硕士学位论文 基于航天制造模式转型的数字化车间 设计与分析研究 Design and Analysis on mechanical processing Workshop Based on Transformation of Aerospace Manufacturing Mode 论文作者： 钟燕春 学位类别： 工程硕士 领域名称： 航天工程 校内指导教师： 韩文仲 教授 校外指导教师： 刘胤 研究员 周平来 高级工程师 二〇一四年六月六日
中图分类号： 密级： 公开 UDC： 学号： 20120101 北华航天工业学院硕士学位论文 基于航天制造模式转型的数字化车间 设计与分析研究 Design and Analysis on mechanical processing Workshop Based on Transformation of Aerospace Manufacturing Mode 论文作者： 钟燕春 学位类别： 工程硕士 领域名称： 航天工程 校内指导教师： 韩文仲 教授 校外指导教师： 刘胤 研究员 周平来 高级工程师 二〇一四年六月六日
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北华航天工业学院硕士学位论文 摘 要 航天任务量的不断增长以及生产形势的转变，引发了航天制造模式的转型。在确定航天制造模式转型的目标模式之后，通过对航天企业机械加工车间进行数字化车间建设，落实航天制造模式的转型，通过生产系统仿真软件对该车间进行建模仿真，并提出优化验证方案。 本文应用TRIZ理论对航天制造模式转型进行研究，通过该理论的技术进化论对航天制造模式整体分析，应用物质——场分析法对具体的每一个问题提出解决方法，并对所得方法整合分析，最终得到航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式。 在柔性规模定制生产模式下，从生产要素方面对对航天企业机械加工车间进行建模仿真，验证该数字化车间建设的优越性，并提出两个优化方案，分别是基于航天制造模式转型的优化方案和基于生产瓶颈的优化方案，可以有效改善该车间工作效率，年产量以及生产周期，为数字化车间的优化提供了有效可行的方案策略，并对于其他多品种小批量的企业车间优化具有可参考性价值。 关键词：制造模式，机加车间，建模仿真，优化，多品种小批量 I
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 Abstract The transformation of aerospace manufacturing mode caters to the continuous growth task and the changing of production. After the establishment of the target mode it implements the transformation of aerospace manufacturing mode through constructing the mode of the aerospace enterprise mechanical processing workshop. At last to put forward the scheme of optimization and validation in simulating the mode of workshop with manufacture system simulation software. This paper researches the transformation of aerospace manufacturing mode with the TRIZ theory. The paper analyzes the aerospace manufacturing mode with the theory of technology evolution, and looks for the solution of every specific problem with the material - field analysis method, and integrated analyzes all the solutions, and finally targets the mode of aerospace manufacturing which is scale of flexible customization production mode. The paper which is based on the production elements conducts the mode of aerospace manufacturing workshop under the mode of scale of flexible customization production. Through simulation it certificates that this workshop is superior to ever, and put forward two optimization schemes, which are based on the transformation mode of aerospace manufacturing and production bottlenecks. Those two schemes can promote the efficiency of workshops, annual output and production cycle. It provides effective and feasible strategy for the optimization of the digital workshop, and provides the reference for the workshops of multi-varieties and small batch. Key Words: manufacturing mode, mechanical processing workshop, modeling and simulation, optimization, multi-varieties and small batchII
北华航天工业学院硕士学位论文 目 录 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract ..................................................................................................................................... II 第1章 绪论 ............................................................................................................................ 1 选题背景及研究意义 ................................................................................................... 1 航天制造的特性分析 ................................................................................................... 2 研究现状 ....................................................................................................................... 3 航天制造模式的研究现状 .................................................................................... 3 TRIZ理论的应用现状 .......................................................................................... 5 数字化车间的发展现状 ........................................................................................ 7 生产系统仿真技术的发展现状 .......................................................................... 10 研究内容与方法 ......................................................................................................... 11 研究内容 .............................................................................................................. 11 总体研究方案 ............................................................................................... 11 主要研究内容 ............................................................................................... 12 主要创新点 .......................................................................................................... 12 技术路线 .............................................................................................................. 13 第2章 基于TRIZ理论的航天制造模式转型研究 ........................................................... 15 航天制造模式的变革 ................................................................................................. 15 航天制造模式转型的背景原因 .......................................................................... 16 我国航天制造模式的发展现状 .......................................................................... 16 航天制造模式转型的驱动因素 .......................................................................... 16 探索航天制造模式转型目标模式 ............................................................................. 17 TRIZ技术进化理论 ............................................................................................ 17 TRIZ理论物质——场分析法 ............................................................................ 18 航天制造模式转型探索 ........................................................................................ 18 制造模式的扩充 ........................................................................................... 19 III
