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建设离散制造型数字化装配生产线,如何梳理和优化工艺

作者:本站编辑      2026-01-31 04:21:53     1
建设离散制造型数字化装配生产线,如何梳理和优化工艺
工艺是数字化产线的“灵魂”。工艺的梳理与优化是离散制造企业建设数字化产线的前提。航空航天类产品的装配环节具有多品种小批量、高精密、高可靠性、工艺链路长、质控要求严苛、经验依赖性强的特征,其装配数字化产线建设涉及 PLMMESERP等系统部署,以及机器人、数字化检测设备、产线信息化终端等大量硬件投入,具有成本高、周期长、定制化需求强的特点。如果在建设前期没有认真进行工艺梳理优化,将原有未优化的纸质工艺、经验型工艺直接“数字化翻版”,会导致一系列的问题。

具体来说有三个方面:一是数字化系统因工艺逻辑混乱、参数模糊,无法下发可执行的指令,现场仍依赖人工,系统沦为数据录入工具”;二是将原有工艺的待、搬运、返工等“浪费”和工时错误、资源错配等“瓶颈”放大,让“低效”的工作更直观;三是产线硬件与工艺需求不匹配,导致硬件设备闲置,产线无法适配生产需求。

梳理优化工艺的核心在于让数字化装配产线建设“有的放矢”,确保所有系统、硬件的投入都围绕优化后的、贴合实际的工艺逻辑展开,从源头避免“数字化建设落地即失效”的问题。

航空航天类离散制造企业在进行数字化装配产线建设时,要结合GJB及行业标准、柔性化、可追溯性等要求,其工艺过程的梳理和优化要遵循“合规打底、精益提效、数字建模、系统集成、闭环迭代”的核心逻辑,兼顾工艺过程的特殊要求,以价值导向、全流程协同和柔性化适配为关键点,形成“工艺-数字-产线”的联动。

以老兵的经验教训和与同行的学习交流,一般来说,通常有四步。

第一步:开展全维度的工艺现状梳理,用“数字化”的视角重新审视。

工艺现状的梳理,核心内容有六个方面:

一是产品结构与BOM的对齐梳理。首先梳理清楚设计与工艺的BOM差异,按“总装-部装-组件装”的层级,梳理各层级装配的产品结构,明确每级装配的物料配套要求、装配关系、接口精度。

二是工艺路线与工位全链路梳理。从组件装配到总装,梳理全流程工艺路线、工序划分、工位布局、工序流转逻辑,标注每道工序的工序名称、作业内容、执行工位、人员资质要求、工装(设备)需求、工时定额、物料齐套要求、质量控制点、转序条件、瓶颈工位、、非增值环节、工艺断点等。

三是工艺文件的标准化梳理。梳理现有纸质的工艺规程、作业指导书、检验要求、特殊过程等,解决术语不统一、格式不一致、参数不明确、经验未显性化的问题,为后续知识数字化沉淀做准备。

四是资源与工艺的匹配梳理。梳理装配现场的设备、工装、夹具、量具的型号、精度等,识别工艺要求与资源能力不匹配的环节,同时梳理人员资质与工艺的匹配度,明确各工序的技能等级要求。

五是质量与工艺的联动梳理。梳理每道工序的检验点类型、检验方法、判定标准、不合格品处理等流程,重点统计各工序的返工率、报废率,定位因工艺设计不合理导致的质量问题。

六是物流与工艺的协同梳理。梳理各工序的物料需求清单、配送时间、线边存储要求,识别因物料齐套性差、配送路径不合理导致的工艺执行中断问题。

在工艺现状梳理的过程中,一般采用价值流图绘制装配全流程的工艺价值流,区分增值工序和非增值工序,直观呈现工艺痛点,同时用Excel或者PLM 系统搭建工艺现状台账,实现全要素数字化记录。

第二步:对工艺过程进行精益化优化,先消浪费,再做数字化。

工艺优化的过程也有六个方面:

一是工艺路线与工位平衡优化。基于价值流图消除非增值环节,合并重复工序、优化转序路径、缩短等待时间。对工时过长的瓶颈工位,拆分工序、补充适配资源,调整各工位的工序内容,使各工位的标准工时偏差控制在合理范围(一般≤10%),提升生产线整体节拍。

二是装配工艺方法优化。针对高返工工序,优化装配顺序、明确定位基准、细化手工装配的力控范围、拧紧顺序等操作参数,从工艺设计上避免质量问题,减少返工率。将老师傅的经验型工艺转化为量化的工艺参数和标准化的作业步骤,避免人工操作的随机性,将经验工艺显性化。对高强度、高精度工序,合理分配人机作业内容,提升效率和作业安全性,实现人机协同的优化。对多品种小批量型号,设计通用工艺模块和专用工艺模块,通用模块复用、专用模块快速切换,适配小批量生产,实现柔性工艺设计。

