基于脈動式生產線的cubesat總裝(共19頁)

1、基于(jy)脈動式生產線的CubeSat總裝過程(guchng)研究學生(xu sheng)姓名： 朱蓬勃 王寧宇 韓睿 賈雯娜 池雨燦 張豐 學生學號：1132130116 1131820208 1130410522 1131820206 1131820225 院（系）：航天學院控制科學與工程 航天工程與力學系 指導教師： 張世杰 二一五年六月基于脈動(midng)式生產線的CubeSat總裝過程研究哈爾濱工業(yè)大學 朱蓬勃(pngb) 王寧宇 韓睿 賈雯娜 池雨燦 張豐摘要(zhiyo)：脈動式生產線的思想最開始起源于福特公司的汽車生產線，因為其優(yōu)越的性質，良好的柔性控制，可以很好地完成生產

2、任務。而在微小衛(wèi)星需求量越來越大、小衛(wèi)星模塊化、集成化、平臺化發(fā)展的今天，如何完成小衛(wèi)星的批量生產這成了我們亟待解決的問題。其中CubeSat小衛(wèi)星就是代表。本文介紹了脈動式生產線的思想，計算方法，并在CubeSat上進行模擬，并且對整個總裝過程進行分析評價，最后提出了所需要細化的問題和所需的方法。關鍵詞： 脈動式生產線 微小衛(wèi)星 總裝 CubeSat1脈動式生產線與精益生產思想脈 動 裝 配 生 產 線 （Pulse Assembly Lines）最初從 Ford 公司的移動式汽車生產線衍生而來，是連續(xù)移動裝配生產線的過渡階段， 不同的是脈動裝配生產線可以設定緩沖時間， 對生產節(jié)拍要求不高，

3、 當生產某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，整個生產線可以不移動，或留給下個站位去解決，當飛機的裝配工作全部完成時，生產線就脈動一次。整條生產線由4 部分組成：脈動主體、 物流供給系統(tǒng)、 可視化管理系統(tǒng)、 技術支持。（1）脈動主體：站位設施、 對接定位設備、 可移動的裝配設備等。（2）物流供給系統(tǒng)：AGV 車、 完備的配套和配送系統(tǒng)。（3）可視化管理系統(tǒng)：現(xiàn)場可視化系統(tǒng)、ERP 與 MES 無縫融合的信息管理系統(tǒng)、 工作現(xiàn)場的固定和移動終端。2生產線配置與柔性設計原理生產線配置首先是生產線平衡問題，生產線平衡問題研究如何安排生產線工位，即需要設置多少個工位和每個工位的作業(yè)內容是什么?！捌胶狻钡囊饬x體現(xiàn)在每個工

4、位的工作量相當。生產線平衡的目的是盡量使每個工位都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，閑置時間最少，以求生產線效率最優(yōu)。時下，為快速適應市場需求的變化，生產方式的靈活性和可變性正越來越受到企業(yè)的重視。柔性生產的思想正是為了快速適應市場需求的變化而產生的。柔性生產是指企業(yè)通過變革生產方式，以快速對應市場需求變化的一系列方法。柔性生產是關于生產方式的一種理念，而不是一門技術，沒有一種普遍適用的柔性生產方式。實現(xiàn)柔性生產需要的是不斷改善的意識，并沒有什么必須要掌握的關于柔性生產的技術。同樣具有柔性生產理念的企業(yè)，實現(xiàn)柔性生產的方式卻并不一定相同。2.1生產線平衡2.1.1三個基本概念生產(shngchn

5、)節(jié)拍是相鄰兩個產品通過生產線尾端的時間(shjin)間隔，即每隔多長時間有一件產品從生產線流出。其計算公式為：基本作業(yè)單元是生產線上不能再分解的動作，如果再分解，就產生(chnshng)多余動作。生產線效率是衡量生產線平衡優(yōu)劣的指標，為總有效時間占總付出時間的百分比，閑置時間越少生產線效率越高。生產線效率的計算公式為：2.1.2生產線平衡步驟生產線平衡的步驟如下：（1）用一個流程圖表示出基本動作的先后關系。流程圖由圓圈和箭頭組成，圓圈代表一個基本作業(yè)單元，箭頭表示作業(yè)順序。（2）計算生產節(jié)拍（C）（3）用下面的公式計算出所需要的工位數(shù)（N）：結果取不小于計算值的最小整數(shù)。計算出的工位數(shù)為理論