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 解决方案的分析整合 ................................................................................... 21 目标模式的分析 ......................................................................................................... 22 本章小结 ..................................................................................................................... 23 第3章 基于航天制造模式转型的数字化车间设计 .......................................................... 24 航天企业数字化车间建设的需求分析 ..................................................................... 24 制造模式转型方面分析 ...................................................................................... 24 航天企业数字化车间的不同点 .......................................................................... 24 航天企业数字化车间组成要素分析 ......................................................................... 25 航天企业机械加工生产流程分析 ...................................................................... 25 航天企业数字化车间系统组成分析 .................................................................. 27 航天企业数字化车间设计方案 ................................................................................. 30 工艺表达的格式化 .............................................................................................. 31 产品分类 .............................................................................................................. 31 生产流程建设 ...................................................................................................... 32 研制产品单元制造生产流程 ....................................................................... 32 组批产品柔性生产流程 ............................................................................... 33 定型产品刚性生产流程 ............................................................................... 34 本章小结 ..................................................................................................................... 35 第4章 基于Witness的数字化车间仿真优化 ................................................................... 37 Witness仿真软件 ....................................................................................................... 37 基于Witness建立数字化车间模型 .......................................................................... 38 制定建模目标 ...................................................................................................... 38 仿真性能参数定义 .............................................................................................. 39 车间生产系统的描述 .......................................................................................... 39 仿真及优化模型的建立 ...................................................................................... 40 模型的验证 ................................................................................................................. 42 数字化车间模型的分析与优化 ................................................................................. 44 验证方案 .............................................................................................................. 44 IV
北华航天工业学院硕士学位论文 基于制造模式转型的优化方案 .......................................................................... 46 基于生产瓶颈的优化方案 .................................................................................. 50 方案总结 .............................................................................................................. 52 本章小结 ..................................................................................................................... 53 第5章 总结与展望 .............................................................................................................. 55 总结 ............................................................................................................................. 55 展望 ............................................................................................................................. 56 参考文献 .................................................................................................................................. 57 致谢 .......................................................................................................................................... 61 攻读学位期间取得的科研成果清单 ...................................................................................... 62 V
北华航天工业学院硕士学位论文 第1章 绪 论 选题背景及研究意义 航天是当代高科技的代表，是现今世界各国相互竞争的前沿领域，航天产业是提升综合国力、科技实力和产业实力的新兴先导产业。经过半个世纪的发展，我国航天事业取得了显著的成就，各类卫星的应用得到了极大地扩展，尤其是近些年来相继实现了月球探测、载人航天等技术的飞跃，逐步形成了具有中国特色的航天系统工程，航天制造系统是其中一个重要的环节。随着我国航天事业的快速发展，航天型号任务不断增长，每年研制飞船、卫星等空间飞行器的数量从原来每年的几颗上升到现在的几十颗，航天产品已从最初的科研试验转变为军事与民用的重要装备，航天整体发展形势已从型号项目研制型向产品产业化转变。航天企业产业化发展是指在社会经济、政治、技术和文化的框架下，建设一整套旨在促进航天产品制造良性发展的组织制造体系和成批产品制造系统等，实现航天制造的规模化、专业化、市场化发展。 生产制造模式是指企业体制、技术系统、生产组织、经营和管理的形态和运作模式。制造模式不但可以解决各种先进制造技术与管理的协调关系，还可以引导企业战略，它是一个国家国民经济发展的关键动力之一[1][2]。对生产制造模式进行深入研究，为制造系统建立先进的制造模式具有重要意义。根据航天企业的制造特点，探索航天制造模式的转型方向，可促进航天典型产品生产流程再造和管理创新，为航天基础制造能力的提升提供重要的理论依据。 在对航天制造模式转型研究的基础上，针对机加车间制造能力不足的状况，采用数字化手段对航天企业的机加车间进行数字化车间规划和设计是落实航天制造模式转型的一种比较合理的措施。数字化车间是为了解决产品生产线、车间、工厂以及产品从设计到制造转化的过程，进而降低设计到生产制造之间的不确定性。数字化车间不但可以实现产品生命周期中的制造、质量控制、检测和装配等各个阶段的功能，还可以解决产品从设计到制造之间的“鸿沟”。在生产过程中融入数字化技术，可以将生产制造过程压缩和提前，进而使得设计到生产的转化时间缩短，系统的成功率和可靠性也得到提高[3]。 1
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 最后应用生产系统仿真软件对数字化车间进行建模仿真，分析整体设计的可行性。生产系统计算机仿真是一种可以用来试验和建模的方法，可将产品工艺路线、库存、管理、生产资源等信息联系起来。传统的数学方法的抽象描述被系统活动过程重复、动态地代替，这样的表达形式更加容易理解，而且还能全面地展现生产系统的特征和动态过程，为生产系统的设计、运行过程中的管理和方案验证提供了有效的方法[4]。 航天制造的特性分析 随着航天的产业化发展，型号生产任务量进一步攀升，部分产品向中、大批量方向发展，批生产在航天制造中占有越来越大的比重，这一过程中，一些航天制造的本质特点制约了航天批生产能力的提升，主要包括： 1. 航天的产品特性 航天产品研制活动中的探索性、先进性、复杂性等特点，造成航天产品生产过程中大量存在设计更改、工艺变更、计划调整等现象，而通常产品批生产的前提条件是设计、工艺、甚至生产计划和设备设施都固化，因此航天产品研制生产中的变动特性与批生产前提条件之间存在矛盾。 2. 航天的质量要求 航天产品质量具有特殊的政治影响和社会影响，需要满足高质量、高可靠的需求，以及小子样、一次成功的特殊要求，以确保产品质量和技术状态全面受控，在生产过程中质量控制环节多、过程控制要求严、检验要求全覆盖、检测记录项目多、管理流程长，致使生产效率难以提升，在批量生产时表现更为明显。 3. 航天的任务特点 航天任务需求直接受国际环境、国家政策等影响，难以自主判断任务数量，不易预测型号需求量的波动。此外，航天设计单位与制造单位分离的状况也使得制造单位无法主动掌握生产任务的到达时机，导致制造企业普遍存在忙闲不均的情况，使得增加场地、设备、人员等资源投入提升产能的办法存在较大的资源闲置的风险，从而难以决策，造成生产能力提升速度滞后。 突破航天产业化发展，实现航天制造模式转型以及数字化车间建设的关键是如何适应和应对上述三项本质特点。 2
北华航天工业学院硕士学位论文 研究现状 航天制造模式的研究现状 制造业经历了20世纪的快速发展，变得更加成熟，在国家的国民经济发展中发挥越来越重要的作用。在传统制造技术向现代高新技术逐渐演变、发展、渗透及交汇的过程中，出现了先进制造技术，同时也形成了一系列先进的制造模式。根据国际生产工程学会(CIRP, The International Academy for Production Engineering)近十年的统计分析，先进制造生产模式和先进制造系统在发达国家的应用中就多达33种。在发达国家的制造企业中，一些新的制造模式和制造系统已被一些跨国公司或创新型中小企业广泛采用，如计算机集成制造系统(CIMS, Computer Integrated Manufacturing System)、柔性制造系统(FMS, Flexible Manufacture System)、清洁生产模式(CP, cleaner production)、高效快速重组生产系统(LAF, Lean-Agile-Flexible)、精益生产模式(LP, Lean Manufacturing)、虚拟制造模式(VM, Virtual Reality Technology)等[5][6]。 纵观现代制造模式的发展，主要经历以下几个重要的阶段：17世纪初至1830年以少品种单件小批为主的单件研制生产模式；20世纪30——60年代主要追求规模效益的大批量、大规模流水线生产；70年代的精益生产和准时制生产(JIT)注重降低产品制造成本；80年代的全面质量管理；90年代至今以对市场快速响应为主的数字制造、敏捷制造和智能制造。 虽然不同制造模式提出的出发点、背景、强调的重点和实现的目标有所不同，但随着各种模式内涵的发展，趋同性加强。各模式变化的趋同性表现为[7]： 1. 由以技术为中心转向以人为中心，让人类社会发展的需求与技术的发展相符，着重人、技术和组织的集成，注重发挥员工的创造性和主动性，这是企业赖以生存的核心，也是现代企业管理的人本管理重要之处。 2. 组织结构由按功能划分部门的固定组织形式向高度自治的、动态的小组组织形式转变，由多层次的生产结构向扁平的网络结构转型，企业的重构性好，对市场的响应速度快。 3. 由传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，使工作质量得到提高，工作周期减短。 4. 各企业之间从只注重竞争转向竞争与资源协同合作，转向动态联盟，共同盈利。 3
