仿真试验与智能制造生产线规划与布局

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“智能化”是全球工业发展的总体趋势，而智能制造作为智能化水平的集中体现，承载了国家科技进步的宏伟战略，代表了工业过程转型升级的梦想与希望。智能制造包括智能工厂和智能生产，两者皆需依托智能生产线来实现，而智能生产线需基于高质量、稳定性、高度柔性的精益生产线进行建设，特别是针对产品多品种、小批量的生产模式，逐步实现生产关键环节的智能化应用，既兼顾了智能生产线等长期愿景，又切合企业现状，所以建议将精益生产线作为推动智能制造的切入点，将生产线规划与布局作为精益生产线建设之根本点，将仿真试验引入精益生产线规划与布局，并导入仿真试验方法、过程、工具，加强其在生产线规划与布局当中的应用，以此建设高效率精益生产线。

生产线规划与布局的内涵与研究重点

生产线规划不仅包括产品生产线、物流线、人流、质量控制的规划，还应全面考虑柔性设计、变化应对、例外处理、扩展升级等要点，为生产线的优化扩充奠定基础；生产线布局则是规划内容的现实展现，在减少搬运浪费、降低流转缓冲、摈弃动作浪费、去除无增值工序的前提下，科学设定生产节拍，不断消除生产过程中的瓶颈，畅通整体信息传递及物流流转，在合理布局基础上，积极面对各种变化，在实现操作、流转、协作、检验、保障等环节标准化的同时，不断提升生产能力，逐渐优化全局效能，在精益规划的基础上实现精益布局。
生产线规划与布局的研究意义在于，首先可依托当前环境，针对产量与质量技术指标，整体设计整条生产线，将全局可用资源进行有效安排及最优分配，使生产线达到最佳绩效表现；然后再针对生产线当中，各应用方向不同的技术特点、内外接口以及运作逻辑进行建模，并引入信息化工具提升工作效率；接着在整体环境中进行系统综合，通过设置应用场景及确认典型样本指标，持续追求全局高效，并充分发挥局部优势，求解整条生产线最优解。最后结合厂房尺寸、工艺加工方式、设备特点，在人机合理分工的前提下，发挥人与机器各自优势，对整个生产体系进行全面系统的规划与安排，形成精益生产线最优设计。
生产线规划与布局的研究重点在于深度分析产品实现过程，有效应用信息技术，在整体把握生产步骤的前提下，考虑现代传感、自动化及流行数字技术，应用建模仿真，将生产线在虚拟世界进行沙盘推演；导入试验方法及过程，使各局部问题提前暴露，推动局部成熟，并将虚拟试验与实际生产运作管理、现实业务流程进行对接，形成虚拟与现实的相互促进；结合航空行业生产特点，以生产全过程最好、最优为基准，系统考虑相关全干系人的价值主张，兼顾整体开放性与全过程稳定性，统筹考虑生产线与加工中心、设备等不同层级的生产节拍，加强重点环节质量控制，为精益生产线的高效运转扫清障碍。

