飞机装配生产过程的仿真与工艺优化.pdf

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1、飞机装配生产过程的仿真与工艺优化孟飙。闫婧(沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳110136)[摘要】针对飞机装配产品结构、生产工艺复杂，装配过程离散，数据量庞大多变，难以建立产品化的信息化解决方案的问题，探索出一种基于Petri网模型建立的模拟装配生产线的模型。通过对离散数据的分析与处理，建立装配过程中相关联变量之间的关系网络，运用时延Petri网TdPN模型具有的成熟的数学分析方法，对装配过程进行模拟分析，从而找到最优的人员、工艺、质量、设备和管理资源的配置，达到装配生产过程的优化。最后，通过对某型号飞机外翼的装配过程进行仿

2、真优化，验证了建模仿真和优化算法的可行性。关键词：装配仿真；工艺优化；Petri网；TdPNDoI：10．16080／j．issnl671．833x．2016．13．081孟飙副教授．工学博士．沈阳航空航天大学数字化制造工艺理论及系统研究方向负责人。近5年主持和参与国防基础科研．国防科工局“十二五”、“十三五”项目。解放军总装备部“十二五”预研10余项纵向项目．并与多家企业合作完成多项横向课题。主要研究方向为CAD／CAM．3D-CAPP，PDM／PLM等。发表学术论文30余篇，合著专著1部。飞机制造工程是一个以装配生产为重点的复杂系统工程川。装配和

3、安装是飞机制造过程中非常重要的部分，约占飞机制造总劳动量的50％～60％，与一般机械制造中装配和安装占的劳动量相比，高出了10％～15％，而飞机装配所花费时间约占全机制造周期的40％以上犯l。飞机的最终性能指标在很大程度上由飞机大部件的装配精度决定【3l。但由于飞机部件的结构复杂，制造误差控制难度较高，飞机装配过程中又会涉及到人员、工艺、质量、设备和管理等多个方面的因素，以及目前缺乏对装配制造质量、人员技术水平、生产设备状态等关键环节的有效分析方法和统计手段，过分依赖于个人经验的传统的分析方法已经难以适应日益复杂的企业制造需求。飞机的部件装配车间一般

4、有很多装配生产线，并设有许多个生产班组。在装配过程中，不同的班组需要使用各种工装、工具和设备。不同的生产线需要完成不同部件的装配，每种部件的装配往往包含上百道工序，其工艺流程相似。由于航空产品直接面向需求，以客户为导向，航空制造企业在产品需求、交货时间、产品质量等方面都必须满足客户的需求。因此，由于各个生产线间存在着资源共享、资源竞争等现象，使得对装配时间的优化变得更加复杂。为了提高飞机部件装配生产线的装配效率，需要对整个飞机部件装配线进行建模，为飞机部件装配线的分析和优化提供依据。装配资源的配置飞机装配工程是一项非常复杂的系统工程，涉及飞机设计、工

5、艺计划、零件生产和部件装配全过程【4l。飞机装配具有以下特点：(1)产品结构复杂、生产周期较长；(2)生产工艺复杂，过程离散且多变；(3)多品2016年第13期·航空制造技术81种、小批量、多研发、少批产；(4)生产管理与生产现场数据量庞大、多变；(5)难以建立产品化的信息化解决方案pj。通过对飞机大部件装配过程中各种资源分类和分析，建立11个模块解决飞机大部件装配过程中的建模和配置优化，即工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析、人力资源管理、过程管理、质量管理、数据采集、维护管理。装配工艺过程模拟

6、仿真由于Petri网模型具有直观、形象、易于理解、有成熟的数学分析方法等特点，根据飞机典型大部件装配的特点，建立装配工艺过程的仿真模型。考虑到生产线生产过程中的工艺约束、资源约束、工时信息，提出一种基于时延Petri网TdPN(timedPetrinet)装配模型构建方法。通过对TdPN模型的分析，进行生产线的优化实现按时交付产品。1基于Petri网的装配生产线建模装配生产线是典型的物质资源流动，半成品在流水线上移动，在每个生产环节组装上对应的部件，一直到生成最终的产品。首先对一个装配线片段进行建模，如图1所示。图l中方框“口”和圆圈“o”分别代表一

7、个生产过程环节T一元素和一种资源S一元素，其中黑点个数表示该种资源的数量；S．、是、墨为装配过程中的装配件；墨、是、&表示零件；品表示工具；t．、t2表示装配过程。图1中箭头的方向代表的是资源装配的方向，箭头上的数字则代表装配所需要的该种资源的数量，称为弧上的权，默认为1【6】。装配工序t．是用两个零件是把1个部件墨装配到S上产生1个新的半成品＆。此时工具&只有1个，即t．和t2在竞争共享的资源&，所以工序t，和f2不能同时装配。Petri网中把这种竞争关系称为冲突，实际装配线生产中经常会遇到类似的本应该避免出现的问题。如该模型中t．和t2处于平等竞

8、争的地位，而装配线上并没有规定具体的占用规则，因此容易出现t。和f2中某1个工序被连续占用多次，而另外1个工