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 5. 竞争策略从质量第一向快速响应市场的策略转变。 根据各种先进制造模式的发展特点，可看出制造模式在本质上都是倾向于集成的思想与技术，并行处理相关的各种资源、过程和活动，通过集成而使企业取得柔性、敏捷和精细的特性，以适应成本、速度、质量和服务对环境变动的响应。 目前，航天器研制生产属于典型的多项目研制模式。航天产品生产任务传统上具有数量少、品种多的特点，因此航天制造企业长期以研制模式为主，生产现场多采用工艺专业化布局，同类设备高度集中，工序之间采用成批生产和搬运的方式。但是由于航天任务量的不断增长，航天企业多项目研制模式很难适应这样的发展，因此需要寻求一种新的目标模式以适应其发展。从型号项目研制到规模定制生产[8]文献中提出随着航天器数量的增多，型号平台、产品型谱等不断在产品中得到体现，航天器系列化、模块化的趋势日益明显，随着需求的规模化、专业化的发展，航天器由型号项目研制向适度规模的、带有定制特点的专用产品生产的转化将逐步成为现实。 1997年波音公司在面临产量的猛增，生产能力不足，收益严重亏损的局面下，通过流程再造、数字化工程、以及生产线流水式生产三者的结合，实现大幅度节省资源投入、显著提升生产效率，扭转亏损局面、满足市场的需求。波音公司对生产管理模式进行变革，应用流水生产的理念，对关键零部件生产线和瓶颈零部件构建生产线，而且全面实施精益生产，把多条“倾斜”生产线（即生产单元）改为单向移动的生产线，生产线上配置工装轨道、安全链条驱动和其他设备，飞机在生产线上“脉冲”移动，实现精益单元向精益生产线发展，使得民用飞机的制造方法发生了革命性的变化。 (a) “倾斜”生产线（单元） (b) “移动”生产线 图 波音向移动生产线转变 移动生产线的关键是某一工序的工作绝不能移至下一道工序去做。如果生产线上出现问题，则必须将整条生产线停下来，找出原因并在解决问题后再继续移动生产线。4
北华航天工业学院硕士学位论文 根据客户的需求来确定生产线的移动速度。这些移动生产线投入生产运营后波音公司的单通道飞机的总装时间缩短了50%。这种创新的制造技术不但缩短了交付时间，还提高了生产效率和产品质量。 波音公司生产管理模式变革的效果如图所示。 图 波音公司生产管理模式变革效果图 TRIZ理论的应用现状 TRIZ理论的英文全称是“Theory of the solution of inventive problem”，俄文的缩写是“发明问题解决理论”，在1946年由前苏联发明家根里奇．阿奇舒勒(. Altshuller)和他所领导的一批研究人员共同创立[9]。如今，TRIZ理论已经演变成一个用于解决工程技术创新问题的成熟理论体系，为人们发现问题和解决问题提供了方法工具和系统理论。TRIZ理论已抽象概括出了工程参数、技术系统、分离原理、发明原理、矛盾（技术矛盾、物理矛盾、管理矛盾）、理想化、创新等级等一系列的基本概念和原理。如图所示[10]。 现代TRIZ理论体系主要包括以下几方面的内容[11][12]： 1. 创新思维方法与问题分析方法 TRIZ理论中提供了如何对问题进行系统地分析的科学方法。在对复杂问题的分析方面，包含了对问题分析和建模的方法——物质—场分析法，可以帮助尽快识别主要问题，挖掘根本矛盾。 2. 技术系统进化法则 TRIZ理论通过对专利进行分析，结合技术系统的进化演变规律，概括出了八条基5
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 本进化法则。通过运用这些进化法则，不但可以分析和确认产品的技术状态，还可预测其未来的发展趋势，开发出富有竞争力的新产品。 3. 技术矛盾解决原理 TRIZ理论将这些不同的发明创造所遵照的共同规律概括成40个创新原理，对于实际的技术矛盾，可结合工程实际，在创新原理的基础上探索具体的解决方案。 4. 创新问题标准解法 对于具体问题的物——场分析法模型的不同特性，模型处理方法有其相应的标准，其中包含模型的转换、整修以及物质与场的添加等。 5. 发明问题解决算法ARIZ 它是一个通过对原始问题一连串变形和再定义等非计算性的逻辑过程。主要是针对问题情境复杂的技术系统，或是矛盾和他的有关部件不确定的技术系统。不断地对问题进行深入的分析，同时转化问题，直到问题被解决为止。 6. 基于几何学、化学、物理等工程学原理而构建的知识库 在几何学、化学、物理等领域的上千万项发明专利的分析结果的基础上创建的知识库是技术创新项目的重要来源。 图 TRIZ理论系统图 其中，技术进化论是该理论的核心。在技术进化论者看来，技术系统一直处于进化之中。技术系统发展进化的主要动力是矛盾的出现以及解决，技术进化速度的快慢6
北华航天工业学院硕士学位论文 随着技术系统矛盾的解决而下降，而技术突变的唯一途径是解除进化的深层次矛盾。技术进化论可以应用于开发新技术、定性技术预测、市场需求分析、选取和制定企业发展战略等，对技术创新具有重要的指导作用[13][14][15]。 前苏联曾经将TRIZ理论列入国家机密，TRIZ理论在前苏联的军事、工业、航空航天等领域发挥了巨大的支撑作用，被誉为技术创新的“点金术”。随着前苏联解体，由于大量的专家迁居欧美等发达国家，TRIZ理论也随之传播到日本、韩国、美国、欧洲等地，并且受到产业界的高度重视，TRIZ理论的研究与实践也随之得以迅猛发展。在经历了理论创建以及体系内部的综合集成之后，TRIZ理论成为最系统、最全面地阐释实施发明创造，促进技术创新的新工具、新理论。“TRIZ理论的本质就在于，它从根本上已经改变了产生新技术思想的工艺”。 现在，TRIZ理论的应用和推广已经在美国、日本、韩国等国家取得了一定的成功。TRIZ理论在各个领域应用广泛，且取得了明显的社会效益、经济效益。如美国的波音、摩托罗拉、通用、克莱斯勒，日本的松下电器、索尼、日产汽车、富士施乐，欧洲的飞利浦、西门子，韩国的LG、三星，中国的中兴等，在产品的开发和改善中研究应用TRIZ理论，取得了丰硕的成果。韩国三星电子自引入TRIZ理论专家后，通过四年的时间，就为三星节省了约9100万美元的成本，导入了上百个TRIZ项目，不但为企业带来了丰厚的技术创新成果，还提高了企业的国际市场竞争力和自主创新能力。西门子集团公司十分重视产品的创新，他与高校联合，应用TRIZ理论和引进外部创新资源，解决了创新难题，实现了创新构想。在专利方面，西门子居于德国榜首，欧洲位于第二。 总之，TRIZ理论的意义在于可以将技术创新过程缩短，将发明创造速度提升。由于TRIZ理论的应用普遍性，如今，它已不仅仅限于工程技术范畴，而且还扩展到了规划设计、制度建构、科学研究、竞争策略谋划以及政策制定等社会技术创新方面，体现出了广阔的发展潜力以及应用前景。 数字化车间的发展现状 目前，国外学者在数字化车间领域的做了大量的研究工作，不但形成了一系列的理论，而且还开发出了行之有效的数字化工厂工具平台，其研究成果远远领先于国内。 在美国，通用汽车公司通过利用数字技术，将车辆的开发周期从原来的48个月降7
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 低到了24个月，而且碰撞实验的次数也有了大幅度降低，同时企业的营销成本也下降到了原来的90%；美国UGS Tecnomatix公司和达索Delmia公司等在虚拟制造方面做了长期努力的研究，而且还开发出了数字化工厂软件，这些软件可以很好满足虚拟制造的需求，与此同时还形成了比较成熟的软件；美国Exxon-Mobile石油公司也因为应用了数字技术，使公司盈利提升了5%-10%。数字化技术车间技术广泛应用于各类型的企业，产生的经济效益也都很好。波音、丰田、大众汽车等一些大型的制造企业，都运用数字化技术进行改造。 飞速发展的数字化制造技术，早已深入到企业生产车间。例如，为强化企业的制造车间的执行能力，美国AMR公司早在90年代初就提出了制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES)。MES，即“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，制造执行系统为管理人员和操作人员提供计划的执行和所有资源当前状态的实时监测功能，有效实现了企业车间现场的透明化生产和实时管控[16]。 在机械制造行业中，国外的大型企业在数字化制造技术方面投入了大量的人力、财力和物力，对计算机集成制造系统(CIMS)进行了研究，并且出现了许多成功的应用实例。例如，美国的波音公司通过运用CIMS技术开发出了波音777飞机，使得产品的开发周期从8年左右的时间下降到了4年半，而且生产成本也相应的下降了大约25%，使得产品的设计、制造、工艺编排、装配、检测等整个过程实现了一体化“无纸加工”，并且显著地提高了产品的质量，缩短了产品的研发周期，充分显示了CIMS的优越性。 通过在协同平台的基础上建立的全球化虚拟公司，著名的联合攻击战斗机项目将数字化技术应用于飞机制造的全过程中，使得飞机的设计时间下降了50%，零部件数量下降约50%，制造周期缩小67%，工装下降90%，总装工装降低95%，制造成本减少50%，使用维护成本降低50%。通过采用数字化制造技术，联合攻击战斗机JSF项目研发与制造周期明显缩短，产品的质量得到了可靠的保障[17]。 近年来，国内各研究机构对数字化工厂技术的研究也得到了广泛的注重，并且取得了一系列的硕果。随着各研究院所对数字化制造技术研究的不断深入，进而促使我国制造行业在关键的制造环节对数字化技术有了更加深入的应用，具体表现主要有以8
北华航天工业学院硕士学位论文 下几个方面[18][19]： 1. CAD/CAPP/CAE/CAM的推广应用 如今，在制造业当中，以上计算机辅助技术是首要的基础信息技术，并已经发展成为一项重要的技术特征，它的实行对于经济进步和企业发展都具有相当重要的推动、促进作用。 2. MRP/ERP的推广应用 在科研院所、政府和企业等多方努力下，更多企业开始重视并实施MRP/ERP。近二十多年，采取这种先进的管理信息系统的企业数以千计，这一技术的成功实施，使企业的收益得到了较好的提升，主要体现在：缩短了生产周期、提升了资源利用效率、降低了库存、加速了资金周转、减少了成本、提高了整体竞争力等。 3. CIMS的推广应用 CIMS作为一项计算机综合自动化制造系统，将产品工程设计、制造和管理集成为一体，是先进的生产经营模式的技术支撑、实施媒体。从20世纪80年代我国开始实行制造业信息化工程以来，已经在航天、航空、机械、电子、石油、化工、轻工、纺织、冶金等这些主要的制造行业中广泛应用，200多家不同类型、规模各异的企业不同程度地开展了CIMS工程，其中已有60多家企业通过了验收。通过这一工程的实施，大部分制造企业在经济效益以及社会效益中都取得了显著的收益，并且在我国制造领域企业的现代化、信息化领域中发挥了主要的拉动、导向作用。 为了应对日益激烈的市场竞争，国内一些企业也纷纷通过数字化制造提高企业生产效率，增强其市场竞争能力。华众汽车集团于2005年在制造工艺这一环节上利用国际上先进的数字化制造解决方案作为企业工艺设计的新平台，形成了全新的规划流程，提高了工艺规划的效率，从而将产品的生产准备时间缩短，并增强了该集团对市场的快速响应能力以及综合竞争力[20]。 海尔集团通过运用网络通信和数字化技术，为企业带来了实时信息反馈和快速便捷的便利，并提出了“即需即供”、“零库存”概念，由原来的大规模生产模式转向新的大规模定制模式，大大地提高了企业的销售量，有效地减少了企业浪费，节约了生产成本，也提高了客户满意度和企业影响力。 9
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 生产系统仿真技术的发展现状 在对生产车间数字化设计研究的同时，必然离不开生产系统计算机仿真技术的支持。生产系统，即一个为了生产制造某种类型的产品，综合生产计划、生产工艺、物料控制、人员调度、质量控制、设备维护等各种技术为一体的复杂系统[21]。为了充分实现快速重构以提升生产系统规划设计的速度和柔性，进而降低投资风险，响应市场竞争，需要使企业的生产系统在生产、运行中是高度可靠的。但是，目前的生产系统在运行管理和规划设计中还有很多问题，譬如由于系统本身的复杂性而导致系统运行过程中生产调度困难、系统适应性差、难以评估设计风险等。尤其是在大型复杂的生产系统中，这些问题愈加突出。 生产系统几乎都属于复杂离散事件系统，直到现在还没有一种数学方法能准确地解析此类问题。因此，在对生产系统进行分析实验和评价中，应用计算机进行仿真是最简单、最经济、最有效的方法。它能够将所有的资源、在制品数量、库存、产品生系统产研制周期等动态地连结起来，是对现代制造过程中复杂问题的解决手段中较为理想的方法。 随着计算机技术的不断发展，仿真技术也得到了快速的发展，作用越来越大，应用领域也越来越广，尤其是在国防、航空、航天以及其他大规模复杂系仿统的研发过真程实验建立系统模型中，计算机仿真是不可或缺的应用工具，能有效节省经费、缩小开发周期、提升质量、降低损失等。 计算机仿真的三大要素有：计算机、系统以及模型，有三个基本活动将这三个要素联系起来，他们分别是：仿真实验、系统模型建立和仿真模型建立。计算机仿真三个基本活动和三要素的关系如图所示。 计算机模型建立仿真模型 图 计算机仿真的三要素及其关系 10
北华航天工业学院硕士学位论文 目前，在系统分析与设计中的应用中，计算机仿真大致有以下几方面：(1)对还没有建立起来的系统进行可行性分析和方案论证，为系统的设计打下牢固基础。(2)在系统的设计过程中运用计算机仿真技术有助于设计人员建立系统模型，并进行模型简化、验证以及优化设计。(3)在系统建成之后，可应用计算机仿真技术分析系统的运行状况，探索改进系统的最佳途径，寻出最优的控制策略。 仿真技术的快速性、对随机性、可量化性、可试验性、良好科学性、经济性和表现性等众多优点，特别适合用来解决复杂的生产系统以及目标离散的动态系统的决策问题[22]。因此，对于生产系统中的问题可以通过仿真技术的应用来解决。 在制造业中，面向产品的仿真主要有产品的可制造性分析、产品的静态和动态性能分析、产品的可装配性分析。面向工艺装备和制造的仿真主要是对加工中心的加工过程进行仿真，例如仿真加工对象和加工设备在加工过程中的运动和状态，以及加工过程的三维实时动画仿真等等；针对制造系统中的机器人的仿真应用。面向生产管理的仿真有：用在车间层的调度和计划、用于库存管理、确定生产经营管理控制策略。面向制造企业其他环节的仿真有：产品开发过程中的应用、供应链中的应用[23]。 研究内容与方法 研究内容 总体研究方案 图 总体研究方案图 11
