生产线仿真技术发展及在航空制造中的应用
魏凡杰 张恒 张涛
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魏凡杰 张恒 张涛,. 生产线仿真技术发展及在航空制造中的应用[J]. 中国航空航天科学,20242. DOI:10.12721/ccn.2024.157326.
摘要: 随着科技的发展,生产线仿真技术已经成为数字化工厂的关键要素,提前对整个生产制造过程进行评估整合,然后解决在生产制造过程中所遇到的问题,该项技术已经被广泛应用于市场中。本篇文章论述了生产线仿真的概况,总结了生产线仿真技术的历史,分析了将生产线仿真技术应用于航空制造方面的现状,并且提出了若使得生产线仿真技术在航空制造方面得到更加广泛的应用需要解决的问题。
关键词: 生产线;仿真技术;生产制造;航空制造
DOI:10.12721/ccn.2024.157326
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一、生产线仿真的主要内容

生产线是一个庞大复杂的生产系统,生产线仿真的含义是指对生产线物流的仿真,它是以计算机仿真技术作为基础,与产品工艺流程、工厂资源制造相连接,将生产系统中的各大部分和生产制造过程进行建模,然后对生产线的整体架构和物流系统进行仿真模拟。生产线仿真的主要目的是将物品投入生产线系统之前,提前对整个生产制造过程进行评估整合,检查工艺路线和系统设备的布局是否合理,将资源配置和对物流的管理进而优化,剖析生产线的产能和设备的利用率,找到问题并将其解决,为生产线的正常工作保驾护航。生产线仿真主要包括生产工艺规划设计、生产线建模以及仿真优化。

1.1生产工艺规划设计

生产工艺规划设计的含义是指对生产工艺流程、生产系统架构的规模、组成及结构布局进行确定,其中包含加工设备的类型和对数量的选择与布局、物流系统的选择、确定相关的辅助设备,进而对整个生产制造过程进行合适的资源配置以及优化。

1.2生产线建模

仿真模型是将实际生产系统制造过程抽象化,并能反映实际生产制造系统。仿真模型建立的是否准确与最后产生的仿真结果有直接的关系,是整个生产线仿真过程的重中之重。生产线仿真建模主要包含几何建模和逻辑建模两部分。几何建模的含义是指将生产线中的所有运行设备进行3D实体建模,运行设备包括加工设备、物流设备以及辅助检测设备。逻辑建模的含义是指在实际生产制造系统中将每个制造资源发生的决策活动。用逻辑建模进行控制实现对整个生产资源的选择,用逻辑控制将不同时间的不同资源进行相互活动抽象化。

1.3仿真优化

仿真优化的含义是指将基于仿真结果的内容,找到生产线制造过程所遇到的问题,并将其解决。仿真优化方法的主要内容有精确算法、工作研究法以及启发式算法。启发式算法是在直观或者是建造经验的基础上所得出的算法,针对于现如今庞大复杂的生产物流系统,一般都是使用启发式算法对生产线制造过程进行优化处理。

二、生产线仿真技术的发展

可以将生产线仿真技术的发展历程分成三大阶段,包括计算机程序语言、仿真语言和仿真软件。第一阶段的特点是通用编程语言;第二阶段的特点是文字模式仿真语言、窗口形式、图形化构建模型、动画与统计图表、模块化;第三阶段的特点是面向对象建模。

随着科技的发展和信息化时代的到来,将商业化的离散系统仿真软件对整个生产制造系统进行仿真模拟,这项技术被广泛应用已经成为了未来发展的必然趋势。

三、生产线仿真技术在航空制造中的研究与应用现状

现如今,已经出现了商业化使用的离散制造仿真软件,一些发达国家已经将生产线仿真软件广泛应用于航空航天、汽车、钢铁等制造行业。在航空航天领域,很多航天公司在对生产线仿真技术的研究与应用的发展已经很成熟。自从提出生产线仿真技术之后,我们国家的航空航天部门对此技术密切关注,实例也有很多,此技术在很大程度上缩短了产品研制时间,大幅度提升了产品质量,与此同时,提供了生产线仿真技术的应用范围和广度。

现如今,我国对于生产线仿真技术的开发与研究已经到了应用阶段,但仿真软件与理论研究结合的还不够紧密。与国外相比,还存在以下几方面的问题:

(1)生产线仿真运行系统薄弱;

(2)生产线仿真技术应用体系不完善;

(3)理论基础较为薄弱。

四、生产线仿真技术的应用展望

近年来,随着科技的发展、信息化的普遍,我国与国外还存在着一定的差距,所以必须将生产线仿真技术进行全面的推广和普及,在未来,生产线仿真技术将会成为航空航天领域一项重要的发展技术。现如今,虽然我国已经开始应用生产线仿真技术,也有一定的成果,但与国外先进的企业相比较,还是存在很大的差距。综上所述,若使得生产线仿真技术在航空航天领域得到广泛应用,还必须要解决以下几个部分存在的问题:

(1)大力开发生产线仿真系统的理论研究和仿真软件的广泛应用。各大科研机构要跟随时代的发展,不断创新仿真技术,进而实现数字化工厂的建设。除此之外,由于生产线仿真软件的开发,要更加注重对仿真软件进行优化处理。

(2)充分消化、借鉴其他行业的应用成果。现如今,国内外的生产线仿真技术在汽车制造业发展的较为迅速,我们应该结合航空航天领域的特点,将其更加广泛的应用于航空制造业。

(3)注重生产仿真技术的集成应用。由于飞机有大量的零散部件,制作工艺复杂,需要材料众多,生产过程中的不确定因素有很多,所以需要形成一个集成化的计算机仿真系统,注重建模和生产线仿真系统的集成,进而达到智能化特点。

(4)增强生产线仿真技术标准规范体系的建设。基于标准规范体系的基础,在对生产线仿真技术的研究与应用的整个过程中,需要一步一步改善标准规范体系,建立适合企业的生产状况的技术规范。

(5)重视人才培养。需要对生产线仿真技术方面的人才进行专业知识培训,增强对先进制造业的了解与应用。

五、结束语

总而言之,随着科技的进步,我国的生产线仿真技术愈发成熟,并且在各大行业都有所应用。航空航天领域作为高端生产制造业,面对日前对此行业的需求,在缩短飞机开发时间、提高航空产品质量方面都是必然的选择。在未来,随着生产制造业的快速发展,生产线仿真技术会成为实现数字化工厂的重中之重,科学技术也会因此进入一个的时期。

参考文献:

[1] 屈琦,贾晓亮,郑植元等.飞机部件装配生产线仿真研究[J].航空制造技术,2017,No.523(04):54-59.DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.04.054.

[2] 刘春,许兵,张洪瑞等.飞机数字化装配仿真技术综述[J].机械工程师,2016,No.304(10):1-4.