6、上滿足要求的最少工位數(shù)。（4）向第一個工位分配基本作業(yè)單元，一次一項，逐項增加，直到完成作業(yè)的時間等于節(jié)拍，或由于受作業(yè)時間或操作次序的限制其他基本作業(yè)單元不能再增加為止。 重復這個過程向第二個工位分配作業(yè)，然后是第三個工位，直到將所有基本作業(yè)單元分配完畢。分配作業(yè)時，首先分配具有第一特征的基本作業(yè)單元，若有問題，則分配具有第二特征的基本作業(yè)單元。其中第一特征為：具有最多后續(xù)作業(yè)；第二特征為：持續(xù)時間最長。（5）計算效率，評價生產線平衡效果。（6）如果結果不如人意，進一步調整生產線的平衡。2.1.3生產線平衡計算方法舉例某型玩具車要在一個傳送帶上組裝，每天生產1000臺，每天的生產時間是8小時

7、， 圖表1列出了組裝的基本作業(yè)單元和時間：基本動作時間（秒）動作描述必須提前的作業(yè)A23組裝車體支架B6安裝前后軸AC5擰緊支架螺釘BD27組裝傳動組件E9安裝電路板DF7安裝前輪CG7安裝后輪CH7安裝遙控組件EI7安裝馬達EJ5總裝，擰緊4個螺釘F、G、H、IK5測試J總時間T108圖表1 某型玩具車組裝的基本(jbn)作業(yè)單元和時間 下面我們看看如何(rh)按以上介紹的規(guī)則來配置玩具車的組裝生產線。第一步：畫流程圖圖表(tbio)2以流程圖的形式反映了圖表1中各基本作業(yè)單元的次序關系。圖表2 某型玩具車組裝作業(yè)流程圖 G第二步：計算生產節(jié)拍計算時將每天的工作時間換算成秒，因為作業(yè)時間是以

8、秒表示的。 第三步：計算工位數(shù)這是計算出的工位數(shù)的理論值，實際數(shù)量可能會大一些。第四步：向工位分配作業(yè)各基本作業(yè)單元后續(xù)作業(yè)數(shù)量如圖表3所示：基本作業(yè)單元ABCDEFGHIJK后續(xù)作業(yè)數(shù)量65454222210圖表3 各基本作業(yè)單元后續(xù)(hux)作業(yè)數(shù)量 向各工位分配作業(yè)(zuy)的過程如圖表4所示：工位作業(yè)作業(yè)時間（秒）剩余時間（秒）可安排的緊后作業(yè)緊后作業(yè)最多的作業(yè)持續(xù)時間最長的作業(yè)工位1A235.8（空閑）無工位2D271.8（空閑）無工位3B622.8C、EC、EEE913.8C、H、ICC58.8F、G、H、IF、G、H、IF、G、H、IF（注）71.8（空閑）無工位4G721.8H

9、、IH、IH、IH（注）714.8II77.8JJ52.8（空閑）無工位5K523.8（空閑）無注：若最長時間相等，任選一項作業(yè)。圖表(tbio)4 向各工位分配作業(yè)的過程第五步：計算效率： 效率為75%意味著生產線不平衡或閑置時間達25%，共有36秒的閑置時間（28.85112），最輕松的工位是工位5。第六步：進一步調整生產線的平衡能不能得到一個更好的平衡方案呢？在本例中，答案是肯定的。在本例中，將第一特征和第二特征交換，就會得到一個更好的方案。進一步調整生產線平衡可能采取的方法還有進行作業(yè)分解和采取柔性生產布置等。2.1.4作業(yè)分解最長的基本作業(yè)單元時間決定了生產節(jié)拍的最小可能值。最長的基