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 由于航天任务量不断增长，航天企业向着产业化发展，引发航天制造模式的转型需求，因此亟需寻求适合航天制造发展的目标模式。在探索航天制造模式的转型基础上，针对机加车间制造能力不足等状况，在生产要素方面对航天制造车间进行数字化建设，落实航天制造模式转型发展，具体的研究方案如图所示。 主要研究内容 本论文的主要研究内容有以下几个方面： 1. 航天制造模式转型 此部分内容包括： (1) 制造模式的内涵：制造模式分类、典型制造模式要素、典型应用等。 (2) 我国航天制造模式现状：航天制造特点、发展沿革以及各阶段制造模式的特点等。 (3) 航天制造模式转型的驱动因素：任务规律、影响因素等。 2. 基于TRIZ理论的航天制造模式转型方向研究 此部分内容包括： (1) TRIZ理论概述：TRIZ理论体系的内容、TRIZ理论的发展及其应用。 (2) 基于TRIZ理论的航天制造模式转型研究：TRIZ理论与航天制造模式的联系、应用TRIZ理论验证和寻找航天制造模式转型的方向。 (3) 航天制造目标模式分析：目标模式的概念及发展历史、核心内容、特征分析、生产制造哲理等。 3. 数字化车间设计 此部分内容包括： (1) 航天企业机加车间的特性分析：产品种类、生产设备及布局、组织运行等。 (2) 解决措施：解决问题的核心、手段以及具体措施等。 4. 数字化车间建模仿真 此部分内容包括：运用生产系统仿真技术对数字化车间建模仿真、运行分析，寻求优化验证方案。 主要创新点 1. 以往对于制造模式的研究主要是在实践层面，本文从理论层面出发，理论结合12
北华航天工业学院硕士学位论文 实践，应用TRIZ理论分析研究制造模式，有效解决航天企业制造模式转型的需求。 2. 本文应用生产系统仿真软件对航天企业的机械加工车间进行仿真优化，可以有效解决该车间的产量和效率等问题，对于其他多品种小批量的企业具有可参考性应用的价值。 技术路线 本研究的技术路线图如图所示。随着航天器产品生产任务逐年大幅增加，航天制造业的规模及生产力也随之不断发展，由此引发了航天制造模式转型的需求。通过引入TRIZ理论，分析航天生产模式的演变规律，探索航天制造模式的转型方向，寻求目标模式。以航天企业的机加车间为对象，应用数字化车间技术，以快速应变、知识重用、质量保证、生产受控为立足点，设计落实航天制造模式转型的方案。通过生产系统仿真软件对数字化车间建模仿真，运行模型，分析结果以及优化设计方案，最终推广应用。 13
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 航天制造任务量的增长 现有的航天制造模式难以适应时势的发展，进而引发航天制造模式的变革需求 引入TRIZ理论对航天制造模式分析，以寻求航天制造的目标模式 探索航天制造模式转型的方向，寻找目标模式 以机加车间为对象，研究落实航天制造模式转型的方法 以快速应变、知识重用、质量保证、生产受控为立足点，应用数字化的手段，从生产要素方面制定有效的实施方案 进行具有航天特色的数字化机加车间设计 应用生产系统仿真技术 分析生产流程和构建数学模型，分析比较运行结果，优化设计方案 推广应用 图 技术路线图 14
北华航天工业学院硕士学位论文 第2章 基于TRIZ理论的航天制造模式转型研究 在航天制造企业中，随着任务量的持续增长，生产任务形式的转变，现有制造模式在此形势下暴露出其与发展现状不相适应的缺点，如车间生产能力难以应对生产任务量的增长、生产过程变动多、质量管控环节繁多等。在此情况下，亟需从制造模式角度探索一条适应航天转型发展、提升航天制造能力的途径，以确立航天制造模式转变的目标模式。但是当前对制造模式的研究和实践都是从应用实践出发，还缺乏相关的理论指导，难以科学的推断制造模式的发展方向。而TRIZ理论是为人类研究进行发明创造、解决技术难题过程中所必须遵循的科学法则和原理。因此本文根据航天企业的制造特点，引入TRIZ理论，探索航天制造模式的转型方向，寻求适合航天发展的目标模式，为制造模式转型研究提供重要的理论支撑，有助于促进航天典型产品的生产流程再造和管理创新，提升航天基础制造能力。 航天制造模式的变革 制造模式主要是指企业管理、经营、体制、技术系统和生产组织的形态以及运作方式，它可以指导企业战略，致力于解决各种先进制造技术与管理之间的协调关系，1965年1973年1990年1993年是一个国家国民经济发展的主要动力之一[24]。纵观制造模式的发展，主要1的演变8历程30年1850年1920年1950年1970年1980年1992年2000年如图所示： 式模式IT方式式成制造柔性生产概念单件生产模式丰田生产方制造业美国模式大规模生产模式J精益生产捷制造概念欧洲计算机集大规模定制模式敏单元制造生产模虚拟制造模式 图 主要制造模式的演变过程 制造模式可根据产品数量的多少粗略分为：单件研制生产模式，批量生产模式，大规模生产模式。单件研制生产模式是根据用户的需求，对产品的设计、制造、装配以及应用全过程进行全新的和有针对性的研究和制造，可满足用户的各项要求。与单件研制生产相比，批量生产的专业化程度更高，每一种产品是生产一批而不是只生产一件，而且生产过程具有较强的稳定性和重复性。大规模生产模式指大批大量无差别产品的生产。 15
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 航天制造模式转型的背景原因 航天是高科技的典型代表之一，是现今世界国家与国家之间竞争的主要前沿阵地。为了适应改革开放的持续深入，更好的服务于国家的国防需要、经济建设和社会发展，我国航天企业需要从型号项目研制向产品产业化转型，进而促使航天型号产品任务形式由过去的“多研制，少生产”向“研制和生产并重”发展，并在近几年呈现出了持续高密度发射的新形势，在“多研制，少生产”任务形势下建立起来的传统的生产管理模式、工艺布局模式、资源配置模式和质量管控模式与现阶段持续高密度发射的型号需求不相适应。制造模式的实质是组织和配置组成生产系统的各类生产资源，并规定各生产资源之间的运行方式和协调关系，从而构成对生产系统运行的支撑和约束，是企业软实力的全面体现[25]。因此，在生产任务形势出现重大改变的情况下，亟需转变原有的制造模式，探索出一条适应高密度发射，且满足新时期生产任务需求的航天制造模式创新与实践之路。 我国航天制造模式的发展现状 卫星、飞船的生产是一种较为极端的生产模式，生产特点与其他企业都不相同，生产体系也不同于任何其他的体系。根据航天制造多年的发展经验，对航天企业制造模式的总体状况归纳如下：航天产品生产任务传统上具有品种多、数量少的特点，以及高质量、高可靠、小子样研制及“一次成功”的特殊要求，因此航天制造企业长期以研制模式为主，生产现场多采用工艺专业化布局，同类设备高度集中，工序之间采用组批生产和搬运的方式。 随着任务量的增加，在不大幅增加制造资源的前提下，为稳步提升航天产品高性能、高质量与高可靠的制造能力，航天制造模式转向了单元化生产模式。单元生产模式应用成组理念，将具有相同生产过程的制造任务和制造资源集中在一定的生产面积上，按工艺流程的顺序和要求布置生产设备，形成制造单元，通过零件或人员的流转实现具有该工艺流程的一类零件族的系列生产过程。 航天制造模式转型的驱动因素 企业的制造模式必须服从于生产的目的、服务于生产运行过程，因此分析引发企业制造模式转变的主要因素需要从决定企业生产特点的关键因素入手，包括产品的品种多少、每种产品的产量大小、交货期（生产进度）、产品质量和生产成本。 16
北华航天工业学院硕士学位论文 产品品种是区分不同企业、不同行业的依据，但不是决定企业制造模式的直接因素，不同行业可以采用相同的制造模式；产品品种的多少对企业采取何种制造模式有直接的影响，因此是影响企业制造模式的主要因素之一。 交货期、产品质量和生产成本是影响企业行为的三项基本因素。交货期解决的是是否有足够时间为客户提供所需产品的问题，产品质量决定了顾客对产品的接受和满足程度，生产成本是企业是否值得进行生产的重要考虑因素。缩短产品交货期、提高产品质量、降低生产成本是各企业的共同追求，也是不同制造模式的共性特点，因此交货期、质量和成本不能作为决定制造模式的主要依据。 产量需求直接关系到所需的生产规模、设备配备、人员数量、工装/工具的专业化程度、生产的组织形式等，因此产量与产品品种的数量共同构成了决定企业制造模式的驱动因素。根据产品（包括零部件和中间产品）数量由少到多，可以将制造模式粗略分为：单件研制生产模式、批量生产模式、大规模生产模式。批量生产模式结合不同的生产理念，根据具体的生产情况，可进一步分为：集成制造模式、精益生产模式、敏捷制造模式、单元制造模式、柔性制造模式、大规模定制模式。 探索航天制造模式转型目标模式 对于航天制造模式转型的研究，引入TRIZ理论，应用该理论的技术进化论对航天制造模式进行整体分析，通过物质——场分析方法剖析模式转型的具体问题，探索每个问题的解决方法，对现有制造模式进行扩充，然后对所得模式整合简化，寻求合适的目标模式。 TRIZ技术进化理论 技术进化论是TRIZ理论的核心。TRIZ理论的技术系统八大进化法则如下[26]： 1. 技术系统的S曲线进化法则； 2. 提高理想度法则； 3. 子系统的不均衡进化法则； 4. 动态性和可控性进化法则； 5. 增加集成度再进行简化法则； 6. 子系统协调性进化法则； 7. 向微观级和增加场应用的进化法则； 17
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 8. 减少人工介入的进化法则。 技术系统八大进化法则不但可以在产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、选择企业战略制定的时机以及专利布局等方面得以广泛应用，还可以解决难题、预测技术系统、产生并增强创造性问题。 TRIZ理论物质——场分析法 物质——场分析法（S-F分析法）是TRIZ理论的基础，其内容为，所有的功能都可分解为两种物质和一种场（一种功能由两种物质和一种场的三元件构成）[27]，其模型为图所示。 SF1及S2——物质 F——场 S2 S1 图 物质——场分析模型 当技术系统问题的结构属性比较明显时，适合采用TRIZ的物质——场分析法来分析问题并解决问题[28]。在建立系统内部结构化的问题模型后，物质——场分析法既可以准确地描述系统的问题，也可通过符号语言将技术系统（子系统）的功能清晰地表达出来，而且还可以正确地描述系统的构成要素和构成要素之间的关系[29][30]。应用物质一场模型解决问题的基本步骤如图所示[31]。 选择关注问题问题建立依据需要范围——的简物质标准改进确定系统洁规——解决的系的特征要范描场模问题 统 素 述 型 图 运用物质——场模型解决问题的流程图 航天制造模式转型探索 从TRIZ技术进化论角度分析航天制造模式的转型，航天制造模式的演变具有客观的进化规律和模式，从单件研制生产模式，到单元化生产模式，再到所需寻求的目标模式，都遵循着产生、成长、 成熟和衰退的生命周期，如图所示。 18
北华航天工业学院硕士学位论文 目标模式？ 单元化生产模式 单件研制生产模式 图 航天制造模式的发展历程 制造模式转型的主要驱动因素有产品的品种多少、每种产品的产量大小，因此，当航天任务量增长以及任务形式转变时，必然会引起制造模式的转变。TRIZ进化理论认为，技术系统是向着增加集成度在进行简化模式发展的，结合航天产品的生产特点：设计更改频繁、产品状态多样、质量要求高、生产周期长、任务计划多变、专用工装工具多、物料保障难度大、齐套性要求高等，航天现有制造模式使得航天产品在生产中出现了响应速度慢、竞争力低、生产效率差、盈利能力弱等问题。从TRIZ理论的技术进化论出发，针对航天产品的生产特点，需要对现有制造模式扩充，使变得更加复杂化。在此，应用TRIZ理论的物质——场分析法对具体所需解决的每一个问题分析，寻求合适的解决方案，扩充现有制造模式，引入其他的制造模式以解决现有矛盾，然后对所得制造模式裁剪或简化，即将其分析整合，确立最终的目标模式。此目标模式必须要适应航天制造的固有特性：一是航天的产品特性；二是航天的质量要求；三是航天的任务特点。 制造模式的扩充 在航天制造模式转型的研究中，所出现的问题是：由于航天任务量的增长和任务形式的转变，导致现有的制造模式不适应发展，进而引发了航天制造模式转型，需要寻找一个新的适合航天发展的目标制造模式。应用物质——场模型分析这一问题，首先对上述问题进行界定。航天企业任务形式由“多研制，少生产”向“研制和生产并重”转变，但因为现有制造模式下的生产系统不足以应对生产过程的变化、质量的管理控制以及任务量的波动。在这个系统中主要的特征要素有：生产系统、制造模式转型、任务形式转变、生产任务量、生产过程变动、质量管控以及任务量波动。 19
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 根据上述分析，对系统问题进行如下描述：现有制造模式下的生产系统无法保证生产的任务量的需求、生产过程的变动、严格的质量管理控制环节、任务量的波动。针对这些问题，建立物质——场模型见图(a)。其中，S1为生产任务量、生产过程变动、质量管控以及任务量波动；S2为生产系统；F=F1为现有的制造模式；F2，F3……分别为所增加的制造模式。 F…… F1 F2 F3 S2 S1 S2 S1 (a)改善前 (b)改善后 图 问题的模型分析 这是一个非有效完整系统，即系统中的3个元素都存在，但追求的效应还不能完全实现。依据物质——场模型的语言，系统失效的原因是场的复杂程度不够。参照标准解，可以有以下解法：增加场的复杂性，转化成复杂的物质——场模型，向多物质——场跃迁，即现有系统的有用作用F1不足，需要进行改进，但是又不允许引入新的原件或物质，这时，可以加入多个场F2，F3，…...来增强F1的作用。结合实际问题，并针对问题的不同方面，可用的解决方法为： 1. 针对生产任务量问题，需要寻找一个办法使其满足生产任务量的增长。由于规模生产模式是以批量生产为主，在高效率低成本组织生产方面拥有充分的优势，以及大规模生产的特点：流水线生产，这是大规模生产的重要准则，包括物料和工件的自动移动，生产线移动或者人员移动，流水线中有明确、严格的生产节拍要求；以工作效率为中心，以确保每天工人和机器的生产率；产品标准化，因为产品标准化可使零件有全部的或部分的、连贯的互换性，而且非常有利于相互连接，在制造过程中采用相同的计量系统等，使得规模化生产可以满足航天制造对于产品生产量的要求。 2. 针对生产过程的变动和任务量的波动问题，由于产品设计变动频繁和生产任务量的不确定性，则需要生产过程能实时的响应这种变动。柔性生产能够使企业在生产中采取灵活多样的生产要素组合方式，可以充分发挥企业现有生产设备和条件以及企业内外资源互补的优势，有效降低在生产中所需要的信息搜寻成本、研制成本、机会成本等生产成本，以最少的资金占用和消耗，达到最大的生产效益。而且柔性生产能20
