民机装配排产规则及求解方法研究

米雷雨

（中国商飞上海飞机制造有限公司，上海 201324）

1 民机装配排产现状及意义简介

民机装配具备复杂度高、周期久、制约条件多等特点，装配管控是民机制造过程管理的重点及难点，实行科学有效的排产可有效提升民机装配的生产效率及生产能力，更有效开展生产资源有效调度分配。

民机装配属于典型的复杂产品制造过程，具有产品结构复杂、装配层次多、涉及资源广泛、约束变化快等特点，进一步增加了排产难度。目前的装配排产过程存在管理过程不规范、经验性判断多、生产扰动事件频繁、排产效率低等问题。我国的民机制造业起步晚，生产管控水平与波音等国外民机制造商有较大差距，目前排产研究多是基于成熟的机械产品，如汽车等其他离散制造业，有关民机装配特点相关的排产研究比较匮乏，因此亟需基于民机装配特征开展排产研究。

本文针对民用飞机装配排产过程，系统分析装配所需生产资源及装配排产规则，列举排产过程常用的求解方法，形成装配排产结果，较经验规则排产方式更科学有效，更易于实现装配现场系统的有序、动态、柔性的动态调度。民机装配过程排产规则研究及实现过程步骤如图1 所示。

图1 民机装配排产规则研究过程步骤

本文将按照图1 中的步骤进行描述，第1 部分展示步骤1 ～2，第2 部分展示步骤3 ～6。

2 民机装配排产规则及过程

2.1 分析民机装配过程，绘制装配流程图

采用网络图，并考虑装配颗粒度区分，绘制民机装配工艺流程图（图2），飞机装配过程分为零组件、部段、部装、总装等制造阶段，零组件制造多以工单形式体现，部段、部装、总装制造过程包括工位、站位、工单形式，工单、站位、工位为飞机装配单元的由细到粗的表示。

图2 民机装配流程简介

2.2 梳理民机装配排产规则

凭借经验的人工手动计划排程方式有考虑因素不足、容易受计划人员经验水平影响、实时性差等缺点，需根据民机装配特点系统梳理排产约束条件及规则，利于使用更全面的要素开展装配排产过程、提高排产标准化程度及后续使用计算机排产提供设计依据。民机装配排产过程常用规则总览如图3 所示。

图3 民机装配排产规则总览

民机装配排产规则1：民机装配工艺流程（装配工作单元执行顺序及关系网络图）；民机装配排产规则2：不同时段下生产订单（产量）要求；民机装配排产规则3：排产时段（开始时间、结束时间）；民机装配排产规则4：有效日历日，设置工作日、法定节假日、周末、班制工作时间等；民机装配排产规则5：生产线的启用时间及数量；民机装配排产规则6：民机装配工作单元的工作周期；民机装配排产规则7：民机装配工作型架等工装检验周期及形式（按架次/按周期等）；民机装配排产规则8：其他装配排产优化目标（2.1 中详述）。

3 民机装配排产常用求解方法及结果简介

3.1 常用的排产优化目标及求解方法

民机装配线属于复杂装配线，复杂装配线涉及工序多、关系复杂，所需生产资源广泛，仅依靠排产者手动安排，有工作任务量大、错误率高、应变能力差的缺点，装配生产实践更需要计算机求解方法与人工经验排产方法相结合形成装配排产结果，最终按照排产结果组织装配过程，提升装配及工作效率。采用计算机辅助求解需先提取经验排产过程的标准化要素，可参考排产问题主要优化目标及适用的求解方法相关理论知识，具体如下文所示。

3.1.1 常用的排产优化目标

（1）以实现装配生产订单要求为优化目标。装配生产订单要求主要包括装配飞机数量、总装完成时间、交付时间等信息。

（2）以控制装配生产成本为优化目标。装配生产成本主要有物料成本、设备维护成本、人力成本等，是基于现有生产资源配备条件下实现的排产计划。

（3）以满足装配生产设备生产能力为优化目标。装配过程生产设备主要包括生产型架、定检器、加工设备等，需要考虑的信息主要有生产设备产出的产品数量、机器维护信息等。

（4）以优化装配工艺路线为优化目标。装配工艺路线信息主要包括装配工艺顺序、装配周期等，须系统分析优化各装配单元存在的强关联关系。

（5）以优化装配生产系统指标为优化目标。生产系统运作指标主要包括装配总周期最短、延迟交付时间最短、生产总成本最低等。

3.1.2 常用的排产模型求解方法

（1）数学求解法。主要包括数学规划(线性、非线性、整数等)、证明求解等方法，具有全局性好、运用方管的优点，适用于有确定精确结果的排产问题，而且存在改变输入变量可能导致无法求得最佳解的情况，需辅助灵敏度分析方法分析动态变量变化时对最优解的影响。

（2）人工智能求解法。多借助计算机工具采用遗传、模拟退火、禁忌搜索等优化算法求解排产问题的方法。较人工经验排产，借助计算机可有效快速处理大量数据，有应变能力强、标准化程度高的优点，但单纯计算机求解结果难以直接应用实践，需参考人工排产经验，对输入参数按需调整。

（3）启发式方法。主要针对无法得出直接得出最优解的复杂排产模型，是可结合人工经验重构的求解方法，常用于解决NP-hard 问题，得出近似最优解。

3.2 民机装配排产求解结果

依据3.1 中优化目标及方法得出民机装配生产计划，并依据装配计划排产结果开展生产资源（物料、人员、文件等）进行协调分配，具体如图4 所示。使用人工经验为主的生产调度排产存在可视化度差、执行效率低、遗漏要素多等缺点，提前将排产约束规则融入生产计划制定过程，将使计划执行的可操作性增加，并由装配计划拉动生产资源准备计划，更有利于使各生产资源准备提前于装配计划开展前完成，结合装配工艺流程及网络图可进一步增强可视化管理，提升原有人工经验模式下的生产准备工作效率，减少由于生产资源准备不及时造成的停工现象。

图4 民机装配排产结果拉动生产资源准备示意图

3.3 生产扰动事件对装配排产的影响

依据3.1 及3.2 得出的民机装配排产结果后，实※※际装配执行过程可能不可避免地遇到各类扰动事件，干扰装配计划的正常开展，导致未能按照排产结果按时完成。常见的民机装配排产过程的生产扰动事件如表1 所示。

表1 常见的影响民机装配排产的生产扰动事件

复杂装配过程存在多种生产扰动事件，影响装配生产的按计划执行，生产扰动事件对装配生产造成影响后，需按照其对排产计划的影响对排产结果进行重新调整以适应装配生产过程的变化，相关生产资源准备工作也需要顺应实施重调度策略。

4 结语

本文考虑到民机装配排产过程中依赖人工经验、排产规则不系统、装配插单多、计划制定效率低等问题，同时为了提高民机装配排产研究方面的系统性，开展民机装配排产规则的研究及应用。本文首先绘制民机装配工艺流程的网络图，然后考虑民机装配过程的特征系统分析装配排产规则，然后梳理装配排产模型常用的优化目标、求解方法及特点，并分析常见的对排产有影响的生产扰动因素，在系统考虑排产规则约束及扰动因素下的装配排产结果，与单纯经验排产方式相比，可提高计划的可操作性，同时还可拉动生产资源的准备，最终实现装配生产资源的合理调度及分配的目标。