10、本作業(yè)單元時間就是生產節(jié)拍的下限，除非有可能將作業(yè)分解到兩個或更多的工位上去。考慮下面的例子，假設一條生產線的基本作業(yè)單元的時間分別為：25秒、42秒、17秒、15秒、22秒、18秒、9秒、15秒、27秒，生產線每天運行8小時，每天的產量為800臺。滿足800臺/天產量的生產節(jié)拍是36秒（86060）/800，現(xiàn)在面臨的問題是有一個基本作業(yè)單元的時間是42秒，大于36秒，應該怎么辦呢？有許多(xdu)方法可以使42秒的作業(yè)適合36秒的節(jié)拍?？赡懿捎玫霓k法如下：（1）作業(yè)(zuy)分解將這個作業(yè)分配(fnpi)到兩個工位上，雖然會產生多余動作。（2）作業(yè)共享讓相鄰的工位對該作業(yè)進行一點共享，這樣

11、相鄰的工位就能幫助完成一部分作業(yè)。作業(yè)共享與作業(yè)分解不同，對于作業(yè)共享而言，相鄰工位只是提供幫助，而不是獨立完成作業(yè)的某一部分。（3）設立平行工位將作業(yè)分配給兩個平行操作的工位。（4）聘用操作技能高的工人聘用操作技能高的工人也許能滿足36秒的要求。 （5）加班以42秒每臺的速度每天能生產685臺，比800臺少115臺，生產115臺需要加班約80分鐘（11542/60）。 （6）改進設計對產品設計進行改進使作業(yè)時間稍微減少是有可能的。其他減少作業(yè)時間的辦法包括設備改進、生產線設立備用人員、改進材料以及由多技能的工人組成團隊來操作生產線而不是讓生產線的工人各負其責。2.2生產線布置2.2.1直線型

12、與U型生產線以上生產線平衡事例對工位的配置結果如圖表5所示，這是直線型生產線布置，是最常見的一種生產線布置方式。ADBECFGHIJK圖表5 直線型生產線布置如果將以上事例的生產線布置成U型，將得到圖表6所示的布置。ABECFJIHGKD圖表6 U型生產線布置在以上生產線平衡事例中，將生產線布置成U型使5個工位減少為4個，因為A、K兩個作業(yè)可以由一個人來完成。U型生產線布置是柔性生產和精益生產中經常采用的一種生產線布置方式。U型生產線布置讓生產線拐個彎，將生產線上的物品投入口和輸出口放在一個地點。相對于將物品投入口和輸出口分開的直線型生產線布置，它有如下優(yōu)點：為生產線的平衡(pnghng)提供

13、更多的可能性；隨生產線流動的產品托板、工夾具等流回到起點，減少(jinsho)了搬送作業(yè)；一人進行多項操作時，有利于減少人員(rnyun)走動；不用安排不同的人進行投入材料和收集成品的工作；物流路線更加順暢。有時將U型生產線的首尾連在一起，成為O型生產線，進一步減少產品托板和工夾具等的搬送。2.2.2便于作業(yè)共享的生產線布置作業(yè)共享，即相鄰工位的員工互相提供幫助，能起到自動平衡生產線的作用。因此，在工位的安排上要注意不要將員工隔離或封閉起來，應該為作業(yè)共享創(chuàng)造條件，如圖表7所示。圖表7 有利于作業(yè)共享的生產線布置2.3 柔性(ru xn)生產2.3.1柔性(ru xn)生產的特點“柔性(ru

14、xn)”是指企業(yè)能根據(jù)市場需求的變化，快速提高和降低產能、變換產品品種的能力。大型生產線產能固定，為制造特定產品而設置，因而不具有柔性。柔性生產是相對于大型生產線難以變動的“剛性”而言，更具有靈活性和可變性。柔性生產通常具有以下特點：（1）生產線較小柔性生產的主要特點可以用一個字來概括，那就是“小”，小才具有靈活性。設置多條獨立工作的小型生產線來代替一條大型生產線，當產品需求量增加或減少時，可以很容易地通過復制或拆除小型生產線來加以對應。同時，用多條小型生產線來代替一條大型生產線，也為多品種同時生產提供了更有效的手段。因此，實現(xiàn)柔性生產的主要方法，就是將生產線小型化。撇開柔性生產而言，縮短生產