北华航天工业学院硕士学位论文 快速的响应市场需求的变动，其立足点就是为了适应多变的消费市场。在顾客驱动下，柔性生产能综合运用制造技术、管理科学、计算机科学等学科成就解决多品种小批量制造过程中的自动化难题，从而适应顾客的个性化需求，使顾客满意[32]。正是由于柔性生产的这些特点和优势，恰能解决产品生产过程变动的问题，因此可以在制造模式中引入柔性生产以解决此生产问题。 3. 针对质量管控环节繁多的问题，主要是因为航天产品对质量的要求极其严格，导致生产过程中几乎每一道工序都需要检验是否合格。但是在实际生产中，产品若是过去有过投产或是产品的部分工艺重复，则当产品重新投产时，可以省去部分相同的流程，以提高生产效率。对此问题，可以通过部分流程固化生产的模式，即类似规模定制生产的中规模化生产部分，将需要重复生产产品的工艺、程序等相关文件留存车间，等待下次任务时直接调用，进而省去前期一些重复的流程，提高生产效率。改善后的系统如图(b)所示。 解决方案的分析整合 基于TRIZ理论的技术系统进化论，并通过以上对制造模式扩充的分析，即在原有的单件研制生产模式的基础上，所需要引入生产模式有规模化生产模式、柔性生产模式、部分流程固化生产模式，结合实际，由于一个制造系统难以同时应用多种模式，因而需要将这多种制造模式整合为一个适合航天制造的生产模式。对于大规模生产模式，由于其产品可选范围小、生产批量大、生产效率高、产品更新换代慢，因此，在目标模式的建立中只吸收规模化生产中适合航天模式转型的优点部分，即应用大规模生产中规模化生产这一特点。对于柔性生产模式，吸收其适应性好，应变能力强这一柔性特点。而对于部分固化生产模式，由于其生产类似于定制生产，并能满足航天产品的多品种特点，因而将其定制生产这一特点融入到目标模式中。 综合以上对于规模化生产模式、柔性生产模式、部分流程固化生产模式在目标模式中的应用分析，结合航天产品多品种小批量的特点，在原有制造模式的基础上，将其整合为一个合适的目标模式，此模式中包含规模化生产、柔性生产以及定制生产的特点，因此根据这些特点，将其命名为：柔性规模定制生产模式，其方法图如图所示。 21
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 图 航天制造模式探索方法图 目标模式的分析 基于TRIZ理论提出的航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式，该生产模式是主要包含柔性和规模定制两大特点。适合航天制造企业的柔性规模定制生产模式是一种以小批量生产，适应产品制造过程变动的，以快速应变、知识重用、质量保证、生产受控为立足点的新型生产模式。在柔性方面，航天企业中原有的单元制造模式能很好的体现柔性生产。在规模定制方面，根据产品的生产的成熟程度及其工艺流程的复杂度，将产品进行分类。对于成熟度较高的产品，如定型产品，因其技术状态完全确定，因此在其生产过程中，技术准备（包括工艺文件的编制、校对、审核等流程，材料消耗单的编制、校对、审核等流程）、物料准备、工时准备以及计划准备等准备工作都可以在生产执行之前完成，可以为型号产品节省生产时间，因此可以在保证生产过程质量的严格控制基础上，将环节简化，省去工时、工艺、材料等环节，进而节省工作量和时间的消耗，实现精简流程，因而在该类型产品的生产中采用批量定制生产。对于成熟程度较低的产品，如初次研制的产品，其生产过程中的每一过环节都需要验证、把关，以确保研制产品达到“一次成功”的目的，因此其生产流程最为复杂，故可采用完全定制的生产模式。对于成熟程度不高的产品，则根据其生产的复杂性和成熟程度，需要根据产品的具体特点进行响应的分析和处理，因此采用规模定制的模式。以上分析的图解如图所示。 22
北华航天工业学院硕士学位论文 加工过程复杂程度 高高 低 产简化流程 复杂流程 品成熟程度简化流程 复杂流程 简化流程 复杂流程 低 图 柔性规模定制生产模式分析图 柔性规模定制生产模式主要有以下两个特点： 1. 具有柔性生产特性 柔性生产主要通过以计算机数控机床为主且具有高度柔性的制造设备来实现小批量多品种生产，这种生产方式能对市场需求变化作出快速的反应，增强企业的灵活性和应变能力，同时消除多余的消耗，致力于企业效益的最大化[33]。 2. 具有小规模定制生产特性 根据航天产品的特性，根据产品的成熟程度及其相应的生产流程的复杂程度，将产品分类，参照规模定制生产模式，成熟程度高的产品可以进行规模化生产，对于成熟度不高的产品，将其形成规模定制的生产模式，而研制产品则按着相应的工艺需求，形成定制成产。 本章小结 通过引入TRIZ理论，运用合理的理论推导分析和探索航天制造模式的转型，最终得到航天制造模式转型的目标模式：柔性规模定制生产模式。该制造模式综合了几个制造模式的特点，能够适应和应对航天制造的三个固有特性，即产品特性、质量要求、和任务特点，促进航天制造企业从型号项目研制型向产品产业化型的转型升级，满足航天科技工业新体系建设的内在需要。因此，柔性规模定制生产模式对于后续的数字化车间建设具有指导性的作用，即所建立的数字化车间模型需适应航天产品在产量、质量及柔性等方面的特性要求。在航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式基础上建立的数字化车间的目标是提高产量、增强生产柔性、提升质量。 23
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 第3章 基于航天制造模式转型的数字化车间设计 航天企业数字化车间建设的需求分析 制造模式转型方面分析 前文通过引用TRIZ理论分析得到航天制造模式转型的目标模式是柔性规模定制生产模式，但是航天企业长期处于多研制小生产的制造模式，难以适应企业的长期发展。为了满足航天产业化转型发展，通过对航天制造的固有特性进行深入的研究，为了适应航天的产品特性、质量要求和任务特点，提出了航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式。为了落实此模式在航天企业中的应用，需要通过对航天制造企业的机加车间进行数字化车间建设。在新的模式下对航天制造企业提出了新的要求，如航天企业机加车间需满足柔性规模定制生产模式的柔性以及规模定制等要求。在目标模式中，以产品的生产成熟程度为基础对产品进行分类，针对不同的产品在对其工艺及生产流程分析。 在航天企业数字化车间建设中，结合航天产品的特殊性，根据目标模式中对产品分类的方法，可以简化生产流程，节省生产时间，有效提升航天的制造能力、响应能力以及盈利能力等。 因此，在航天制造模式转型的基础上建立数字化车间是航天企业发展的必然方向，并且所建立的数字化车间需符合航天企业的柔性规模定制生产模式。 航天企业数字化车间的不同点 根据航天产品特点，航天企业数字化车间具有鲜明特色，与其他行业数字化车间相比，主要不同之处包括： 1. 表现形式不同：通常的数字化车间以较大批量产品的生产过程为对象，以严格的生产节拍为驱动，以流水线输送带等自动化物流传送为主要形式。航天企业的机加车间以多品种、极小批量产品的生产过程为对象，以产品各自的工艺流程为驱动，以离散的设备和工位间的信息集成、数据融合、知识决策等为主要形式进行数字化车间建设。 2. 建设重点不同：通常数字化车间以物料的自动化输送和周转设备为主线，围绕24
北华航天工业学院硕士学位论文 输送线进行上下料和数据采集装置配备；航天企业数字化车间需要以信息流为主线，在离散的加工设备之间以信息系统为纽带，实现生产过程信息感知（数据的采集、检测、监控）、决策（知识积累与重用、资源关联与集成、工艺参数优化、智能排产与调度）、执行（设备作业、物料周转、精度增强与补偿）的综合集成应用，从生产要素方面对航天企业数字化车间建设，包括产品分类、工艺结构以及生产流程，可以将机加车间中的整体生产水平提高，并有效地提升效率和质量。 因此航天企业机械加工数字化车间的建设能够形成数字化车间新的典型示范，拓展智能制造成套装备发展和应用的新领域，为在航天领域以及其它高端定制领域建设数字化车间提供经验借鉴和推广实例，形成工业化和信息化深度融合的新应用，显著提升空间飞行器生产制造中的智能化水平，为顺利完成载人航天、深空探测、导航二代等国家重大工程提供更为坚实有力的支撑。 航天企业数字化车间组成要素分析 航天企业机械加工生产流程分析 航天企业的机械加工生产流程可以划分为如下阶段： 1. 生产准备阶段：包括准备工艺方案、编制数控程序、确定生产用料和工装工具，并根据需要设计专用工装、制定测量方案、进行工艺试验等；物资部门进行物料准备。 2. 生产计划与调度：这是针对具体型号任务开始生产前需要进行的工作，包括：参照工艺内容编制工时信息；根据工艺文件和工时数据，结合制造资源的占用情况编制生产计划；根据生产计划来分派生产任务。 3. 生产执行阶段：车间操作者依据工艺、数控程序、加工对象、工装夹具等条件，在加工设备上执行加工任务，及时反馈任务进展情况，按要求记录加工结果数据。 4. 检验交付阶段：检验人员将加工结果与加工要求进行比对和判断，根据评判结果作出加工合格入库或交付，或者返工、返修、报废等处理。 5. 生产过程管理：车间各类任务循环运转情况下，针对不能按照既定生产计划执行的情况，例如设计更改、物料短缺、齐套困难、加工异常等，需要进行的工作，主要是由调度人员或车间管理者进行调整生产计划、重新调度资源等处置。 航天企业机械加工生产流程图如图所示。 25
多件研制产品的生产循环M1、调度人员下发图纸、技术准备计划技术准备A1，工艺人员编制工艺文件B1，工艺人员编制材料A2，文档管理部室完成工艺文消耗单件的打印B2，调度人员基于料单A3，根据工艺内容，工时定额添加作业计划工时准备人员编制工时计划B3，物资计划审核材料备料准备消耗单A4，根据工艺内容，调度人员下发生产计划B4，物资计划进行对料操作。如材料消耗单有问题，办代料M2、物资将料及配送单送达车间M4、物资库房人员核对领料手物料发放续，进行发料M5、生产准备人员接收并核对图纸、工艺等相关文件M6、记录图纸工艺，并对其分类，领取代加工件生产准备M7、将任务派发给个班组M5、车间根据图纸、工艺，进行工序生产M6、检验员根据图纸、工艺，产品实物进行工序检验生产基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 M7,检验员根据检验结果会同工艺、设计人员等处理质量问题M8、合格产品入半成品库或交付，提交交付文档材料 图 航天企业机械加工生产流程图 26
北华航天工业学院硕士学位论文 航天企业数字化车间系统组成分析 航天企业数字化车间的系统组成有以下几方面，如图所示。 图 航天数字化车间组成系统要素图 1. 产品全生命周期管理平台 数字化车间的感知、决策、执行过程需要以信息系统为纽带，航天产品的研制特点及其对全过程技术状态管理的需求，决定了需要建立适合航天产品研制生产特点的全生命周期管理系统(PLM)，以满足产品研制生产信息的一致、准确共享和快速传递，作为数字化车间与企业层联系的枢纽以及和其他研制阶段沟通的通道。 面向航天产品研制生产的全生命周期管理系统主要功能包括产品配置管理、变更管理、基线管理、转阶段管理、用户协同及任务管理等。 2. 生产准备系统 在生产准备阶段，用于提升数控编程效率、优化切削工艺路径和参数、快速进行工装夹具设计，并通过三维结构化工艺支持生产管理和现场执行对工艺内容的快速理解和高效利用。包括：快速数控编程、组合夹具设计、程序路径仿真、工艺参数仿真、加工参数优化、工艺知识库、三维结构化工艺模块。 3. 生产管理系统 以车间执行系统(MES)为核心，在生产计划与调度阶段，根据三维结构化工艺内容，结合车间资源的使用状态实现对生产计划的快速编制和优化；在生产运转过程中，27
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 基于进度、质量和资源的动态反馈信息进行智能的调度；对于生产现场反馈的过程记录，在结构化工艺支持下执行自动比对和判读，全面增强生产管理的智能化水平、促进生产效率的提高。包括MES和制造资源管理两部分。 (1) 车间执行系统（MES） 车间执行系统是数字化车间运行管理的直接执行系统。包括生产作业管理、能力计划管理、物料资源管理、设备资源管理、质量信息管理等功能。 (2) 制造资源管理 重点对机械加工的重要用具——刀具进行全生命周期管理，包括申请、采购、改造、分配、使用、维护与维修、以及回收与报废等环节，消除手工管理模式下信息不畅、数据重复、多账本同时使用的情况，并同时兼顾量具与小型工具的管理。 4. 生产执行系统 根据生产决策的各项要求，包括工艺、数控程序、计划调度、质量问题处理等信息，通过增强设备之间的网络连接和管理、添置改善设备效率和改善质量的设施、以及减少切削液等废弃物排放等措施，实现生产执行的快捷、优质和清洁。包括IDNC(Integrated D istributed Numerical Control，即集成化分布式数控)建设、优铣控制装置、微量润滑装置、以及车间增效改造等。 5. 现场感知系统 受产品类型多、数量少、多余物控制严格等因素影响，空间飞行器结构件的物料信息难以被及时采集，严重制约了生产管理的效率；同时产品检测主要采用产品离线手工测量方式，这导致很多大型产品、高精度产品的加工效率难以提升，同时由于受到装夹的影响，也不容易保证测量结果。为此，通过实施物料和刀具的合理标识和采集，准确及时地了解物料的方位；通过全面部署集成实时监控系统，随时掌握设备的即时工作状态；通过采用多样的在线检测手段，大幅度提高对产品质量的保证能力和控制效率；通过建立负荷航天型号要求的产品数据包管理系统，显著提高产品的交付效率和质量管理水平，实现数字化车间基础动态数据的敏锐感知和汇总。系统内容主要包括：物料和刀具的标识与信息采集、机床的实时监控、典型产品的在位检测、三维检测的应用、非接触式在线检测、科研生产综合管控平台、型号产品数据包管理系统等。 28
