基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式探索与实践

为持续提升飞机总装生产线运营绩效,促进业务模式变革,提出了一种基于数字孪生的飞机总装生产线管控新模式。首先,分析了飞机总装生产线从物理空间到信息空间的演变过程及生产线运行管控需求。其次,阐述了飞机总装生产线数字孪生组成,结合数字孪生五维模型,构建了总装生产线数字孪生模型。最后,基于3DMAX建立了虚拟模型,利用系统开发技术构建总装数字孪生系统,通过采集现场生产过程数据实现物理实体与虚拟空间的映射,初步探索了数字孪生技术在飞机总装生产线的应用。结果表明,基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式对提高生产效率和质量具有重要作用。

基于数字孪生的飞机总装生产线建模

为了实现飞机制造企业总装生产线车间物理空间与信息空间的实时交互与深度融合,通过分析飞机总装生产线组成单元与生产业务逻辑,提出基于数字孪生的飞机总装生产线车间建模框架.从“人、机、料、法、环、测”六维视角出发,阐述生产线关键要素建模与实现,并提出飞机总装生产线三维可视化及信息集成平台实现技术流程.在CATIA中建立车间三维数字模型,基于浏览器和WebGL技术建立虚拟空间,通过采集生产现场过程数据实现物理实体向虚拟空间的实时映射.以某型飞机总装生产线车间为例,实现总装现场与虚拟可视化的同步映射、WebServices服务、信息查询服务及装配工艺过程查询服务,有效提高作业效率并为工作人员决策提供科学参考.

基于层次时间着色Petri网的飞机总装生产线建模

为了实现飞机总装生产线精确建模和提高建模效率,提出层次时间着色Petri网(Hierachical Timed Color Petri Net,HTCPN)多层级理论模型,定义了HTCPN层次化建模方法。针对某飞机总装生产线站位划分的多层级、多粒度特点,利用CPN Tools工具对A1、A2和A3三种型号飞机总装配过程进行HTCPN建模,根据交货期前后设置优先级,并在每个站位的装配过程中嵌套质量检测模型。最后对模型进行10次仿真,统计平均作业时间分别为78.4、93.2、102.4 h,产品总收益率为82.7%。

规则启发式算法在大规模飞机脉动式总装生产线的应用研究

针对大规模飞机脉动式总装生产线计划辅助制定和执行的问题,本文在生产计划制定阶段采取二分迭代最小松弛度优先(BIMSLK)算法求站位间平衡的解,在计划执行阶段沿用反应性调度策略,采用最小松弛度优先(MSLK)算法计算站位内工序的最短工期。经过算例验证,在计划制定阶段,BIMSLK算法可以在有效时间内得到规模较大工艺的站位间平衡的解;在任务执行阶段,与最大总资源需求(TDR)算法和最多紧后工序数优先(MIS)算法相比,本文采用MSLK算法得到的解的工期更短。

资源受限的飞机总装脉动生产线节拍转换调度建模

以飞机总装脉动生产线节拍转换过程为实际生产背景,提出基于项目拆分的资源受限项目节拍转换调度问题,并建立了以最小化转换期时长为目标函数的数学模型。根据项目节拍转换调度问题的特点,采用双层迭代算法进行求解。结果表明:该算法有效缩短生产线节拍转换时间,对不同项目组合的优化程度为1.1%~23.4%。

基于混合优化算法的飞机总装脉动生产线平衡问题

为提高飞机装配效率和人员利用率,根据飞机总装脉动生产线的特点和平衡优化需求,构建多目标多约束的E类飞机总装脉动生产线平衡问题模型,并设计一种结合非支配排序遗传算法、布谷鸟搜索算法和动态搜索算法的混合优化算法进行求解。其中动态搜索算法解决E类装配线平衡问题求解效率低下以及质量不佳的问题;非支配排序遗传算法通过改进个体距离计算方法提高装配序列的优化效果;布谷鸟搜索算法则借助改进莱维飞行距离计算式提高最优站位数量的搜索能力。最后通过基准问题测试证明算法的性能优于相关问题算法,并借助应用实例验证了模型的有效性。

飞机总装脉动生产线数字化仿真与优化关键技术

结合某型号飞机总装脉动生产线建设项目,研究了飞机总装脉动生产线规划的详细方法与过程,通过对飞机总装脉动生产线数字化设计与优化方法的研究,分析了工艺流程优化和生产线仿真两大关键技术的研究思路,介绍了关键技术在项目中的应用情况。

基于仿真决策的飞机总装脉动生产线规划与运行优化关键技术

针对飞机总装脉动生产线,探讨虚实映射环境下,利用建模仿真和决策支持等技术对生产线的装配工艺流程、生产线规划、物流配送和资源调度等方案的优化方法,解决脉动生产线在设计阶段规划不够合理,在运行阶段节拍不稳定、节点难保证等问题,提高生产线整体运行效率。

基于数字孪生的智能脉动管控

为提升飞机总装脉动生产线智能化水平,开展了基于数字孪生的智能脉动管控研究。基于数字孪生五维模型理论构建了飞机总装脉动生产线数字孪生应用架构,从反应式计划调度、物流精准配送、智能作业指导、产线健康监视、资源迭代优化配置5个方面开展了技术研究,为复杂产品装配的智能制造应用提供参考。