15、線也應該是工廠改善的重點。從生產線平衡的角度看，人數(shù)越多的生產線越難以平衡，其效率通常是不高的。生產線越長、人數(shù)越多也意味著有更多的在制品在生產線上，這也必然影響到生產效率和生產成本。而且生產線上的人數(shù)越多，出錯誤的機會也越多，就將導致越多的質量問題和越多的停機時間。（2）低成本設置生產線低成本設置生產線是生產柔性的要求。如果生產線是花大價錢設置的，要進行復制、拆除或改動就不是那么容易了，生產方式也就失去了“柔性”。到一些實現(xiàn)柔性生產的工廠去參觀，可能發(fā)現(xiàn)他們的生產線很簡陋，有的甚至是在以類似作坊的方式進行生產，不能認為那樣的生產方式就是落后的，對此種現(xiàn)象需要以柔性生產的眼光來看待。低成本設置

16、生產線除了要求組建生產線的材料要簡單、廉價，而且要求材料盡可能具有通用性，方便生產線變動時重復使用。（3）持續(xù)變革生產方式柔性生產是為了快速對應市場需求的變化，市場需求的不斷變化要求企業(yè)的生產方式也相應做出調整。企業(yè)所采用的柔性生產方式本身并不是一成不變的，需要進行改進甚至創(chuàng)造新的柔性生產方式以適應市場的變化。每個企業(yè)的實際情況都不一樣，沒有一種普遍適用的柔性生產方式。企業(yè)柔性生產的實現(xiàn)，需要結合本企業(yè)的生產特點和面臨的市場環(huán)境等實際情況，創(chuàng)造性地建立適合本企業(yè)的生產方式，并不斷進行改進。良好的現(xiàn)場改善氣氛對企業(yè)柔性生產的實現(xiàn)是有很大幫助的。成功實現(xiàn)柔性生產的工廠，生產線上的許多改善裝置常常就

17、是出自現(xiàn)場員工之手。2.3.2單元生產單元生產（Cell Manufacturing）是生產線小型化的產物。當設置多條小型生產線來代替大型生產線，且每條小型生產線都能獨立完成大型生產線的工作時，這樣的一條小型生產線就是一個生產單元。單元生產是最常見的一種柔性生產方式。單元生產的優(yōu)點不僅在于方便復制和拆除，為快速對應產量的變化提供了可能，同時，以多個生產單元來代替一條大型生產線，也方便了多品種同時生產。實行單元生產要求單元內的工人必須受過更好的訓練(xnlin)，能夠完成多種操作。由于單元生產是每個單元獨立完成工作的，因此每個單元都需要使用全套的工具和檢測設備，以“單元(dnyun)化”的方式(

18、fngsh)取代同樣產能的一條生產線，可能需要更高的投資。為降低單元設置費用，除了盡量使用簡單、廉價，且具有通用性的材料外，可考慮將高價值的工具和檢測設備在兩個以上單元之間共用。工廠產品市場需求的變化通常在一個區(qū)間內，由固定部分和變動部分組成。工廠實行柔性生產時，根據(jù)實際情況，可以采用既有生產線和生產單元相結合的形式，將固定產量部分在既有生產線上生產，變動部分在單元內生產。將生產線小型化做到極至，就是“一人生產方式”。在一人生產方式中，一個工人完成組裝產品（或產品的一個組件）的全部操作。當產品（或組件）組裝的工序較少，且產量不大時，一人生產方式因其極好的靈活性在特定情況下也是適用的。一人生產方

