任務(wù)以達(dá)到各站位作業(yè)周期均衡，使各站位的作業(yè)工時盡可能一致。因此，本節(jié)主要分析研究優(yōu)化工位工序設(shè)置的方法以及生產(chǎn)線平衡的評價方法，進(jìn)而優(yōu)化機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配線的脈動節(jié)拍并進(jìn)行優(yōu)化前后結(jié)果的對比。

（1）優(yōu)化方法與評價方法。ECRS分析法[9]采用取消（Eliminate）、合并（Combine）、調(diào)整順序（Rearrange）、簡化（Simplify）等手段對生產(chǎn)流程進(jìn)行改進(jìn)，以減少不必要的工序、工位，提高生產(chǎn)效率。4個步驟的具體內(nèi)容如下。

a.取消。首先對裝配過程進(jìn)行分析，在不影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和流程以及產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，考慮生產(chǎn)過程中的步驟有無取消的可能性。如果不能全部取消，可考慮部分取消。

b.合并。將兩個或兩個以上的對象合并成一個，合并可以有效地消除重復(fù)現(xiàn)象，能取得較好的效果。

c.重組。通過改變操作順序，使工作的先后順序重新組合，以達(dá)到改善工作的目的。但所有的重排不能影響產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求。

d.簡化。經(jīng)過前面3個步驟之后，再對該項裝配任務(wù)做進(jìn)一步的分析研究，使其盡量簡化，縮短裝配時間，提高工作效率。簡化是一種工序的改善，也是局部范圍的省略，整個范圍的省略是取消。

生產(chǎn)線平衡率[9]可以反映生產(chǎn)線的平衡情況，其計算公式為

式中，P為生產(chǎn)線平衡率； Max（Tk）為所有工位中最長的作業(yè)時間，等于瓶頸工位的節(jié)拍，即裝配線的脈動節(jié)拍。由式（2）可知，在工位數(shù)確定的條件下，降低最長工位時間可以增大生產(chǎn)線平衡率。

當(dāng)P≥90%時，表示生產(chǎn)線平衡達(dá)優(yōu)； 90%>P>80%表示生產(chǎn)線平衡為良；若P≤80%，則生產(chǎn)線平衡較差。

（2）優(yōu)化過程。綜合ECRS方法所涵蓋的思想，本文將通過以下幾方面調(diào)整生產(chǎn)線的工序，改善生產(chǎn)線平衡，優(yōu)化脈動節(jié)拍。將所有作業(yè)劃分為若干個不能繼續(xù)拆分的作業(yè)元素或單元，為重新劃分、調(diào)整和組合提供條件；確定生產(chǎn)線上的瓶頸工位，其作業(yè)負(fù)載需要得到均衡；對于要重新做出調(diào)整的工位或作業(yè)元素，調(diào)整不能違背產(chǎn)品的工藝邏輯，不能違反裝配的優(yōu)先順序，且不能影響產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量；重新平衡后的各個工作站的空閑時間應(yīng)該盡可能地減少，而且要保證各個工作站的作業(yè)時間均衡。表1為生產(chǎn)線平衡前各工位的工時情況。

表1 各工位工時（生產(chǎn)線平衡前）Table 1 Working hours of each station (before production line balancing)

根據(jù)各個系統(tǒng)裝配所需工時，可得到各站位的作業(yè)周期。其中第4站位為生產(chǎn)線上的瓶頸工位，作業(yè)時間最長；第1、5站位工時相對最短。生產(chǎn)線平衡率為80%，有待提高。因此，考慮在不違背上文約束條件下，將各工位的作業(yè)進(jìn)行取消、合并、重組及簡化。以下是調(diào)整的3個具體步驟。

a.機(jī)頭內(nèi)飾系統(tǒng)以鋪設(shè)管道為主，與環(huán)控系統(tǒng)的工序存在重疊，為了集中同類作業(yè)，減少不必要的物流配送與人員調(diào)動，故將屬于環(huán)控系統(tǒng)的通風(fēng)管道裝配任務(wù)分配至第1站位，并且第1站位裝配任務(wù)簡單，作業(yè)周期較短，此調(diào)整可增加低時耗站位的作業(yè)量。

b.對于第4站位的飛控系統(tǒng)裝配，對接測試所消耗的工時占據(jù)作業(yè)周期的較大比例，其余裝配任務(wù)工作量較少、耗時不高，并且與環(huán)控系統(tǒng)在機(jī)頭中的裝配位置較為集中，將其除去對接測試外的裝配任務(wù)與環(huán)控系統(tǒng)裝配合并于同一站位，合并后站位的作業(yè)周期與其余站位的差距能夠縮短。

