CN116306040B - 一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞机制造技术领域，特别是涉及一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统及方法，所述标定系统包括：数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态；仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录；数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、资源利用率图和资源等待率图。通过本标定系统及方法，能够快速、有效、科学地解决复材生产线流程仿真动态产能标定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及飞机制造技术领域，特别是涉及一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统及方法。
背景技术
先进复合材料（Advanced composite materials，简称ACM）主要指高性能纤维（如硼纤维、碳纤维和芳纶）等增强的树脂基复合材料，以其耐高温、耐疲劳、阻尼减震性号、破损安全性好、性能可设计等优势，逐渐取代金属部件，在现代飞行器表面上取得重要应用。复材的生产流程与传统装配等流程相比，存在三个明显特点：（1）分支较少，在生产流程中绝大多数工序有且只有一个紧前工序；（2）关键设备（资源）占用率较高，关键设备（资源）是影响生产节拍的重要因素；（3）部分工序存在材料过期时限的问题。故复材生产线流程仿真不宜直接套用传统流程仿真方法求解。传统装配流程的工序划分、脉动式生产线模型等并不能完全适用于复合材料制造生产的动态产能标定，标定值与实际生产状态存在较大差距，尤其在基于关键制造资源的占用、工作时间与值班时间的认定等方面存在较大差异。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统及方法，能够快速、有效、科学地解决复材生产线流程仿真动态产能标定的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统，其特征在于，包括：
数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态；
仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录；
数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、关键资源利用率图和关键资源等待率图。
所述数据采集单元采集各架次产品的基础信息，并形成相应的投产状态表、工序状态表以及关键资源状态表。
所述产品投产状态表包括各架次产品的基础生产信息，包括接收时间、是否完成加工判断、开工时间、完工时间、总加工时间以及总等待时间；所述工序状态表包括每一个产品的基础加工信息，包括工序时间、关键资源代号、资源锁定时间、人员配置、工作执行时间以及工序完成后过期时间；所述关键资源状态表包括每一种关键资源的实时状态信息，包括当前执行架次、剩余锁定时间、积累锁定时间、积累等待时间、设备故障率和当前疲劳状态；其中，所述关键资源指工序中必须的、容易形成瓶颈的资源。
所述资源锁定具体指：先到达任意关键资源的产品，在接下来连续使用该关键资源的加工周期内，具有占用该关键资源的优先权。
所述工作执行时间具体指是否必须在工作时间执行；一天24小时分为工作时间和值班时间，所述工作时间生产资源配置齐备，能执行所有工序操作；所述值班时间的人员配置较工作时间少，仅执行低风险工作。
所述工序完成后过期时间用于限制不同工序之间的最长间隔时间。
所述仿真单元在N天的生产周期中，以每1min为频率循环判断每个产品状态。
所述关键资源等待率图通过MECE 2×2矩阵来表现。
一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1. 数据采集，完成各架次产品的基础信息的采集；
步骤S2. 将上述基础信息载入全局变量；
步骤S3. 总仿真时间为t_all，本次投产架次数为N；
步骤S4. 判断是否完成t_all的时间循环，若是，则完成数据输出，若否，进入步骤S5；