19、式也有生產線和工位，工人通過在各工位之間順序移動完成產品（或組件）的組裝。為便于工人在工位間移動，一人生產方式通常采用站立式作業(yè)，并常常將生產線設置成U型或O型，以減少工人的移動和產品托板、工夾具等的搬送。一種變型的一人生產方式是“巡回生產方式”。在巡回生產方式中，一個工人獨立完成組裝產品（或組件）的全部操作，但多個工人同時在生產線上進行相同的作業(yè)。3 衛(wèi)星結構及其裝配3.1 衛(wèi)星結構衛(wèi)星都是由有效載荷和平臺兩部分組成。有效載荷是衛(wèi)星的核心部分，隨衛(wèi)星不同用途而異，功能不一按其功能一般可分為通信廣播、對地觀測、導航定位、科學探測和技術試驗五大類，實際上每一大類中具體的有效載荷的功能、性能也很不

20、相同。有效載荷的品種多，技術更新快，若單獨生產較為繁瑣，因此提出標準化生產的概念，其中平臺標準化比較容易實現(xiàn)。國外的空間工業(yè)部門，特別是一些主要的空間制造商，經過多年的實踐已推出一批標準化的平臺。平臺是由星載各服務系統(tǒng)組合而成的一個艙段或幾個艙段，例如：服務艙、有效載荷艙(不含有效載荷)、推進艙、返回艙等(如下所示)：圖表8 衛(wèi)星(wixng)結構要想對衛(wèi)星進行流水線生產，需要了解衛(wèi)星的結構(jigu)，從而確定其裝配的順序，合理分配工位，實現(xiàn)脈動式流水線生產。衛(wèi)星裝配中必不可少的系統(tǒng)有：電源系統(tǒng)、結構系統(tǒng)、姿軌控系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、有效載荷。3.1.1結構(jigu)系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星的性能、使用、制

21、造等要求，我們選擇合適的衛(wèi)星結構形式和材料。結構構型的選擇主要是從性能要求、使用要求、制造要求和成本要求等方面考慮。微小衛(wèi)星的構型目前常見的有箱板式、桁架式、中心承力筒式和多層箱體組合疊放結構等幾種。箱板式結構：壁板既可以為衛(wèi)星提供外部輪廓，同時擔當主承力結構以及安裝界面，此構型具有結構簡單，內部空間富余，造價低廉等優(yōu)點，但也存在強度不足的情況，在選用此結構形式時可考慮與桁架式結構混合使用，來彌補箱板式結構強度不足的缺陷，并且也可解決單獨使用桁架式結構重量過大的問題。中心承力筒結構：可將其看作是一個圓柱形的殼體，以此作為衛(wèi)星的主承力結構，由于承力筒重量過大，結構較為復雜，空間布局形式不夠理想等

22、原因很少應用在微小衛(wèi)星上。多層箱體組合疊放結構：采用多個大小相同的方形箱體堆放在一起，并用金屬桿件進行固定連接的形式，它的好處在于將整個機構采用模塊化的形式進行設計，這樣既能提高靈活性又能降低制造成本。圖表9 衛(wèi)星(wixng)結構構型 3.1.2電源(dinyun)系統(tǒng)電源系統(tǒng)由太陽電池陣、儲能(ch nn)蓄電池組、電源控制器組成。太陽電池陣為電源系統(tǒng)的發(fā)電裝置，由于微小衛(wèi)星體積小、重量輕，整星沒有軌道控制系統(tǒng)，因此其太陽電池陣供電系統(tǒng)一般采用光電轉換效率較高的體裝式太陽電池陣。儲能蓄電池組負責在衛(wèi)星進入陰影期時為衛(wèi)星提供能源，由于微小衛(wèi)星基本為低軌道衛(wèi)星，軌道周期較短，一般為 90 分鐘