北华航天工业学院硕士学位论文 6. 物流支撑系统 自动物流系统是数字化车间的支柱。针对生产现场缺乏物流的系统规划，物料摊放既占用生产面积、又容易造成产品损伤等问题，引进物流仿真分析手段优化车间物流布局，应用具有AGV功能的智能平台车方便物料运送，添加自动化立体库、堆垛机货架等设施充分利用场地空间，在适当的工位实施自动上下料装置，减少人员占用、提高物流效率。从而全面提升车间自动化和信息化水平，为数字化车间的智能化运行奠定良好的基础。内容包括：物流仿真与优化软件、智能平台车、自动化立体库、堆垛机货架系统、自动上下料装置。 基于以上分析，根据航天企业的机械加工生产流程以及对数字化车间系统构成分析，航天企业数字化车间通过在生产流程各阶段采用数字化手段，达到释放生产潜力、提高生产效率的目标。系统构成如图所示： 29
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 图 航天企业数字化车间系统图 航天企业数字化车间设计方案 基于航天制造模式转型的数字化车间建设的设计思路如图所示。 针对以上对柔性规模定制生产模式在航天产品中的应用分析，以数字化车间建设实现该生产模式。分别形成定型产品的刚性生产流程、研制产品的柔性单元制造生产流程和组批产品的柔性生产流程，全面提升型号科研生产能力，满足任务增长及后续需求。面向空间飞行器产品研制特色，实现产品研制全过程数据包信息的采集和判读，加强自动化、数字化建设，提升产品质量一致性，全面提高产品综合保证能力。 30
相应的生产流程最简生产流程稳定供应定型产品的刚高低（商品流程）（商品）性生产流程产品组批生产，成本低，响应快……产品产品组成的系列化运成行部分简化流程重复生产组批产品的柔熟流（产品流程）（产品）性生产流程程程度层次…化…北华航天工业学院硕士学位论文 产品单件生产，成本高，响应慢研制产品的柔初次研制最复杂流程性制造单元生高低（样品）（样品流程）产流程 图 数字化生产系统建设总体思路 工艺表达的格式化 针对不同成熟度的产品，将其工艺内容分解为“基础量”和“变化量”，“基础量”是在同一产品类型内，工艺内容（包括用料信息）不变的部分。对于成熟度高的产品，其基础量在全部工艺内容中应该占大部分比重；“变化量”是生产同一产品类型时，工艺中有可能变化的部分。在不改变具体的工艺流程、工艺内容、工艺方法和工艺参数的前提下，重新定义工艺的表达格式，将“基础量”和“变化量”分别按照确定的、固化的格式要求进行填写，建立支持稳定重复生产和具体任务变动的分离定义和结合应用的工艺表达格式，不但构成工艺知识不断积累和快速重用的基础，而且是分层次生产流程的信息源头。 产品分类 首先对产品进行系列化分析。航天企业产品大类包括：大型舱体、小型舱体、壁板类零件、整星组合加工、舱段组合加工、框类零件等，以产品大类为基础，对各类产品进行面向生产现场精细化组织的产品系列划分，细分的程度是细分后生产使用的设备、设施、人员以及作业时间相同，形成生产的源头。 根据柔性规模定制生产模式的定义和特征，在航天企业中，按照生产系统所要完成的产品的成熟程度，由低到高，将产品分为初次研制（称为“样品”）、重复生产（称为“产品”）、稳定供应（称为“商品”）。三类产品状态都可以用“基础量（或不变量）”31
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 ＋“变化量”来定义。“样品”是新研制产品，状态中的基础量较少，以变化量为主，生产过程中需要的条件需临时准备，导致生产成本高、响应速度慢；“商品”的状态最为稳定，以基础量为主，对生产的要求是快速、低成本的完成生产；“产品”的状态介于“商品”和“样品”之间，根据其基础量和变化量的不同比例，可以进一步细分成一系列的产品，对于每一系列的产品，形成比较稳定的基础量和变化量构成。 生产流程建设 研制产品单元制造生产流程 针对成熟度低的“样品”，对其形成研制产品的单元制造生产流程。对于每一个具体的投产任务，需要进行专门的技术准备（工艺的编、校、审、批）、物料准备（材料消耗单的编、校、审、签，物料的对料、代料处理）、操作准备（工装的设计、原材料的运送、设备的调试等），采用研制流程，来保证“一次成功”。 在研制产品的单元制造生产流程中对于所有产品的生产过程都有其独自的生产流程，对于每一个生产流程都需要对其进行严格的监测和检查以确保研制产品的成功率。其生产流程图依照原有的研制流程生产，如图 航天企业机械加工生产流程图所示。 研制流程的优势有： 1. 应变能力强：能够应对所有的生产任务变化情况，应对的方法是以满足最复杂变化的流程作为应对所有情况的流程，从而保证了对所有情况的适应性，即以不变应万变，以最复杂的生产流程应对所有情况。 2. 纠错能力强：由于无法预见未来生产任务的变化范围和变化程度，因此对于研制过程中可能发生的各种错误，采用流程的下一环节对上一环节结果进行复查、确认的方式，来发现和处理生产过程中出现的各类问题。 研制流程的劣势有： 1. 流程环节多，流转时间长，工作效率较低。 2. 当任务量增长到一定程度时，各环节都只能忙于各自业务内容，由于人的精力、时间有限，无法保证不会出现错误，因此会出现错误层层把关，层层闯关的现象。 3. 由于流程环节多，有些问题难以界定，下游环节受限于上游环节，容易对上游产生依赖心理，因此对上游出现的问题难以真正把关，会出现工作疏漏等问题。 32
同研制流程批产模式下多件产品标识，填写相关记录M5、车间根据图纸、工艺，进行工序生产进行首件检验，执行批产标识，填写相关记录M6、检验员根据图纸、工艺，产品实物进行工序检验生产检查批产标识，实施100%检验M7,检验员根据检验结果会同工艺、设计人员等处理质量问题M8、合格产品入半成品库或交付，提交交付文档材料北华航天工业学院硕士学位论文 组批产品柔性生产流程 对于介于“样品”和“商品”之间的“产品”，对其形成组批产品的柔性生产流程。在组批产品的柔性生产流程中，对于产品生产流程中相同的部分采用流程固化，不同流程部分采用柔性生产制造方式。对于技术状态相同的产品可以一次组织多件生产，形成产品组批生产，其生产流程图如图所示，其与研制生产流程不同的地方包括： 生产调度需要预先注明批次号；再设计和工艺文件上给出实施标识的工序、部位、方法和移植要求；物资处需保证用于批生产的原材料应为同一批次，如批次不同还需标明；生产过程中进行批生产标识。 批生产产品转批次使用时需要经过主任工艺师审批、检验人员复检合格后，转开合格证；批生产产品转型号使用时，由工艺人员编制复验工艺，检验人员复验合格后转开合格证。 批产产品的使用1、转批次使用：主任工艺师审2、转型号使用：编制复验工批，附件并转开合格证艺，检验员复验并转开合格证图 组批产品柔性生产流程图 33
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 组批产品的柔性生产流程的优势有： 1. 对于多件产品，流程中的工艺环节、料单流程、车间领料、物资备料、库房发料流程都只需走1次，极大地节省了技术准备和物料准备时间。 2. 该生产流程是目前应对任务量增长、生产能力紧张的主要方法，尤其是对于通用性较强的零部件，1次生产多件然后由需要的型号借用方式对于减少流程环节、提高生产效率发挥了明显的作用。 组批产品的柔性生产流程存在的问题有： 1. 组批生产的数量、时机不易准确把握。 2. 存在大量生产后，产品堆积、长期不能应用的风险。 3. 材料、产品资金占用时间长。 4. 需要解决产品存放、防护、复验等问题。 定型产品刚性生产流程 针对成熟度较高的“商品”，对其形成定型产品的刚性生产流程。成熟度高的“商品”，意味着其设计要求、工艺内容基本成熟，所用物料也能够预先确定，因此技术准备、物料准备都可以提前准备好，不用等待具体任务到达后才开始准备，从而节省了生产时间。 该生产流程是针对每一种“商品”，固化其生产流程，即将技术准备、物料准备、物料发放以及生产准备各个阶段进行固化，待下一“商品”下发任务时，无需经过前期的准备，依照上一产品的投产流程，可直接进入生产，这样可以将流程简化，进而节省了时间。其生产流程图如图所示。 定型产品刚性生产流程的优势是：定型产品的生产，相应的工艺等技术文件有现成的材料，可省掉图 航天企业机械加工生产流程图，即研制产品流程中的A1、A2、B1-B4环节，即编制工艺文件及材料消耗单、对工艺文件的打印以及物资处对材料的操作等流程，从而提高了生产效率。 但是定型产品的刚性生产流程也存在一定的问题： 1. 应用面窄：定型产品生产方式只在设计中选用定型产品时才采用，因此使得定型产品提高生产效率的作用发挥得很有限；不过当前随着定型产品的增多，该应用面也在不断的扩大。 34
M1、调度制定定型产品投产计划，并组织实施技术准备工艺A1、对批量生产的定北华航天工业学院硕士学位论文 准备型产品直接和对现场2. 应用程度不足：现有的产品定型，主要针对设计时的选用，因此与生产定性相关的一系列工作开展的不是很深入，例如工艺的细化固化、专用工装器具的配图备、专纸和工艺门检验检测手段设施的配置等，因此定型产品的刚性生产流程的作用未能完全发挥。 同研制流程 图 定型产品刚性生产线生产流程图 根据形状、尺寸等参数进一步划分为产品系列，对其中成熟度较高的向“商品”流程靠拢，成熟度低的向“样品”流程靠拢。由此按照产品的不同成熟程度，采用不同复杂程度的流程，形成由有区分的层次化生产流程构成的生产运行体系。在这一体系运行过程中，随着产品生产次数的增多，产品成熟度、工艺成熟度、生产（制造）成熟度会进一步提高，其中成熟固化的参数、经验和知识以结构化的形式保存在信息系统中，再次生产时直接应用，信息系统成为生产知识不断积累和快速重用的平台。生产知识的积累意味着企业基础能力的不断沉淀，因此，随着产品成熟度由低到高的提升，生产体系将这一过程不断固化积累，一方面支持体系内已有产品生产效率和质量的改善，另一方面支持体系外新产品的吸收和融入，形成循环改进、持续改善的生产运行态势，构成促进生产系统整体制造能力不断提高的自然过程。 本章小结 本章首先从制造模式转型以及航天企业机加车间两方面探讨了数字化车间建设的必要性，然后对数字化车间的设计要素以及产品生产流程进行分析，在航天制造模式转型的基础上，结合航天企业机械加工车间的实际情况，提出了数字化车间的设计的35
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 思路和方案，并对该方案做了详细的分析。首先规范航天产品的工艺表达，然后针对航天产品生产的成熟程度将产品分类，对于成熟程度不同的产品分别采用不同的生产流程。下章内容将依据本章提出的数字化车间建设方案，针对产品系列化和小批量生产两方面，建立数字化车间模型，并对该模型仿真优化。 36
北华航天工业学院硕士学位论文 第4章 基于Witness的数字化车间仿真优化 Witness仿真软件 Witness是一款功能强大的仿真软件，是英国兰纳公司的主要产品。它不但可以用于离散事件系统的仿真，还可以用于连续流体（如水力、化工、液压）系统的仿真。目前国际有三千多家著名的企业运用Witness成功地解决各类方案和项目，如BAE SYSTEMS电气公司的流程改善、Ford公司的发动机生产线优化以及工厂布局优化、BAA公司的机场物流规划、Airbus公司的机场设施布局优化、Exxon化学公司的供应链物流系统规划等。lanner公司已经在包括日本、韩国、南非、美国、英国、澳大利亚、法国、德国、中国、巴西、意大利等25个国家和地区设立代理，负责软件的推广和技术支持等相关工作。Witness在离散事件系统的仿真方面得到广泛的应用，它打破以往仿真软件面向过程的方式，采用面向对象建模的编程方法，因此建模灵活，便于使用。Witness如今可以代表最新一代仿真软件的水平，经常应用在解决如生产计划与调度、识别生产瓶颈、人力需求规划等问题。 在Witness仿真软件中，生产系统的仿真模型一般包括以下五类元素[34]： 1. 离散型元素：可以计量的以及在现实研究的可见的物体，常用于构建服务系统和制造系统等。主要包含：机器(Machine)、缓冲区或仓库(Buffer)、零部件或实体(Part or Entity)、车辆(Vehicle)、轨道(Track)、输送链(Conveyor)、劳动者(Labor)、路径(Path)、模块(Module)。 2. 连续型元素：所要加工或服务的系统是流体，譬如饮料和化工等。主要包含：容器(Tank)、管道(Pipe)、流体(Fluid)、处理器(Processor)。 3. 运输逻辑型元素：用在物料搬运系统的构建中。主要包含：车辆站点(Station)、单件运输小车(Carriers)、运输网络(Network)、路线集(Section)。 4. 逻辑元素：常用在报表的、数据的处理以及复杂逻辑结构的建立中，逻辑元素可以对具有复杂结构的系统进行建模，并提高模型的质量。主要包含：变量(Variable)、属性(Attribute)、分布(Distribution)、零部件文件(Part file)、文件(File)、函数(Function)、班次(Shift)。 37
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 5. 图形元素：可以在仿真窗口形象逼真的展示模型的运行绩效指标。主要包含：直方图(Histogram)、饼状图(Pie chart)、时间序列图(Time series)。 Witness在服务业和制造业确立了自己的地位，它支持具体操作的行业术语，并且由于其强大的统计功能，简单的建模语言和建模方法以及用户界面，使得Witness的应用领域愈来愈宽广。Witness不但具有模拟机器与生产流程的能力，而且还具有模拟人与信息行为的能力，这意味着它可以很好的应用于保健、金融、治安、旅游等行业。Witness执行时的输出报告是通过统计学的X/Y曲线或者饼图或者直方图实现的，是在相同或不同的窗口动态更新的。同时，工作进度分析、吞吐量会被自动地输出到用户定义的或者标准的报表中分析比较。Witness使用图标来代表处理过程的标准元素，通过图标的剪切、粘贴及拖动来完成，因此十分便于使用。在模型运行的过程中，机器和人员的状态改变可以用颜色来标识，使之清晰可见。 基于Witness建立数字化车间模型 制定建模目标 生产系统仿真模型是为了实现系统的研究目标，用来描述和收集系统相关信息的实体。它是将真实世界中的物体或过程相关信息通过形式化所得到的结果。模型是系统的代表，也是系统的简化，并且应该尽可能详细，这样可以方便人们从模型的试验中获取与实际系统相关的有效性结论。 对于航天企业数字化车间建模，本文结合航天某制造厂的机加车间实际生产情况，基于柔性规模定制生产模式，针对数字化车间设计方案中提出的产品系列化以及批量化生产两方面，在Witness平台中建立贴近生产现实数字化车间模型。本模型的研究目标是： 1. 通过产品系列化分析，对产品分类组批投产，在车间保持逐日连续工作的条件下，验证此方案的可行性及优越性。 2. 对系统进行一年的仿真运行，基于航天制造模式的目标模式所提出的要求，提升产品的批量，通过比较分析总生产时间、每组机器的利用率，找出最优方案。 3. 根据数据统计表，寻找生产瓶颈，对仿真数据，如各产品产量的变化、产品等待时间等进行分析比较，提出优化的方案。 38