c.第3站位的工時相對均衡，且根據(jù)裝配順序約束，不做調(diào)整。

5大系統(tǒng)模塊化裝配完成后的對接裝配與測試，需要專業(yè)人員及設(shè)備。理論上脈動裝配生產(chǎn)線同時在各個站位上按工序完成系統(tǒng)裝配，再進(jìn)行相應(yīng)模塊的測試，但此過程存在人員、設(shè)備重疊導(dǎo)致的等待耗時問題，故站位調(diào)整后各系統(tǒng)的對接裝配與測試任務(wù)也需予以一定調(diào)整。內(nèi)飾系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的對接裝配與測試相對簡單且其系統(tǒng)穩(wěn)定性為其余各系統(tǒng)裝配的基礎(chǔ)，統(tǒng)一在第2站位液壓系統(tǒng)裝配完成后開展工作。電子電氣系統(tǒng)是后續(xù)飛控系統(tǒng)與環(huán)控系統(tǒng)對接裝配與測試的基礎(chǔ)，且飛控系統(tǒng)與環(huán)控系統(tǒng)裝配完成后機(jī)頭內(nèi)部工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間容量小，測試難度增大，因此電子電氣系統(tǒng)的檢測保留在第3站位完成。另外，為轉(zhuǎn)移第4站位的工作負(fù)荷，將飛控系統(tǒng)與環(huán)控系統(tǒng)的對接裝配與測試工作劃分至第5站位。最終將理論站位劃分中5個站位都包括的對接裝配與測試調(diào)整到3個站位中進(jìn)行。表2為生產(chǎn)線平衡后的各工位工時情況。

表2 各工位工時（生產(chǎn)線平衡后）Table 2 Working hours of each station (after production line balancing)

（3）結(jié)果驗證。生產(chǎn)線平衡后的各站位內(nèi)容如圖2所示，優(yōu)化前后各站位的作業(yè)工時對比如圖3所示。

圖2 民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線的站位劃分簡圖（調(diào)整后）Fig.2 Modular assembly process diagram of machine head (after adjustment)

圖3 優(yōu)化前后的節(jié)拍對比Fig.3 Comparison of cycle time before and after optimization

可以看出，工序、工位內(nèi)容調(diào)整以后，脈動節(jié)拍從由第4站位作業(yè)周期決定，調(diào)整為由相對工時更低的第3站位作業(yè)周期決定，脈動節(jié)拍得到了明顯的優(yōu)化。優(yōu)化前生產(chǎn)線平衡率約為80%，優(yōu)化后生產(chǎn)線平衡率可達(dá)92%。

2 脈動裝配生產(chǎn)線車間布局設(shè)計

生產(chǎn)線站位劃分、節(jié)拍確定及車間布局設(shè)計均是生產(chǎn)線建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，上文已進(jìn)行了生產(chǎn)線規(guī)劃，明確了站位，優(yōu)化了生產(chǎn)節(jié)拍，為車間布局設(shè)計做好鋪墊，下文將針對車間布局的研究從理論方法闡述、布局設(shè)計及方案評估等方面展開。

2.1 車間布局方法

車間的布局主要是根據(jù)生產(chǎn)線工位和工序的安排、加工過程中原材料的運(yùn)輸方式和半成品的流動方式，結(jié)合生產(chǎn)過程中每個階段所花費的時間與空間，并遵循物流成本最小、避免物資運(yùn)送交叉和回運(yùn)等原則，科學(xué)安排各生產(chǎn)單元的位置。但不同產(chǎn)品之間的加工方式和規(guī)模各不相同，布局方式都存在差異，一般可分為5種：工藝原則布局、產(chǎn)品原則布局、單元式布局、固定式布局和U型布局[16]。根據(jù)上文介紹的脈動裝配生產(chǎn)線，以往的一個固定站位替換為多個固定站位，該類型的設(shè)計拉長了機(jī)頭的加工生產(chǎn)線，占用面積變大，在線制品數(shù)量變多，對物料運(yùn)輸和車間的布局要求較傳統(tǒng)的單一固定站位更高。而布局設(shè)計方法目前主要有5種：擺樣法、數(shù)字模型法、圖解法、SLP方法和計算機(jī)輔助設(shè)計布局法，所以為降低物料搬運(yùn)成本，縮短物料搬運(yùn)距離，提高生產(chǎn)效率，需要利用合適的車間布局設(shè)計方法對脈動裝配生產(chǎn)線車間進(jìn)行布局安排。