23、左右，每圈都有陰影期，為 30 分鐘左右，每圈可供充電的時間較短。而且，低軌道衛(wèi)星的有效載荷往往僅在特定區(qū)域或特定時間開機，有較多次的短期負載，因此蓄電池組必須選用比能量較高的蓄電池組。電源控制器是電源系統(tǒng)的核心部件，它提供電源系統(tǒng)的供電母線，在光照區(qū)完成對太陽電池陣輸出功率進行調節(jié)，在地影區(qū)對蓄電池組實施充放電控制以及保護等等，提供電源系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)及地面支持設備的接口，完成遙測信號的取樣及預處理，接受并執(zhí)行遙控指令及地面有線指令。微小衛(wèi)星由于系統(tǒng)比較簡單，因此將衛(wèi)星的配電系統(tǒng)與供電系統(tǒng)合二為一，統(tǒng)一為電源系統(tǒng)，因此，電源系統(tǒng)設計中還包括配電器單元電路。3.1.3熱控系統(tǒng)衛(wèi)星熱控系統(tǒng)分為主

24、動熱控和被動熱控。在被動熱控中，運用比較廣泛的是熱控涂層，采用高吸收發(fā)射比的熱控涂層來提高衛(wèi)星整體和熱控面的溫度水平，采用 S-781 白漆以及石英玻璃鍍鋁二次表面鏡來加強散熱面的散熱效果以及采用高發(fā)射率的熱控涂層來加強星內輻射換熱等等，實踐表明這些熱控涂層都達到了預期的效果。此外為了減少外熱流的影響，大部分衛(wèi)星在外表面粘貼多層隔熱材料（Multi-layer heat insulition 簡稱MLI）。隨著衛(wèi)星技術的日益發(fā)展，特別是一些對溫度及溫度梯度要求很高的儀器設備的采用，這時單獨的被動熱控不能很好地解決問題，于是主動熱控就成為一種有益的補充，它能達到很高的控制精度。對氫鎳電池組采用電

25、加熱器主動控溫的方法，在軌飛行驗證：四塊 Cd-Ni 蓄電池一直穩(wěn)定工作在 36的最佳溫度，電池塊之間的溫差小于 2，遠遠滿足-515的設計要求；上海航天技術研究院的趙小翔用毛細回路技術（Capillary Pumped Loop 簡稱CPL）對風云一號C 星的氫鎳電池組進行主動熱控，衛(wèi)星在軌運行測試表明：衛(wèi)星溫度處于最佳狀態(tài)，鎘鎳電池組的溫度控制在49的范圍內，6臺鎘鎳電池組之間溫差小于3，滿足鎘鎳電池組的特殊溫度要求。等溫化設計可以改善艙內儀器設備間的換熱，減小溫差(wnch)，另一方面能減小個別儀器設備熱功耗的變化引起的溫度波動，當儀器設備進行調換時，也不會因熱功耗或尺寸的不同，帶來較大

26、的溫度變化，這對于公用平臺的設計，適應有效載荷的變化，具有實際意義。這其中主要有以下幾種實現(xiàn)方式： （1）熱控涂層的應用：在衛(wèi)星內部所有外側壁板的內表面和儀器的外表面都噴涂高發(fā)射率的涂層有助于加強衛(wèi)星內部地輻射換熱效果，這從一定程度上降低(jingd)了衛(wèi)星內部地溫度差異。東方紅三號采用了這種方式。（2）熱管的應用：熱管在衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中被廣泛地應用，它可以(ky)布置在儀器的安裝位置下面，預埋在安裝儀器的蜂窩板夾層內，起到拉平蜂窩板溫度的效果。在“神舟”號飛船的熱設計中通過熱管設計來減少返回艙的周向溫差。熱管還可以布置在衛(wèi)星本體的側壁上，從而可以降低衛(wèi)星本體朝陽面和背陽面之間的溫差。 （3）導

