航空制造企业生产制造系统的特征

孙鑫

摘 要： 航空制造企业属于典型的离散型制造方式，航空制造企业依据订单进行原材料和加工设备的采购，经历从零件毛料加工、机械制造、装配再到试飞调试等一系列工程具有一定的复杂性。本文通过分析航空企业制造系统的特性和复杂性，提出了依据生产系统上减少控制级、简化制造过程和实施信息化三种手段降低航空企业制造系统的复杂性。

关键词： 航空企业制造系统;系统复杂性

1.航空企业制造系统的特征

航空制造系统由若干相互关联的制造功能子集的生产组织构成，系统通过对生产时间、制造成本、设备使用等生产要素的調节，以达到生产性能的最优化。

航空制造企业具有离散为主，流程为辅，装配为重点特点的典型离散型制造企业。企业的产品需要进行以零部件的装配为主要工序的离散生产，工艺路线灵活，航空产品零部件较多不利于制造资源的协调，自动化水平相对较低，生产计划的制订与生产任务的调度管理任务繁重。

航空企业制造级的层次多，装配的离散性，主要表现在：

（1）航空器的制造是产品由小批量、多品种的产品组合，使系统的复杂系数和系统的不确定成倍增加，进而导致系统效率不高。

（2）小批量和多种零件导致机械加工无法完全实现自动化，进而增加了制造协调的成本和信息反馈的延时。

2.航空企业制造系统功能和结构复杂性

（1）系统复杂性含义

复杂性系统的本质是不透明性和不确定性且由若干关系和要素组成。通常系统的要素越多就越复杂。系统效果是由系统整个运行过程中的可控变量和不可控变量共同作用的，可用以下数学模型表示：

其中，E为效果，xi为可控变量，yi为不可控变量。从模型中可知，系统的效果（E）关于可控变量（xi）不可控变量（yi）的函数，系统复杂因素越多，yi越大，E值降低，系统越不确定。

（2）系统与外部环境相互作用、相互联系的过程的秩序与能力称为复杂性系统功能。它体现了一个系统与外部环境之间的能量、物质和信息的交换能力。系统功能F与系统的组成要素C、结构S、环境E的关系表述为：

航空制造系统的功能就是接受新的架次的订单，采购外购件以及生产加工原材料，在各种外部条件的约束以及各种控制因素作用下完成订单产品。飞机制造系统是一个复杂的系统工程。

从生产角度看，航空制造企业的生产系统的元功能是加工中心的生产、计划和控制功能。加工中心是整个航空制造系统的基本单元。

航空制造企业系统的功能是所有生产部门集合的整体所表现出的功能。航空制造企业生产系统的本功能体现为生产部门整体的素质和能力，包括部门的管理水平、业务处理能力、组织文化等。

（3）系统结构的复杂性

航空制造系统的部件主要分为结构部件、操作部件和流部件。结构部件是制造系统内相对固定部分，通常包括装配需要的工装、车间厂房和加工使使用的刀具、量具等;操作部件是执行过程中的处理部分，通常包括车间各种加工辅助设备、吊装吊具设备、运输工具，人力资源;流部件是作为物质流、能量流和信息流等交换用的构件，其交换的能力要受到结构部件和操作部件的限制。结构部件、操作部件和流部件都有不同的属性，同时又相互影响，它们的组合结构从整体上影响着系统的行为和特征，航空制造企业的设备和人员数量都是相当巨大，因此其结构也是十分复杂的。

3.降低航空制造系统复杂性方法

由于航空制造系统的制造周期较长，制造成本过高，对于制造系统包含着众多子系统和要素之间是很难控制的，且系统整体缺乏灵活性因此管理起来十分复杂。解决该问题提出三种方法降低系统的复杂性：

（1）生产系统上减少控制级

上下级之间可能存在的关系包括三种：

（a）直接的单一关系。通常为上级直接或者与个别直属下级发生联系;

（b）直接的组合关系。通常为上级与其属下人员的各种可能组合之间的联系;

（c）交叉关系。通常为下属彼此交叉联系。

人际关系数的数学模型描述如下;

上式中，N为可能存在的关系总数;n为控制幅度（如管理的人数）。由公式可见，随着管理宽度的増加，上下级之间的相互关系数量也在急剧上升，控制难度越大。该模型反应了管理较多下属时复杂性，因此要降低具有离散型属性的航空企业生产制造系统的复杂性就要减少控制级，实行模块化、集成化制造。同时还要使各个子系统间的关系简化，要求各个子系统相对封闭。

（2）简化制造过程

（a）物料按加工工序流动是航空制造系统的重要组成部分，从系统流程的角度来说有零件的原材料到零件机械加工完成再到产品装配制造最后成为航空产品。在这个过程中应使得物流的路线最短。

（b）以产品为主体，应用成组配套技术。将飞机所需加工的零部件的按照相似形原理进行相似聚类，将其中结构相似零件进行分段集中加工，从而将原有小批量或单品形成相对的批量生产，便于提示自动化程度。通过该方式将原有多样化零件转为近似的批量化生产降低加工的复杂性。

（c）对难以加工或成品率低的部件加强管理和控制，通过制造工艺的研究，保证制造系统内的均衡性，以减少系统中的不确定性。对资源进行整合和优化加大对难以加工或成品率低的部件的资源投入。

（3）实施信息化

（a）通过信息化建设就是把信息技术与航空制造企业管理和生产过程有机结合起来，实现信息的及时反馈和有效的处理，达到及时协调的目的，使系统实现可控。

（b）建立CMS环境运作，通过使用CAPP、CAD、PDM等软件，强化系统集成，使产品设计、制造、生产管理信息一体化，从而有效控制制造过程，降低制造系统的复杂性。

结论

本文给出了航空企业制造系统的特点和功能，指出了特殊的复杂性，提出了基于生产系统上减少控制级、简化制造过程和实施信息化三种手段降低航空企业制造系统的复杂性。

参考文献

[1]温晋玲，王艳红，尹朝万.基于网络看板的车间作业管理系统[C]2007中国控制与决策学术年会论文集，930-933.

[2]王伟玲. 离散型制造企业车间生产调度与控制系统的研究与应用出]，沈阳：沈阳工业大学，2005：46-48.