其中，SLP分析方法是工藝專業(yè)化布局時常用的方法，其主要思想是對車間內(nèi)的作業(yè)單位之間的物流關(guān)系和非物流關(guān)系進(jìn)行分析，從而得到車間內(nèi)的各作業(yè)單位的綜合相對位置關(guān)系，是一個系統(tǒng)且條理性很高的分析方法，適用性很強(qiáng)[17]。SLP分析方法需要考慮5項基本要素：產(chǎn)品、數(shù)量、生產(chǎn)線工序流程、輔助部門和加工時間。首先分析各個作業(yè)單位之間的相互關(guān)系得到綜合相互關(guān)系表，再加上面積數(shù)據(jù)，最終得到新的設(shè)施布局?；赟LP理論，優(yōu)化車間布局的具體步驟有以下6點，流程圖如圖4所示。

圖4 SLP方法流程圖Fig.4 SLP method flow chart

（1）初始數(shù)據(jù)。輸入包括產(chǎn)品、數(shù)量、生產(chǎn)過程、輔助部門、時間安排等相關(guān)生產(chǎn)資料，并保證數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性。

（2）物流關(guān)系和非物流關(guān)系的分析。不同類型的車間對于物流和非物流關(guān)系分析的側(cè)重不同。有以物流關(guān)系分析為主的大型物流車間，有側(cè)重于分析工作單元間關(guān)系的生產(chǎn)車間，也有介于兩者之間的車間，故需根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況，決定物流和非物流關(guān)系分析的側(cè)重點。

（3）形成工作單位關(guān)系模型。根據(jù)步驟（2）的分析結(jié)果，獲取相關(guān)工作單位的關(guān)系信息，利用強(qiáng)度級別表示物流和非物流關(guān)系的狀況，并合理設(shè)置權(quán)重綜合兩類關(guān)系，則可得到工作單元之間的距離優(yōu)先級和相對位置。

（4）引入面積獲取布局圖。每個工作單元的劃分區(qū)域必須考慮面積和形狀，需要合理利用場地面積，避免面積浪費。結(jié)合步驟（3）的關(guān)系信息，最終得到區(qū)域內(nèi)工作單元的布局圖。

（5）方案校準(zhǔn)?？筛鶕?jù)實際需要，如材料加工方式、存放周期等，對布局進(jìn)行校正。

（6）方案評估和選擇。根據(jù)上述步驟，可設(shè)計多類布局方案，評估每個方案的具體參數(shù)，選擇最符合實際需求的生產(chǎn)布局方式。

2.2 基于SLP的機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配線車間布局設(shè)計

2.2.1 確定初始數(shù)據(jù)

脈動裝配生產(chǎn)線車間布局設(shè)計以某型號機(jī)頭系統(tǒng)為研究對象，其裝配順序如圖2所示，裝配車間作業(yè)單位及其面積如表3所示。

表3 作業(yè)單位劃分表Table 3 List of operation units

2.2.2 工作單元關(guān)系分析

（1）物流關(guān)系分析。物流關(guān)系分析是脈動裝配生產(chǎn)線車間布局的重要依據(jù)，根據(jù)各站位以及車間內(nèi)各作業(yè)庫房的物流強(qiáng)度關(guān)系，構(gòu)建布局的相對位置。SLP方法對于作業(yè)單元間的物流強(qiáng)度有著明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)，物流強(qiáng)度分為A、E、I、O、U、X 6個等級，對應(yīng)分值4、3、2、1、0、–1[18]。單元間物流關(guān)系密切程度的等級劃分如表4所示。

表4 物流密切程度等級表Table 4 Logistics closeness level table

對于單元間物流關(guān)系的密切程度，可通過統(tǒng)計與計算任務(wù)中各單位之間承擔(dān)的物流量，占該任務(wù)總物流量的比例來確定，其中物流量指運(yùn)輸物品的件數(shù)。經(jīng)過統(tǒng)計與計算獲得作業(yè)單位物流關(guān)系圖如圖5所示。

圖5 物流強(qiáng)度關(guān)系圖Fig.5 Logistics intensity relationship diagram

（2）非物流關(guān)系分析。車間布局中除了以物流關(guān)系分析為主體，還需輔以非物流關(guān)系分析，包括裝配工作的連續(xù)性、人員通信、公共設(shè)備、管理方便和安全問題。

對于非物流關(guān)系的密切強(qiáng)度的確定，以各單位之間所占用的非物流關(guān)系項來決定，如表5所示，其中非物流關(guān)系項的序號指非物流關(guān)系的序號。通過統(tǒng)計確定作業(yè)單位間的非物流關(guān)系，如圖6所示。