步骤S5. 判断是否完成N架次的判断循环，若是，进入步骤S6，若否，进入步骤S7；
步骤S6. 完成产品统一判断和设备统一判断，并进入步骤S4；其中，所述产品统一判断包括完成加工标识赋值、完工时间赋值、总加工时间赋值、总加工天数赋值以及总等待时间赋值；所述设备统一判断包括若剩余锁定时间为0,则当前执行架次赋0；
步骤S7. 对于每一件产品，判断是否到达接收时间且未完成加工，若否，进入步骤S5，若是，自动检索该工序组一共K道工序；将即将加工的工序赋值为K，进入步骤S8；
步骤S8. 判断是否需要新占关键资源；若是，进入步骤S9，若否，进入步骤S12；
步骤S9. 判断该资源是否可用，若是，进入步骤S10，若否，进入步骤S11；
步骤S10. 该关键资源当前执行架次赋值，该关键资源剩余锁定时间赋值，该关键资源积累使用时间累加；该工序加工时间-1，扫描被占据的关键资源，剩余锁定时间-1；进入步骤S13；
步骤S11. 判断该资源是否被自己占用，若否，该工序等待时间+1，该关键资源等待时间+1，再进入步骤S13；若是，进入步骤S12；
步骤S12. 该工序加工时间-1，扫描被它占据的关键资源，剩余锁定时间-1.进入步骤S13；
步骤S13. 子循环结束，进入步骤S5。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、通过本发明，能实现对于复材生产线流程仿真动态产能的标定，避免长时间的跟产、实物测试才能得到准确的动态产能，避免生产线建成后才发现关键资源的缺失造成的产能不匹配，而可以通过输入基础工艺流程参数计算得到生产线的动态产能，然后在建设过程中进行生产资源的优化配置。仿真方法正反馈性质强，逻辑科学合理，整体效率高。
2、本发明中，注重对于关键资源的管控，能有效解决针对复材火焰喷铝生产线关键资源占用率高的问题。并且充分利用工作执行时间，使能适用于现有生产线常用的双班制和三班制，提高生产效率。
3、本发明还包括对工序完成后过期时间的控制，以增加仿真的准确性。
4、开工完工时间图是整个生产线产能最宏观的表达；动态周期图实现静态周期与动态周期的区分，充分体现关键资源锁定原则的特点；各工序等待时间图是分析生产线产能瓶颈的重要指标；关键资源利用率图是分析生产线产能效益的重要指标，关键资源等待率图是分析生产线产能瓶颈的重要指标。通过以上仿真结果，可以清晰地标定该生产线当前的静态产能和动态产能，找到动态投产过程中的瓶颈工序、瓶颈设备，并提前采取有效措施，准确指导工艺优化方向，在生产线产能分析、关键资源配置、产能优化等领域有良好的应用价值。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明中仿真单元的逻辑示意图；
图2为本发明中立式自动火焰喷铝三级流程图；
图3为本发明中关键资源利用率和等待率的MECE 2×2矩阵示意图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统，包括：
数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态。
仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录。
数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、关键资源利用率图和关键资源等待率图。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统，包括：
数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态，并形成相应的投产状态表、工序状态表以及关键资源状态表。所述产品投产状态表包括各架次产品的基础生产信息，包括接收时间、是否完成加工判断、开工时间、完工时间、总加工时间以及总等待时间。所述工序状态表包括每一个产品的基础加工信息，包括工序时间、关键资源代号、资源锁定时间、人员配置、工作执行时间以及工序完成后过期时间。所述关键资源状态表包括每一种关键资源的实时状态信息，包括当前执行架次、剩余锁定时间、积累锁定时间、积累等待时间、设备故障率和当前疲劳状态。其中，所述关键资源指工序中必须的、容易形成瓶颈的资源。
仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，以每1min为频率循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录。
数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、关键资源利用率图和关键资源等待率图。
实施例3
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，包括以下步骤：
步骤S1. 数据采集：数据采集单元完成各架次产品的基础信息的采集。
步骤S2. 仿真单元将上述基础信息载入全局变量。
步骤S3. 总仿真时间为t_all，本次投产架次数为N。
步骤S4. 判断是否完成t_all的时间循环，若是，数据输出单元完成数据输出，若否，进入步骤S5。
步骤S5. 判断是否完成N架次的判断循环，若是，进入步骤S6，若否，进入步骤S7。
步骤S6. 完成产品统一判断和设备统一判断，并进入步骤S4；其中，所述产品统一判断包括完成加工标识赋值、完工时间赋值、总加工时间赋值、总加工天数赋值以及总等待时间赋值；所述设备统一判断包括若剩余锁定时间为0,则当前执行架次赋0。
步骤S7. 对于每一件产品，判断是否到达接收时间且未完成加工，若否，进入步骤S5，若是，自动检索该工序组一共K道工序；将即将加工的工序赋值为K，进入步骤S8。
步骤S8. 判断是否需要新占关键资源；若是，进入步骤S9，若否，进入步骤S12。
步骤S9. 判断该资源是否可用，若是，进入步骤S10，若否，进入步骤S11。
步骤S10. 该关键资源当前执行架次赋值，该关键资源剩余锁定时间赋值，该关键资源积累使用时间累加；该工序加工时间-1，扫描被占据的关键资源，剩余锁定时间-1；进入步骤S13。
步骤S11. 判断该资源是否被自己占用，若否，该工序等待时间+1，该关键资源等待时间+1，再进入步骤S13；若是，进入步骤S12。
步骤S12. 该工序加工时间-1，扫描被它占据的关键资源，剩余锁定时间-1.进入步骤S13。
步骤S13. 子循环结束，进入步骤S5。
实施例4
作为本发明最佳实施方式，本发明包括一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统，以复材火焰喷铝生产线为例，包括：
数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态，并形成相应的投产状态表、工序状态表以及关键资源状态表。
其中，投产状态表主要包括各架次产品的基础生产信息，包括：接收时间、是否完成加工判断、开工时间、完工时间、总加工时间、总等待时间等。在初始状态，除接收时间外，其余均置0。产品接收时间可以设置为以实际接收时间为准，也可设置以下三种常用投产方式：库存积压型（只要生产线有空，产品源源不断送来），均匀投产型（例如每天一件），按月积压型（例如每个月前20天两天一件，后10天一天一件）。
工序状态表主要包括每一个产品的基础加工信息，包括：工序时间、关键资源代号、资源锁定时间、人员配置、工作执行时间（是否必须在工作时间执行）、工序完成后过期时间等。工序状态表是能否准确执行流程仿真的核心模块，需明确以下基本概念：①动作时刻与工序时间。动作时刻指执行某一动作的时刻，在自动化生产线中，一般可由设备直接记录，例如：点击开喷的时间、升温固化开始的时间等。工序时间指相邻两个动作之间的时间，即执行某一工序的时间长度。本专利统一将自动喷涂流程中的工序时间分类为：程序运行、物流流转、设备启动准备、余料清理、检查测量、工艺等待时间和其他（故障处理等）。②工序流程图。参照说明书附图2，本典型件的立式自动火焰喷铝工艺包含8项一级流程。其中喷砂、喷铝和喷胶3项流程均采用机器人自动喷涂完成，下文简称“自动喷涂流程”；其余清理保护、停放、固化、修补、交付5项一级流程下文简称“固化修补流程”。本实施例中，对自动喷铝流程记录到二级流程，其余只记录到一级流程。③关键资源锁定原则。因为火焰喷铝绝大部分工序具有连续性（连续占用工装、连续执行程序等），故仿真方法中会确定一个“关键资源锁定原则”：即先到达任意关键资源的产品，在接下来连续使用该关键资源的加工周期内，具有占用该关键资源的优先权。该原则的特点是：架次编号靠前的零件会受到架次编号靠后零件挤占生产资源的影响，生产周期延长。④时制。自动火焰喷铝生产线常用双班制和三班制。流程仿真模型选择工作时制后，程序自动将一天24小时区分为工作时间和值班时间。一般工作时间生产资源配置齐备，可执行所有工序操作；值班时间则人员配置相对较少，仅执行胶液停放、烘箱固化等主要由设备执行、低风险工作。故每一道工序的属性中，都包括“是否必须在工作时间执行”这一项。三班制指所有流程均可在任何时间执行。⑤工序完成后过期时间。在火焰喷铝生产线中，吹砂完成后多长时间必须喷铝，喷铝完成后多少时间必须喷胶都有时间限制要求，故工序状态表中包含此项，以增加仿真的准确性。
