中航沈飞事件点评:中航沈飞系列报告之七:从脉动装配线看沈飞

事件:

我们已经从沈飞的历史,从成飞的发展,从洛马的发展,从从F-35的产量与定价,从歼-31上舰和从无人机发展等多个角度深入剖析了中航沈飞的价值。此次,我们围绕飞机生产制造流程--脉动装配线来研究沈飞的特点和前景。

观点:

与机械制品生产类似,飞机生产制造业主要包括两类工作任务:零部件生产和装配,但飞机生产有其特殊性。飞机零部件种类繁多,波音787零部件数目超过200万,飞机总装,甚至大型零部件的装配,涉及的专业复杂、工种多样、人员技术文件多、工具工装夹具种类结构复杂,使得飞机装配周期长;无论军机还是民机,军机尤为突出,由于面对复杂多变的需求,飞机型号较多,相同构型的产量较少,有多种类小批量的特点,也使得零部件生产面临相同问题。因此,传统上飞机生产不能采用类似汽车那样的流水线生产,一般采用站位生产,即在总装或者大型部段装配时,飞机或者部段停放在固定的位置,保持不动,然后各工种的工人依次入场,完成相应的工作,直到装配完成,产品才会被移动出厂房进行测试。这种生产方式效率低,质量管控差,耗时长。

20世纪末,衍生自丰田生产方式的精益生产思想在制造业中引起广泛关注,波音结合飞机总装的特点,创造性地提出了一种新的移动装配方式--脉动装配,以解决传统站位生产的弊端,大幅度缩短了装配周期,提高了生产效率。

脉动装配线介绍。

脉动装配(Pulse Assembly)是一种介于连续移动装配(流水线生产)和站位装配之间的间歇式移动装配方式,简单来说,就是把总装分为几个工位,在不同工位组装不同部件和零配件,装配完成后,将飞机移动到下一个工位,完成后续装配工作,直至完成飞机下线,也意味着整条生产线脉动一次。下面以波音787的脉动生产线为例进行详细介绍。

波音787的脉动生产装配线分为5 个工作区(0~4 号工作区):

0号工作区是预装配区,停放并完成飞机大部件的装配,如机翼、尾翼和发动机等。以机翼为例,在这里完成襟副翼安装、内部管线和电器设备安装。大部件装配完成后,准备进入下一个工作区。

1 号工作区完成前机身,中机身,后机身,左、右机翼和尾段6 大部件的对接总装配,首先定位中机身,其它部件向中机身上对接。

2 号工作区安装起落架、发动机等,因此飞机高度需要升高;同时,在这里完成次结构件安装及管路、液压系统安装的收尾工作;

3 号工作区安装飞机电子系统、辅助动力设置以及内饰,并完成系统的初步测试工作。

4 号工作区主要开展各系统的测试工作,测试合格后,飞机即完成装配工作,之后被送往喷漆车间进行喷漆。

总装脉动生产线,改变了传统飞机装配模式,打破了航空和复杂军工产品生产不能采用移动生产方式的制约,采用精益制造原则和方法,将装配任务均衡地分解到数个不同的站位上完成,可以有效地提高飞机总装装配效率、改善装配质量,并能降低工人劳动强度,实现飞机的低成本和快速响应制造。

国外脉动生产线发展状况。

一鸣惊人:波音公司在2000 年建立了首条脉动总装线,并应用到阿帕奇直升机的制造,在使用过程中不断改进,获得了巨大成效,将全机装配工时减少了85%,并于2005年获得美国精益生产的最高成就奖--“新乡奖”。

快速发展:随着飞机脉动总装线的技术日益成熟,其生产优势变得更加明显,波音公司扩大了对它的应用,将脉动总装线应用到了所有的商用飞机,包括波音737、波音757以及最新的波音787等。波音737 的总装移动线缩短总装配周期46%,被美国精益航空创新计划(LAI)认为是“精益和高效率生产的模范”。虽然脉动装配更适合较大批量的商业飞机,但在生产量较小的一些军用飞机中,也已经开始取得效率优势,如预期产量在100~200 架的波音P8A 反潜电子侦察机采用了脉动总装线。波音成功经验带动了其它大型飞机制造商的参与,继波音之后,美国的洛马公司在2003~2004年建成了其F-35的脉动式总装线,意大利的阿古斯特维斯特兰公司在英国的约维尔工厂于2011 年为W 159 型武装直升机建立了脉动式装配线;加拿大庞巴迪公司为C100 系列新机建立脉动式装配线,并于2016 年运行。

“跨界”拓展:

从总装向部件装配延伸。近年来,随着脉动装配技术的成熟,飞机的部分大部件也开始采用脉动装配线,并取得快速发展。C-17运输机的发动机悬架采用脉动装配线,装配周期缩短20%、成本下降10%;波音787复合材料结构的水平尾翼和垂直尾翼、空客A350的复合材料机身蒙皮壁板的脉动生产线也陆续投入使用;法国赛峰航空发动机公司改变了传统的继承GE 在立式固定机架上“穿糖葫芦”式的总装过程,在2011 年实现了CFM56 发动机的脉动装配,缩短装配周期35%。

从装配向维修延伸。2003年英国空军和英国宇航BAE引入脉动维护线,使“鹞”式飞机的修理和维护周转时间以及成本减少了25%,显著地提高了飞机的出勤率。2005年美国波音公司对KC-135运输机开展返厂维修,使用脉动维修线将维修周期减少了18%,并获得了美国的“精益优秀奖”。德国汉莎航空于2010年建成CFM/ V2500发动机的精益脉动线进行发动机的分解/检修和重装,大修周期从60多天减少到45天。

从飞机向其它产品延伸。2008 年波音为美国军方新一代GPS卫星建立了精益脉动装配线,尽管只承担了12 颗卫星的制造任务,波音成功将脉动装配线使用到了极小批量高度复杂的产品中。英国巴布科克国际(Babcock International)在生产“豺式”巡逻车过程中,采用了由12 个站位组成的脉动生产线,达到日产1 辆的水平。

脉动生产线有望助力沈飞。

我国的脉动装配线技术已经取得突破,并快速发展,不仅在飞机总装中取得成功,在一些部件生产中也得到成功应用。2010年,历时五年,中航工业西飞建成了国内首条飞机总装脉动式生产线,极大提高了国内飞机制造水平实现国内飞机制造水平的显著提升;洪都航空使用脉动生产线,可实现9天生产一架L-15的速度;2016年,中航陕飞运9脉动生产线通过验收并于次年开始投入使用;西飞“飞豹”和运20的生产,同样采用脉动生产线;有新闻报道,成飞的歼-10和四代机歼-20均有配套脉动生产线。在部件领域,2013年,中航工业成飞复材厂在歼-10复合材料部件的装配中,采用脉动装配线,生产速率提高了83%、员工综合效率提高了47%、产品故障率下降了85%;中国航发的发动机脉动生产线正在建设中。中航沈飞目前尚没有飞机脉动总装线,战斗机的总装效率较低,将来如果歼-15列装提速或者歼-31得到军方和国外认可,脉动总装线建设有望进入快车道,公司生产效率将得到大幅提升,业绩也将更快增长。尽管没有脉动总装线,沈飞的部件装配线却已经采用了脉动装配线。2014年,沈飞在国内首次建成了通用飞机脉动式起落架生产线,并形成了生产能力,在起落架脉动装配线上积累的使用经验和精益生产管理经验,也能够为沈飞其它民机转包部件的生产提供有价值的参考,有望提升公司现有产品的生产效率。

风险提示:军品订单不及预期。