生产线规划与布局的建模与仿真

生产线规划与布局的首要任务是深入研究产品工艺规程，依据产品加工步骤，自顶向下掌握产品实现过程：
1) 需把握产品的技术特点，分析产品所属的系统环境，总结产品具体的技术指标，从上层系统视角对产品的特性、特征及薄弱环节全面了解；
2)自顶向下梳理产品（族）实现的分工路线，掌握产品工艺环节，深入研究产品加工各个过程，对各工序、工步的输入输出，加工步骤，人机分工，进出料轨迹，检验检测方法，线上线下协同过程进行整体掌握；
3)按照工艺路线，对各产品（族）加工过程进行梳理，将某一类的产品或是产品族里的某一类工艺步骤进行汇总，并将产品中同一种加工工艺或产品族中的同一个加工步骤进行归纳分类；
4) 基于企业现有设备、工装工具的功能、性能、尺寸，结合产品加工工艺步骤，以降低产品流转路径、整体节拍平稳有序为出发点，涵盖检验检测、加工补偿、返工返修等功能特性，以构建完整性高效单元为原则，合理确定生产线当中加工中心或精益单元的设备布局，并确认各工序、工步的设备摆放位置，进一步明确人机配合的切入点及加工过程，形成分工有序、互为支撑、协调互补、精益高效的生产单元；
5)根据产品实现过程，结合厂房现状与规划，从产品生产线层面，确定各精益单元的生产线布局，从设备、单元、生产线自底向上不断迭代完善，最终形成精益生产线初步规划方案。
生产线规划与布局的核心环节是将分析结果进行建模，并依据模型进行仿真，通过设置不同样本，统计有效数据，推演精益生产线整体规划、各类资源配备与实际布局的最优方案。
1) 将生产线各加工中心、生产设备、各员工运动轨迹、物料配送、物流运转、工序加工过程、检验返工等协同步骤在仿真工具中进行虚拟建模，结合航空多品种小批量离散式生产特点，统筹考虑研制、批产混线生产模式下的整体效率，测量整条生产线的柔性程度和产能指标，提前设置检验检测，返工补偿等例外处理办法，尽早将实际环境与场景在桌面上进行复现；
2) 依据不同时期的产能需求及不同阶段产品的节拍设置，将设备布局、供应链协同、人员站位与移动路线进行全程模拟及综合仿真，精确模仿现场的各种行为，提前预判各类问题及例外状况，兼顾不同时期的发展需要，由此确立物料流转速度、人机分工协作、现场操作参数、调度控制策略、车间所需的半成品数量、库房缓存容量，并初步明确整体管控思路和各环节约束规则；
3)研究不同输入样本下，人员操作效率和机器摆放位置，及作业调度方案、物料流转路线的可操作性，对工装物料配送、瓶颈设备、关键工序、质量检测周期、工艺超差管理、不合格品流转进行迭代评估，统筹考虑MBOM 不完整的研制产品、工程验证的样品以及批量交付的成品，有效验证生产计划的下达、生产制造的执行、瓶颈区域的管控、物流设备的控制逻辑，借助样本的统计数据、模拟信息资料对仿真结果进行分析研究，合理确立精益生产线布局策略，有效配置资源，提前制定体系化管控规则，借助虚拟世界解剖实际问题，降低实际运作的风险；
4) 通过建模仿真，可宏观上俯视动态系统，掌控运作模式，把握整体趋势；微观上考虑精确的时间、距离、速度和尺寸，精准掌握各层次的操作模型，从而将现实生产线在虚拟环境当中进行完美复现，使各工序运作平稳，线上线下各操作完美衔接，生产节拍均衡有序，生产线顺畅流动；
5)基于仿真模型，统筹考虑生产线与环境的关系，以及生产线未来发展演进的原则，在此整体思路之下合理划分人机合作的边界，明确设备技术升级的方向，确立人力资本培养逻辑，并可设置流程、制度、标准、业务规范、工作说明书等体系化管理套路。

精益生产线的优化升级需要进行完整性试验

精益生产线是未来优化升级的基础，并可基于现有成果及产品工艺特征，找出产品实现过程中的薄弱环节，有针对性地升级现有设备，合理引入机器人、物联网等成熟技术，有效提升最终产品的质量及生产过程的稳定性。新设备与技术的成功引入，需满足两大前提，首先是新设备与技术需要拥有更高的成熟度，才能降低设备与技术引入后的系统性风险；其次就是新设备与技术需要经历完整性试验，研究掌握新技术的运作过程及实现机理、新设备的操作过程与对接方式，才能将新设备、技术与整体生产线无缝对接，并逐步实现技术引入及设备购买的效益最大化。
完整性试验包括汇总需求、确定指标、明确交付、完整试验、对接实际、逐步固化、迭代优化七大步骤。
通过完整性试验迭代设备的运作过程，抽象设备运行步骤，明晰技术应用的运作机理，确定技术局部的应用要点，并将其与整体生产线完美对接，既解决技术单点升级，又兼顾新设备引入后的人机分工，还可提升整体产品质量，推动生产过程平稳有序，并达到整体与局部的有效衔接。所以，适当引入完整性试验过程，有助于降低精益生产线优化、升级所带来的风险，推动生产线整体的逐步成熟。