关键资源状态表主要包括每一种关键资源的实时状态信息，包括：当前执行架次、剩余锁定时间、积累锁定时间、积累等待时间、设备故障率、当前疲劳状态等。其中，关键资源指工序中必须的、容易形成瓶颈的资源。对于本实施例中自动火焰喷铝生产线而言，包括喷砂间、喷铝间、喷胶间、烘箱、周转区等。
仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，以每1min为频率循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录。直至完成所有循环。具体的，参照说明书附图1，包括以下步骤：
步骤S1. 自动载入全局变量；
步骤S2. 总仿真时间为t_all，本次投产架次数为N；
步骤S3. 判断是否完成t_all的时间循环，若是，结束，若否，进入步骤S4；
步骤S4. 判断是否完成N架次的判断循环，若是，进入步骤S5，若否，进入步骤S6；
步骤S5. 完成产品统一判断和设备统一判断，并进入步骤S3；其中，所述产品统一判断包括完成加工标识赋值、完工时间赋值、总加工时间赋值、总加工天数赋值以及总等待时间赋值；所述设备统一判断包括若剩余锁定时间为0，则当前执行架次赋0；
步骤S6. 对于每一件产品，判断是否到达接收时间且未完成加工，若否，进入步骤S4，若是，自动检索该工序组一共K道工序；将即将加工的工序赋值为K，进入步骤S7；
步骤S7. 判断是否需要新占关键资源；若是，进入步骤S8，若否，进入步骤S11；
步骤S8. 判断该资源是否可用，若是，进入步骤S9，若否，进入步骤S10；
步骤S9. 该关键资源当前执行架次赋值，该关键资源剩余锁定时间赋值，该关键资源积累使用时间累加；该工序加工时间-1，扫描被占据的关键资源，剩余锁定时间-1；进入步骤S12；
步骤S10. 判断该资源是否被自己占用，若否，该工序等待时间+1，该关键资源等待时间+1，再进入步骤S12；若是，进入步骤S11；
步骤S11. 该工序加工时间-1，扫描被它占据的关键资源，剩余锁定时间-1.进入步骤S12；
步骤S12. 子循环结束，进入步骤S4。
数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、关键资源利用率图和关键资源等待率图。
开工完工时间图依据计算完成的产品状态表绘制，直观展示各架次产品的开工时间、完工时间、总等待时间，是整个生产线产能最宏观的表达。
动态周期图依据计算完成的产品状态表绘制。静态周期为该生产流程各工序理论加工时间之和，是所有生产资源无限供应下的理论最短周期。动态周期是产品在固定生产资源限制条件下，动态投产的具体周期。静态周期与动态周期的区分充分体现关键资源锁定原则的特点：架次编号靠前的零件会受到架次编号靠后零件挤占生产资源的影响，生产周期延长。动态周期图的上行趋势代表生产线拥堵加剧。
各工序等待时间图依据计算完成的工序状态表绘制，直观展示各架次产品各工序在整个流程转过程中的等待时间，是分析生产线产能瓶颈的重要指标。
关键资源利用率图依据计算完成的关键资源状态表绘制，直观展示各关键资源在整个生产中的使用时间，是分析生产线产能效益的重要指标。
关键资源等待率图依据计算完成的关键资源状态表绘制，直观展示各关键资源在整个生产中的等待时间，是分析生产线产能瓶颈的重要指标。参照说明书附图3，关键资源利用率和等待率可作出MECE 2×2矩阵，尽管在流程优化过程中，两者往往相互掣肘，但最终生产线的最佳状态是兼具高利用率和低等待率。
分析单元，用于对产线产能进行有效标定和分析判断。根据以上仿真结果，可以清晰地标定该生产线当前的静态产能和动态产能，找到动态投产过程中的瓶颈工序、瓶颈设备，并提前采取有效措施，准确指导工艺优化方向，在生产线产能分析、关键资源配置、产能优化等领域有良好的应用价值。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (8)