北华航天工业学院硕士学位论文 仿真性能参数定义 为了验证模型的可靠性以及分析优化方案的可行性和优越性，需要建立统一的系统绩效考核指标对不同的方案进行评估，性能指标参数的定义如下[35]。 1. 产品年产量的增长率 产品在通过优化方案的模拟仿真在设定时间（一年）内所生产的产品数与规定的年产量之差即为产品的年增长量，产品年产量的增长率是产品年增长量与规定年产量之比，这个比率可以判断优化方案对车间年产能增长影响的大小。 2. 车间的生产周期 车间的生产周期是指车间完成所有产品规定年产量所需要的时间。本文默认Witness仿真中的时间单位为小时，记为h，一年的时间是3650h，车间的生产周期是指生产系统模型完成规定生产量所需要的运行时间。 3. 机器的利用率 机器的利用率是指机器设备的实际工作时间与可利用时间之比。在Witness仿真软件中对于某个具体的操作，机器利用率指的是机器在生产过程中运行时间与生产系统总运行时间之比。 车间生产系统的描述 出于对航天企业保密原则，本文将航天企业某生产车间的主要生产产品进行系列化分析后可得到该生产车间的产品分析表，分别用数字以及字母代替，如表所示。通过到车间调研生产数据可知，该生产车间的生产产品类型有6类，并且每一类产品都有其相应的典型零件，分别寻找所在类别的典型零件代替这一类零件的加工工艺和生产批量。表是各类产品中的典型零件通过简化后的综合工艺路线图，从表中可以看出，该车间共有11台设备，除了M3有4台，M5有2台外，其余设备各一台，分别用字母和数字组合代替，每种零件的加工工艺路线各不相同。 表 车间生产产品分析表 产品类型 A B C D E F 典型零件代号P001 P002 P003 P004 P005 P006 年产量 6 18 20 25 14 122 批量 单件 单件 单件 单件 单件 2 39
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 表 零件综合工艺路线 零件 设备P001 P002 P003 P004 P005 P006 M1 ① ① ① M2 ② M3 ③ ① ② ② M4 ① M5 ① 仿真及优化模型的建立 1. 元素的定义 模型中的每个部件均被称为“元素(Element)”，本模型主要有三种离散型元素：零部件元素、机器元素和缓冲区元素。本系统各元素的具体定义如表所示。 表 实体元素定义 元素名称 类型 数量 说明 P001 Part 1 零件1 P002 Part 1 零件2 P003 Part 1 零件3 P004 Part 1 零件4 P005 Part 1 零件5 P006 Part 1 零件6 M1 Machine 1 机器组1 M2 Machine 1 机器组2 M3 Machine 4 机器组3 M4 Machine 1 机器组4 M5 Machine 2 机器组5 缓冲区001 Buffer 1 机器组1的输入缓冲区 缓冲区002 Buffer 1 机器组2的输入缓冲区 缓冲区003 Buffer 1 机器组3的输入缓冲区 缓冲区004 Buffer 1 机器组4的输入缓冲区 缓冲区005 Buffer 1 机器组5的输入缓冲区 40
北华航天工业学院硕士学位论文 2. 各元素细节分析 (1) 缓冲区细节分析 根据车间的实际分析，本系统中的6个缓冲区的最大容量均设置为200。 (2) 机器组细节分析 各机器组获取零件的方式都是从其相应的缓冲区中主动拉入零件，当零件加工完成后将其压入到路线中，周期时间服从k=1的ERLANG（爱尔朗分布）。 ERLANG（爱尔朗分布）函数的样本值服从k阶爱尔朗分布，其返回值都是实数。该函数分布是一个分布曲线随k值的不同而不同的函数族。可通过改变ERLANG分布中的k值来对灵敏度进行分析[36]。 爱尔朗分布的语法结构： ERLANG(MK ,,Prns)各参数意义： M： m均值，实数； K： k值，整数； Prns：伪随机数，整数。 爱尔朗分布适用于完成一项服务所需的时间。 (3) 零件元素细节分析 零件的到达类型都是主动型，最大到达量是其年产量，相应的批量如表可知，被加工完后压入到路线中。 对于零件1，在相应的加工工序中对应的时间是150小时。 对于零件2，在相应的各道加工工序中对应的时间分别是50小时，80小时，150小时。 对于零件3，在相应的各道加工工序中对应的时间是20小时。 对于零件4，在相应的加工工序中对应的时间是30小时。 对于零件5，在相应的各道加工工序中对应的时间分别是40小时，20小时。 对于零件6，在相应的各道加工工序中对应的时间分别是50小时，100小时。 通过以上对元素的定义及其细节分析，在Witness中即可建立该数字化车间生产系统的仿真及优化模型，如图所示。 41
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 图 基于Witness的数字化车间模型 模型的验证 建立仿真模型之后，需要进行模型有效性检验，保证模型在程序设计和流程实现两方面能够准确地表示生产单元的运作过程。 在完成车间产品的年产量需求的情况下，仿真运行的总时间为，与本文所假设的时间，即车间在逐日运行一年的时间3650h几乎相同，因此该模型与实际生产相接近，可以很好的反应实际的生产车间。图是运行中的模型显示图。 图 运行中的模型动态显示 42
北华航天工业学院硕士学位论文 在此情况下运行模型后得到的数据统计如表~表所示。 表 机器组统计数据 名称% 空% 繁% 操% % % 等待劳% % 等% % 等待 闲作填清动者进行周调 忙阻待劳动故劳动者维 塞 数 充 空 期循环 整 者调整 障 修 M1 0 20 0 0 0 0 0 0 0 M2 0 36 0 0 0 0 0 0 0 M3(1) 0 37 0 0 0 0 0 0 0 M3(2) 0 47 0 0 0 0 0 0 0 M3(3) 0 56 0 0 0 0 0 0 0 M3(4) 0 34 0 0 0 0 0 0 0 M4 0 25 0 0 0 0 0 0 0 M5(1) 0 64 0 0 0 0 0 0 0 M5(2) 0 58 0 0 0 0 0 0 0 表 缓冲区统计数据 名称入库总出库总当前库存最大库存最小库存平均库存平均库存 量 量 量 量 量 量 时间 缓冲区20 20 0 1 0 001 缓冲区36 36 0 4 0 002 缓冲区174 174 0 55 0 003 缓冲区25 25 0 1 0 0 0 004 缓冲区122 122 0 36 0 005 表 零部件统计数据 名称输入数发送数报废数组装数拒绝数当前数平均数平均时Sigma 量 量 量 量 量 量 量 间 Rating P001 6 6 0 0 0 0 6 P002 18 18 0 0 0 0 6 P003 20 20 0 0 0 0 6 P004 25 25 0 0 0 0 6 P005 14 14 0 0 0 0 6 P006 122 122 0 0 0 0 6 43
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 图 机器组统计数据图 从机器设备的忙闲率分析，机器组M3的使用率最大，M5次之，符合车间现场对机器设备的使用情况。 通过以上对模型运行的总时间和机器组的忙闲率分析以及车间在确定的年产量之下总的运行时间为预定的一年时间接近，可验证所建立的模型符合航天企业某制造厂的实际要求，因此本模型是有效的。 数字化车间模型的分析与优化 验证方案 本章在建立数字化车间模型中，通过将航天产品进行系列化分析后，将航天产品分为六类，在每一类产品中使用一种典型的零件代表其加工工艺路线及其时间。本方案是为了验证生产车间在经过产品系列化分析后，在生产产能方面与原来的相比是否有所提升。 通过Witness软件仿真优化的方法是：改变Witness模型中每个零件的对最大到达量的设计，原有模型是在Witness中将每个零件的最大到达量设定为该产品的年产量，现将该参数改为无限制，并将仿真时间设定为一年——3650h，然后运行模型，通过对比分析运行前后的产品数量，验证本数字化车间模型的优越性。运行模型后得到的数据报表如表~表所示。 44
北华航天工业学院硕士学位论文 表 验证方案的机器组统计数据 名称% 空% 繁% 操作% % % 等待劳动% 等% % 等待 闲清者进行周期% 调故劳动者 忙阻 塞数填 充 空 循环整待劳动 者调整 障 维修 M1 0 25 0 0 0 0 0 0 0 M2 0 57 0 0 0 0 0 0 0 M3(1) 0 57 0 0 0 0 0 0 0 M3(2) 0 50 0 0 0 0 0 0 0 M3(3) 0 35 0 0 0 0 0 0 0 M3(4) 0 47 0 0 0 0 0 0 0 M4 0 27 0 0 0 0 0 0 0 M5(1) 0 86 0 0 0 0 0 0 0 M5(2) 0 75 0 0 0 0 0 0 0 表 验证方案的缓冲区统计数据 名称入库总出库总当前库存最大库存最小库存平均库存平均库存时 量 量 量 量 量 量 间 缓冲区27 26 1 3 0 001 缓冲区66 58 8 8 0 002 缓冲区294 226 68 69 0 003 缓冲区27 27 0 1 0 0 0 004 缓冲区242 221 21 21 0 005 表 验证方案的零部件统计数据 名称输入数发送数报废数组装数拒绝数当前数平均数平均时Sigma 量 量 量 量 量 量 量 间 Rating P001 7 6 0 0 0 1 6 P002 36 20 0 0 0 16 6 P003 30 23 0 0 0 7 6 P004 27 27 0 0 0 0 6 P005 20 14 0 0 0 7 6 P006 242 165 0 0 0 77 6 对比分析产品系列化生产前后的年生产量，如表所示。在产品系列化分析后投产，产品的年产量都得到了相应的提高，产品B增加了2件，产品C增加了3件，产品D增加了2件，特别是对于产品F，其年产量提升最大，年产量增加了43件，45
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 增长率为%。虽然除了产品F外的其他产品的年产量提升并不大，但是由于产品F的产量最大，它直接影响整个车间的生产周期以及生产能力，所以产品F产量的提升对于整个车间的生产具有重要的意义。 表 产品系列前后年生产量对比 产品 A(P001) B(P002) C(P003) D(P004) E(P005) F(P006) 年产量（前） 6 18 20 25 14 122 年产量（后） 6 20 23 27 14 165 增加量 0 2 3 2 0 43 增长率 0 % 15% 8% 0 % 因此，将运行时间设定为一年，通过建立数字化车间，对产品系列化分析后投产，该生产车间各产品的年产量都得到相应的提升，尤其是产品F，其年产量增长率是%。该验证方案表明，通过对车间数字化车间建设，对产品进行系列化分析，可以提升航天企业机加车间的产能。 基于制造模式转型的优化方案 本文在第二章当中通过TRIZ理论提出了航天企业制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式。该模式的其中一个特点就是规模定制生产，本方案在验证方案通过对产品系列化分析后的基础之上，通过增大产品的批量，形成小规模定制生产，通过生产总时间以及机器组的忙率的对比来验证方案的可行性。 航天产品一直以来都是以多品种小批量的生产模式为主，而对于落实航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式的数字化车间来说，小规模定制是其实施的目标。本模拟车间的产品中，产品类型为F的年生产量是最多的，多达122件。F产品原有的生产模式是以2件为一批生产，生产效率较低。现将其生产模式改为小规模定制的生产模式，即将其批量增大。 优化方法及目的：在Witness仿真软件中，各产品的最大到达量设为其年产量，将产品F对应的典型零件P006的批量由原来的2依次改为3、4、5、6，运行模型，然后对比该模型的运行时间（车间的生产周期）以及机器组的忙闲率，判断该方案是否合理，并寻找产品F的最优批量数目。 通过运行模型后，当产品F的批量分别为2、3、4、5、6时得到的产品的总生产46
北华航天工业学院硕士学位论文 时间分别是，，，，，如图所示。并对不同批量的机器组的统计数据进行分析，得到他的对比分析图如图和图所示。 图 不同批量下总运行时间分析图 图 机器忙率低于80%的分析图 47
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 图 机器忙率高于80%的分析图 由图可知，随着产品F批量的增加，总生产时间明显下降，但当产品F批量增大到4之后，生产时间并没有随着批量的增大而发生变化。结合航天产品的固有特性以及实际生产情况，由于航天产品的任务量特性，其生产产量是根据国际政治形势变动的，产品的批量并不是越大越好，因此在组批生产过程中，节省生产时间的同时产品批量不宜过大。当产品F的批量增大到4后，车间在规定产量的总时间由原来的下降到，生产周期节省了。在此，初步认为产品F的批量为4或者5是比较合适的。 当机器忙率低于80%时，不同批量下的机器繁忙率的分析图如图所示，由图可以看出，在产品F的批量为4时产品的繁忙率达到最大值。当机器忙率高于80%时，若机器的运行时间过长，忙率过高，则对机器的保养费用及时间也会相应的提高，则机器忙率不宜过高。图可知不同批量下的机器忙率变化不大。通过对比不同批量下的机器组统计数据分析可得，当产品F的批量为4时对机器的利用率是最高的。 综上分析可知，当产品F的批量为4是基于航天制造模式转型的最佳方案。在此情况下车间的生产周期可缩减，且机器的利用率最佳，使得车间的生产效率得到了提升。在此方案下运行所得的数据统计如下表~表所示。 48