圖6 非物流關(guān)系強(qiáng)度圖Fig.6 Non logistics relationship strength diagram

表5 非物流關(guān)系密切程度等級表Table 5 Non logistics closeness level table

2.2.3 建立綜合關(guān)系模型

綜合分析作業(yè)單位間聯(lián)系的緊密程度需綜合物流強(qiáng)度關(guān)系和非物流強(qiáng)度關(guān)系，根據(jù)表4和5獲得物流/非物流關(guān)系緊密程度所對應(yīng)的量化值，通過式（3）所示的加權(quán)法綜合兩者，即

式中，T為加權(quán)分?jǐn)?shù)；L為物流強(qiáng)度分?jǐn)?shù)；P為非物流強(qiáng)度分?jǐn)?shù)；c1、c2為權(quán)重系數(shù)。根據(jù)T得分，重新劃分的關(guān)系等級，如表6所示。其中，因大型制造裝備物流關(guān)系占主導(dǎo)地位，故取c1為0.7，c2為0.3，綜合關(guān)系強(qiáng)度如圖7所示。

圖7 綜合關(guān)系強(qiáng)度圖Fig.7 Comprehensive relationship strength diagram

表6 綜合分析等級表Table 6 Comprehensive analysis grade table

2.2.4 確立布局方案

SLP系統(tǒng)布局思想，是由各作業(yè)單位的綜合關(guān)系強(qiáng)度來確定作業(yè)單位離布局中心的相對位置，分值越高，離布局中心越近。各單位的綜合關(guān)系強(qiáng)度由該作業(yè)單位與其他作業(yè)單位的量化得分總值確定，故各作業(yè)單位量化總值和排序后如表7所示，可得到車間多站位布局方案圖如圖8所示，而車間目前針對機(jī)頭系統(tǒng)裝配的單工位布局圖如圖9所示。

圖8 布局方案圖Fig.8 Location layout

圖9 單工位固定式裝配布局圖Fig.9 Single station fixed assembly layout

表7 綜合關(guān)系強(qiáng)度總值和排序Table 7 Total strength and ranking of comprehensive relationship

2.2.5 方案對比分析

為了實現(xiàn)對傳統(tǒng)布局和本文介紹的機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線車間布局的定性和定量分析，采用分層加權(quán)評估方法[10]進(jìn)行方案評價，其主要步驟如下。

（1） 構(gòu)建機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線評價模型，如圖10所示。

圖10 分層評價模型Fig.10 Hierarchical evaluation model

（2）通過決策者打分的方式，對第1層評價模型進(jìn)行權(quán)重分配，得分取值范圍為[0，1]，指標(biāo)權(quán)重W=[0.6 0.9 0.5 0.2]。

（3）通過決策者打分的方式，第2層每1項得分取值范圍為[0，1]，獲得第2層因素的得分矩陣Ri= （Aij1Aij2）。其中，Aij1為脈動式裝配線車間布局在Aij上的得分；Aij2為固定式車間布局在Aij上的得分。一級評價因素的結(jié)果K如式（4）所示，其中，Mij為因素Aij的權(quán)重。

（4）綜合第1層和第2層，計算兩類布局方案的評價結(jié)果，最終結(jié)果C計算如式（5）所示。可以看出，機(jī)頭系統(tǒng)脈動裝配生產(chǎn)線車間布局方案更為優(yōu)越。

3 結(jié)論

本文針對某民機(jī)機(jī)頭系統(tǒng)高效集成的需求，初步研究了生產(chǎn)線規(guī)劃和車間布局設(shè)計方案。系統(tǒng)集成的裝配流程與工序關(guān)系是生產(chǎn)線站位劃分的主要依據(jù)，ECRS分析法可進(jìn)一步優(yōu)化脈動節(jié)拍，給出了高平衡率的站位結(jié)果，理論上可獲得更高效的生產(chǎn)速率；同時，根據(jù)脈動裝配生產(chǎn)線車間的物流關(guān)系和非物流關(guān)系，結(jié)合SLP理論，能夠設(shè)計出合理的車間布局方案；采用分層加權(quán)因素評價法評估布局方案，證明脈動式裝配布局比單工位裝配布局在綜合多評價因素方面效果更佳。本文所呈現(xiàn)的系統(tǒng)化的生產(chǎn)線規(guī)劃和車間布局設(shè)計流程，可以為企業(yè)擴(kuò)改建或新建民機(jī)機(jī)頭裝配廠區(qū)提供一定指導(dǎo)。由于目前的研究局限于理論計算，缺少數(shù)字化驗證，故后續(xù)研究需進(jìn)行脈動裝配生產(chǎn)線的數(shù)字仿真驗證，并結(jié)合仿真參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)線的進(jìn)一步優(yōu)化。