1.一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于：包括一种复材生产线流程仿真动态产能标定系统，所述标定系统包括：数据采集单元，用于采集各架次产品的基础信息，包括投产状态、工序状态以及关键资源状态；仿真单元，用于根据输入的各架次产品的基础信息，在N天的生产周期中，循环判断每个产品状态，判断是否有执行加工的关键资源；若有，执行加工程序；若无，等待并记录；数据输出单元，用于在仿真单元完成所有循环后，输出产能指标，包括开工完工时间图、动态周期图、各工序等待时间图、关键资源利用率图和关键资源等待率图；
所述标定方法包括以下步骤：
步骤S1. 数据采集，完成各架次产品的基础信息的采集；
步骤S2. 将上述基础信息载入全局变量；
步骤S3. 总仿真时间为t_all，本次投产架次数为N；
步骤S4. 判断是否完成t_all的时间循环，若是，则完成数据输出，若否，进入步骤S5；
步骤S5. 判断是否完成N架次的判断循环，若是，进入步骤S6，若否，进入步骤S7；
步骤S6. 完成产品统一判断和设备统一判断，并进入步骤S4；其中，所述产品统一判断包括完成加工标识赋值、完工时间赋值、总加工时间赋值、总加工天数赋值以及总等待时间赋值；所述设备统一判断包括若剩余锁定时间为0，则当前执行架次赋0；
步骤S7. 对于每一件产品，判断是否到达接收时间且未完成加工，若否，进入步骤S5，若是，自动检索工序组一共K道工序；将即将加工的工序赋值为K，进入步骤S8；
步骤S8. 判断是否需要新占关键资源；若是，进入步骤S9，若否，进入步骤S12；
步骤S9. 判断该资源是否可用，若是，进入步骤S10，若否，进入步骤S11；
步骤S10. 该关键资源当前执行架次赋值，该关键资源剩余锁定时间赋值，该关键资源积累使用时间累加；该工序加工时间-1，扫描被占据的关键资源，剩余锁定时间-1；进入步骤S13；
步骤S11. 判断该资源是否被自己占用，若否，该工序等待时间+1，该关键资源等待时间+1，再进入步骤S13；若是，进入步骤S12；
步骤S12. 该工序加工时间-1，扫描被它占据的关键资源，剩余锁定时间-1.进入步骤S13；
步骤S13. 子循环结束，进入步骤S5。
2.根据权利要求1所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述数据采集单元采集各架次产品的基础信息，并形成相应的投产状态表、工序状态表以及关键资源状态表。
3.根据权利要求2所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述产品的投产状态表包括各架次产品的基础生产信息，包括接收时间、是否完成加工判断、开工时间、完工时间、总加工时间以及总等待时间；所述工序状态表包括每一个产品的基础加工信息，包括工序时间、关键资源代号、资源锁定时间、人员配置、工作执行时间以及工序完成后过期时间；所述关键资源状态表包括每一种关键资源的实时状态信息，包括当前执行架次、剩余锁定时间、积累锁定时间、积累等待时间、设备故障率和当前疲劳状态；其中，所述关键资源指工序中必须的、容易形成瓶颈的资源。
4.根据权利要求3所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述资源锁定具体指：先到达任意关键资源的产品，在接下来连续使用该关键资源的加工周期内，具有占用该关键资源的优先权。
5.根据权利要求3所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述工作执行时间具体指是否必须在工作时间执行；一天24小时分为工作时间和值班时间，所述工作时间生产资源配置齐备，能执行所有工序操作；所述值班时间的人员配置较工作时间少，仅执行低风险工作。
6.根据权利要求3所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述工序完成后过期时间用于限制不同工序之间的最长间隔时间。
7.根据权利要求1所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述仿真单元在N天的生产周期中，以每1min为频率循环判断每个产品状态。
8.根据权利要求1所述的一种复材生产线流程仿真动态产能标定方法，其特征在于，所述关键资源等待率图通过MECE2×2矩阵来表现。
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