三是工装夹具与设备优化。减少专用工装夹具的数量,提升通用化率,降低工装管理成本,实现标准化+通用化。对高精密装配工序,升级适配的高精度设备或者量具,替代人工操作,提升工艺执行的一致性。对现有设备进行加装传感器、数据采集模块等简易数字化改造,使其能采集工艺执行参数,为后续数字化监控做准备。

四是物料配套与物流工艺优化。基于各工序的物料需求,设置线边库,实现准时配送,按工艺节拍将物料精准配送到工位,消除物料等待。对高精度、易损物料,设计专用的线边库存储工艺,避免物料损坏导致的工艺执行问题。为每批物料设计唯一的数字化二维码或者RFID标识,关联装配工序,实现物料-工艺-产品的全链路追溯。

五是质量检验工艺优化。将部分后端质控点前置到装配工序中,实现边装配、边检测,及时发现质量问题,避免后续返工。统一各质控点的检验方法、判定标准、记录格式,将检验参数与工艺参数联动,实现检验工艺的标准化。对关键质控点,设计数字化检验工艺,替代人工记录,提升检验精度和效率。

六是返工与变更工艺优化。梳理各工序的返工原因,设计标准化的返工工艺步骤,明确返工后的复检要求,同时规范返工的数字化记录流程。设计符合要求的工艺变更流程,明确变更申请、审批、验证、下发、执行的全步骤,确保工艺变更的可追溯性。

对优化后的工艺,一般要通过小批量试产验证其合理性,采集试产数据,与优化前对比,持续调整至工艺稳定。

第三步:实现工艺的标准化与模块化,打造数字化可复用的工艺基础。

实现工艺的标准化与模块化,一般有五个方面:

一是制定企业统一的装配工艺规程标准。明确工艺文件的格式、术语、要素,如工序编号、作业内容、参数、资源、质控要求等,实现所有工艺文件的标准化编制和管理,同时将相关标准看齐,确保合规性,实现工艺规程的标准化。

二是工序与工艺模块标准化。按照“产品类型 + 装配层级 + 工序类型”将优化后的工艺拆分为通用工艺模块和专用工艺模块。对于通用工艺模块,如螺栓拧紧、零件定位、基础检测等,可在不同型号产品中复用;对于专用工艺模块,针对特定产品设计。为每个工艺模块分配唯一的编码,明确模块的输入、输出、执行参数,使其能被数字化系统快速调用。

三是工装、量具、设备的工艺标准匹配。建立工装、量具、设备与工艺模块的标准化匹配关系,明确某类工艺模块适配的设备型号、精度要求、操作参数,避免资源与工艺的不匹配,提升工艺执行的一致性。

四是人员资质与工艺的标准化匹配。制定各工艺模块和工序的人员技能等级标准,明确不同工艺所需的人员资质、培训要求,实现人员与工艺的精准匹配,避免因人员技能不足导致的工艺执行问题。

五是建立企业工艺标准库。将标准化的工艺规程、工艺模块、匹配关系等纳入企业工艺标准库,实现工艺标准的数字化存储、检索、复用,为后续工艺数字化建模提供基础。

第四步,将物理工艺转化为数字化模型,实现工艺与产品、资源、质量、物流的数字化联动。

构建数字化模型,一般有四个方面:

一是基于PLM 的数字化工艺建模。以企业 PLM 系统为核心,建立装配数字化工艺模型,实现工艺模型与EBOM、PBOM、MBOM的联动。产品结构变更时,工艺模型自动同步更新,避免设计与工艺脱节。实现工艺模型与设备、工装、人员等资源的关联,明确每道工序的资源需求,为排产提供数据;实现工艺模型与质量模型的关联,将质控点、检验参数嵌入工艺模型,实现质量与工艺的联动管控。

二是数字化工艺卡与工序参数定义。将标准化的工艺模块转化为数字化工艺卡,替代传统纸质工艺卡。数字化工艺卡需包含可执行的量化参数,并直接下发到MES系统,指导现场作业,同时为每道工序设计如 3D 动画、视频等数字化作业指导书,替代纸质文档,提升现场人员的理解效率。

三是开展工艺仿真与虚拟验证。利用数字化工艺仿真工具,对装配工艺、生产线布局、工位作业进行虚拟仿真与验证,以验证工艺路线、工位平衡和人机协同的合理性,以及不同型号产品的工艺模块切换的可行性。

总之,由于航空航天类离散制造的小批量单件、工艺过程复杂、可靠性高、质量追溯性强等特点,数字化生产线的建设具有难度大、投资大、风险高等特点,在建设的时候,必须摒弃原有的习惯思维和懒惰心理,对工艺过程进行细致的梳理与优化,实现“事半功倍”,达到建设目的。

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