北华航天工业学院硕士学位论文 表 优化方案一的机器组统计数据 名称% 空% 繁% 闲 忙阻操作% % % 等待劳% % 等待% % 等待数填清动者进行调劳动者故劳动者 塞 充 空 周期循环 整 调整 障 维修 M1 0 20 0 0 0 0 0 0 0 M2 0 36 0 0 0 0 0 0 0 M3(1) 0 37 0 0 0 0 0 0 0 M3(2) 0 47 0 0 0 0 0 0 0 M3(3) 0 56 0 0 0 0 0 0 0 M3(4) 0 34 0 0 0 0 0 0 0 M4 0 25 0 0 0 0 0 0 0 M5(1) 0 64 0 0 0 0 0 0 0 M5(2) 0 58 0 0 0 0 0 0 0 表 优化方案一的缓冲区统计数据 名称 入库总量前库存最大 出库总量当库存最小库存平均库存平均库存 量 量 量 量 时间 缓冲区20 20 0 1 0 001 缓冲区36 36 0 4 0 002 缓冲区174 174 0 48 0 003 缓冲区25 25 0 1 0 0 0 004 缓冲区122 122 0 83 0 005 表 优化方案一的零部件统计数据 名称输入发送数报废数组装数拒绝数当前数平均数平均时Sigma 数量 量 量 量 量 量 量 间 Rating P001 6 6 0 0 0 0 6 P002 18 18 0 0 0 0 6 P003 20 20 0 0 0 0 6 P004 25 25 0 0 0 0 6 P005 14 14 0 0 0 0 6 P006 122 122 0 0 0 0 6 49
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 基于生产瓶颈的优化方案 通过在原模型中对产品生产过程模型的输出数据分析，发现缓冲区003和缓冲区005的零部件积压很多，零部件的平均逗留时间主要是集中在这两个地方。考虑到可能是机器组3和机器组5的加工速度过慢，影响了其他机器组的加工效率。如果加工时间均值不变，要提高整个系统机器的利用率和车间生产的产量，初认为在机器组3中增加一台机床，并在机器组5中也增加一台机床，情况可能会改善，如图所示。 优化方法和手段：在Witness模型中的机器组M3和机器组M5中分别增加一台机床，通过两种方式验证方案的可行性。方式一是设定产品的年生产量为Witness模型中的最大到达量，通过对比优化前后的总运行时间，即车间的生产周期来验证方案是否可行。方式二是将运行时间设为一年，即3650h，运行模型，分析产品统计数据，对比优化前后产品的年产量，通过产品的年产量增长率来判断方案的可行性。 在M3设备组处增加一台机床在M5设备组处增加一台机床 图 基于生产瓶颈的优化方案图 在此方案中若将每一产品的最大到大量设定为实际生产所需的年产量，得到其运行所需的总时间为，比方案二中的时间要少了，生产效率明显得到提高。因此通过增加机床设备可以将车间的生产周期缩短，证明该优化方案是可行的。 50
北华航天工业学院硕士学位论文 若在此方案中不限制年产量，将最大到大量设为无限制，运行时间设定为3650h，运行仿真该方案后得到的数据统计表如表~表所示。 表 优化方案二的机器组统计数据 名称% 空% 繁% 操% % % 等待劳% % 等待% % 等待 闲阻作 忙填清动者进行调劳动者故劳动者 塞 数 充 空 周期循环 整 调整 障 维修 M1 0 25 0 0 0 0 0 0 0 M2 0 57 0 0 0 0 0 0 0 M3(1) 0 65 0 0 0 0 0 0 0 M3(2) 0 37 0 0 0 0 0 0 0 M3(3) 0 39 0 0 0 0 0 0 0 M3(4) 0 37 0 0 0 0 0 0 0 M3(5) 0 45 0 0 0 0 0 0 0 M4 0 27 0 0 0 0 0 0 0 M5(1) 0 70 0 0 0 0 0 0 0 M5(2) 0 72 0 0 0 0 0 0 0 M5(3) 0 80 0 0 0 0 0 0 0 表 优化方案二的缓冲区统计数据 名称入库总出库总当前库存最大库存最小库存平均库存平均库存时 量 量 量 量 量 量 间 缓冲区27 26 1 3 0 001 缓冲区66 58 8 8 0 002 缓冲区298 228 70 70 0 003 缓冲区27 27 0 1 0 0 0 004 缓冲区244 225 19 21 0 005 表 优化方案二的零部件统计数据 名称输入发送数报废数组装数拒绝数当前数平均数平均时Sigma 数量 量 量 量 量 量 量 间 Rating P001 7 6 0 0 0 1 6 P002 36 20 0 0 0 16 6 P003 30 22 0 0 0 8 6 P004 27 27 0 0 0 0 6 P005 20 14 0 0 0 7 6 P006 244 168 0 0 0 76 6 51
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 表 优化方案二零部件数据对比表 产品 A(P001) B(P002) C(P003) D(P004) E(P005) F(P006) 原模型 6 18 20 25 14 122 改进模型 6 20 22 27 14 168 产量增长数 0 2 2 2 0 46 增长率 0 % 10% 8% 0 % 表 优化前后机器忙率的对比 名称优化前的机器优化后的机器机器忙率的 忙率% 忙率% 增长% M1 M2 M3(1) M3(2) M3(3) M3(4) M3(5) - - M4 M5(1) M5(2) M5(3) - - 将新的统计数据和原模型的统计数据进行比较，如表所示，加工产品的数量有所增加，特别是产品F增加了46件，年产量的增长率是%，而且通过表可知，所有机器组的利用率都提升了，特别是M2的提升最高，利用率增长了%，由此可见，本方案对车间的优化可以起到良好的作用。 对于本方案，即在机器组3和机器组5中分别增加一台机床，通过方式一可知，当设定产品的年产量时，通过本优化方案可以使得车间的生产周期缩短；通过验证方式二可得，在设定的一年时间内，通过该优化方案可以是产品的年产量得到了提升，特别是产品F的年产量增长率达到了%，设备的利用率也得到提高，最大提高了%。由此可见，该优化方案可以提高车间的生产周期或者产品的年产量以及机器的利用率，对车间的产能和效率有很好的优化作用，因此本方案是可行的。 方案总结 第一个方案——验证方案是通过将航天产品系列化分析后进行投产，每种类型的52
北华航天工业学院硕士学位论文 产品使用一个典型的零件代表它的加工工序以及每道工序所需的时间，在此情况下，运行仿真所得到的产品产量与车间原来的产品年产量相比，得到优化后的产品年产量都得到提升，特别是产品F，其年产量增长率达到了%，因此该方案验证了数字化车间设计的优越性并且提高了航天企业的产能。 第二个方案——基于制造模式转型的优化方案是结合航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式，将航天产量较大的航天产品形成小批量后投产，通过模型仿真对比各种批量的情况下的总生产时间以及机器的利用率。最终得到，当产品F在形成规模为4件/批时，可将车间的生产周期缩减，且机器的利用率达到最佳。 第三个方案——基于生产瓶颈的优化方案是根据生产过程数据分析，找出生产瓶颈，在方案一和方案二的基础上，通过增加机器组数量，运行仿真模型，对比优化前后统计数据发现，产品的产量在增加机床后得到了提升，而且机器设备也得到较好的利用，该方案可将车间的生产周期缩减，或者增加产品的年产量，如产品F的年产量增长率可到达%，机器的利用率得到提升，最可提升%，可见此方案可行。 以上三个方案之间互相关联的，第三个方案是在第一个方案对产品系列化分析后，运用第二个方案中将产品F的批量增大后进行优化的，所得到的数据分析对比后比第一个方案和第二个方案在机床利用率、生产效率和产量方面都有所提升。 因此第三个方案——基于生产瓶颈的优化方案是最优的方案。优化方法是：首先对产品系列化分析，将航天某制造车间的产品分为6类，对每一类产品使用一种典型的零件代替其生产过程，然后将产品F的批量由原来的2件/批改为4件/批，同时在车间模型中的机器组3和机器组5分别增加一台机床。 本章小结 本章通过对航天企业机加车间的产品系列化分析后，在Witness仿真软件的平台上建立了航天某制造厂的数字化车间的仿真模型，在航天制造模式转型的基础上，针对数字化车间的优化，结合该车间的实际生产情况，提出了三个优化方案，分别是： 1. 将航天产品经过系列化分析后进行投产，可提高产品的年产量，如产品F的年产量增长率达到%，彰显了数字化车间的优越性。 53
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 2. 增大产品的生产批量，形成小规模定制生产模式。当产品F的批量为4时，车间的生产周期可缩减，提高车间的生产效率。 3. 在生产瓶颈处增加机器组的机床数量。此方案是在前两个方案的基础之上进行优化，通过对比产量以及机床的利用率，车间的生产周期减少，或是产品F的年产量增长率达到%，机器利用率最大提高%，由此可知得到方案的可行性，因此最终确定方案三为最优方案。 54
北华航天工业学院硕士学位论文 第5章 总结与展望 总结 基于航天制造模式转型的数字化车间与传统的数字化车间不同。传统的数字化车间主要是在局域网的支持下，围绕着数字化制造的环境，实现对信息技术、制造技术、劳动行为以及组织形态的有机融合。而本文对航天企业数字化建设是在航天制造模式转型的基础上，运用数字化技术，结合航天制造的特点，以信息流为主线，针对生产要素，如产品组成、工艺要素、运行流程等方面进行设计，得出航天制造企业的数字化车间模型。并运用Witness仿真软件对该数字化车间进行建模仿真，运行模型，寻找该模型的优化方案。针对本文的研究内容，主要完成了以下工作： 1. 研究了制造模式、数字化车间的发展现状及其在航天企业中的应用现状，详细分析了航天制造的固有特性。在此基础上，确定了基于航天制造模式转型的数字化车间的初步的研究方案、研究内容以及研究路线。 2. 在航天制造模式转型的研究部分，首先分析航天制造模式的变革，然后引入TRIZ理论，探索航天制造模式转型的方向，应用该理论的技术进化论对航天制造模式进行整体分析，通过物质——场分析法解决制造模式转型需要应对的每一个具体的问题，最后对所有解决方法整合，寻得航天制造模式转型的目标模式——柔性规模定制生产模式，并对该模式进行了特点分析。 3. 在确定了航天制造模式转型的目标模式后，在此基础之上，结合航天企业数字化车间的特点以及建设的需求，先对航天企业数字化车间的生产流程和系统组成深入分析，最终在生产要素方面对航天企业的机加车间进行数字化车间设计，如对航天产品的工艺表达进行规范、在产品成熟程度方面对产品分类，并针对不同成熟度的产品采用不同的生产流程，分别有研制产品的单元制造生产流程、定型产品的刚性生产流程以及组批产品的柔性生产流程。 4. 通过Witness仿真软件，对基于航天制造模式转型的数字化车间建模仿真，建立了数字化车间的模型，对该模型验证可知其有效性，结合航天企业数字化车间模型的特点，提出了三个优化的方案。最终在Witness软件中仿真模拟最优方案，即将产55
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 品系列化分析后，对产品F形成4件/批进行投产，并在设备组3和设备组5中分别添加一台机床，分析统计数据得，该优化方案可使车间的生产周期缩减，产品F的年产量增长率为%，机器利用率最大提高%，使得车间的产能以及效率得到了有效的提升。 本文对制造模式的研究及对车间的建模仿真不但可以对于航天企业某机加车间的生产效率，年产量以及生产周期有所改善，而且为其他多品种小批量企业的车间优化提供了参考。 展望 综上，虽然通过TRIZ理论最终寻找到了航天制造模式转型的目标模式，并在此模式的基础上对航天企业数字化车间进行了设计，而且还通过Witness仿真软件对该数字化车间建模仿真寻得优化方案，但是，由于时间有限，该研究工作仍存在一些不足和需要完善的地方： 1. 在对航天企业机加车间数字化建设过程中，因为其涉及的方面比较广，本文在对数字化车间仿真优化过程中主要是针对其中的两点进行，一是产品系列化分析组批生产，二是对产品形成小规模定制后进行投产，而在其他的方面，如车间的运行流程、厂房布置、绩效度量等方面，由于时间紧迫而没能进行很好的优化仿真。 2. 通常制造车间的生产过程系统较为复杂，譬如时间变化的、非线性的、高阶的模型就很难运用现有的仿真软件来实现，只能是通过实际的数据建立生产系统的仿真模型，并在该模型上进行仿真实验，逐步求精，逼近现实生产的主要特性。通过不断完善模型，寻找其中内在的规律，进而达到对真实生产过程的研究目的。 56
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北华航天工业学院硕士学位论文 致 谢 时光飞逝，转眼间两年的硕士生活即将结束。在论文完成之际，我首先要感谢我尊敬的导师韩文仲教授、刘胤研究员和周平来高工，论文的整个完成过程都倾注了三位导师的汗水和心血，从论文选题、方案构思、工作实施到论文撰写都是在韩老师、刘老师和周老师的悉心指导下完成的。韩老师严谨的治学态度、刘老师渊博的学识、周老师敏锐的学术思想，时刻激励和鞭策着我，是我受益匪浅。在学习和生活各方面，三位导师都给了我无微不至的关怀。在此谨向我的三位导师致以崇高的敬意和，并表示衷心的感谢。 在论文的研究过程中，还要特别感谢北京某制造厂工业工程组的各位同事，他们是王黎黎、张骏、王彬等。我与他们一起完成了论文的设计和研发工作，能够和他们一起合作我感到非常高兴。在论文的研究过程中，他们给予我无私的帮助，在此我深深的感谢他们！ 感谢我最亲爱的父母，在我漫长的求学生涯中，总是伴随着亲人的鼓励、关怀和理解，他们给了我生活上、精神上、物质上的支持、关心和帮助，谢谢他们的付出和为我所作的一切。 最后我还要深深的感谢培育我的母校——北华航天工业学院，感谢机械工程系所有尊敬的老师们！ 61
基于航天制造模式转型的数字化车间设计与分析研究 攻读学位期间取得的科研成果清单 刊物署名文章名称 发表刊物（出版社） 刊发时间 级别 次序 基于TRIZ理论的航天航天科技集团2013数字国内2013年12月 1 制造模式转型研究 化制造研讨会 会议 Research on Aerospace Manufacturing Mode Advanced Materials 2014年8月 EI 1 Transformation based on Research TRIZ Theory 62