27、熱填充材料的應用：對于熱功耗比較大的儀器設備來說，其底面和安裝板之間的接觸熱阻比較大，此時可以在這類儀器設備的底面和安裝板之間填充導熱填料來降低接觸熱阻，可以起到比較好的效果。（4）多層隔熱材料的應用：多層隔熱材料用于等溫化設計的一個比較突出的范例便是在衛(wèi)星本體的外表面布置多層隔熱材料，可以在很大程度上降低空間外熱流對衛(wèi)星溫度場的影響。此外，流體循環(huán)換熱回路以及毛細抽吸兩相環(huán)(CPL)都在衛(wèi)星的等溫化設計中也得到了比較廣泛的應用。3.1.4姿軌控系統(tǒng)衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)是整個衛(wèi)星系統(tǒng)的重要組成部分，是一個嵌入式實時控制系統(tǒng)。它不同于一般的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)復雜，要求較高的可靠性。圖表10 姿軌控系統(tǒng)結

28、構姿軌控系統(tǒng)主要包括敏感器 、控制計算機和執(zhí)行機構。常見的姿軌控敏感器有：地球敏感器（紅外、紫外）、太陽敏感器、星敏感器、載波相位查分GPS磁強計、陀螺等。姿軌控計算機采集、處理敏感器信號，根據(jù)控制算法產生執(zhí)行機構的驅動信號，使得在有外界擾動的情況下，衛(wèi)星仍滿足姿態(tài)及軌道要求，實現(xiàn)姿態(tài)確定與姿態(tài)穩(wěn)定控制，提供高精度的姿態(tài)測量數(shù)據(jù)，完成正常軌道運行期間的姿態(tài)穩(wěn)定控制，克服由于軌道維持及軌道機動所產生的姿態(tài)擾動，將姿態(tài)角和姿態(tài)角速率控制在任務要求的范圍內。姿態(tài)軌道控制的執(zhí)行可以通過(tnggu)噴氣控制和飛輪控制來完成。3.2衛(wèi)星(wixng)裝配衛(wèi)星總裝實施(shsh)過程分為組件、部件總裝，功

29、能組建總裝，艙段總裝和整星總裝。下圖為某衛(wèi)星的總裝過程：圖表11 某衛(wèi)星總裝過程該衛(wèi)星的總裝流程主要由結構殼體裝配、單機裝配、電纜裝配等組成。在衛(wèi)星CubeSat的裝配中，同理根據(jù)衛(wèi)星結構及其平臺設計總裝流程，分配工位，從而實現(xiàn)脈動式流水線生產。4 CubeSat簡介及模擬總裝過程4.1 CubeSat衛(wèi)星CubeSat衛(wèi)星雖然體積小，但大衛(wèi)星需要的系統(tǒng)它身上也都有，包括星務管理、通信、電源、姿態(tài)確定與控制、結構熱控、載荷等。不同的衛(wèi)星任務決定了星上載荷的不同，從而對其他分系統(tǒng)的要求也不同，會根據(jù)具體的情況進行不同的設計。比如載荷的體積較大，就要選擇2U或者3U的衛(wèi)星，耗電量較大的載荷就需要增

30、加太陽能帆板等。對于脈動試生產線實際應用過程中，其在波音公司的成功實現(xiàn)是舉世矚目的，在CubeSat裝配過程中，其也可以使用并仿照波音公司的脈動式裝配生產線。在小衛(wèi)星裝配過程中，可以將小衛(wèi)星的裝配劃分成結構系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等多個離散的工作區(qū)，使其在整個裝配線的移動過程中，每脈動一次，即可完成一定的裝配工作，從而實現(xiàn)整個裝配過程的脈動生產。而且在小衛(wèi)星裝配過程中，其接收到的每一個部件，如整體結構，有效載荷，制導系統(tǒng)都是相當于“成品”，及其部件內不僅結構完整，而且相應的線路，電纜等都已經安裝好，是典型的模塊化裝配。脈動式生產線在裝配過程中，核心思想是精益化制造，CubeSat小衛(wèi)星也可按照精益化生產

31、線原則進行布局，使得零部件、工藝裝備、材料和人員都精確到達生產線所需要的使用地點。所以，在CubeSat小衛(wèi)星的裝配制造過程中，應用脈動式裝配生產線是具有可行性的。應用脈動式生產線進行小衛(wèi)星(wixng)裝配時，對于制造(zhzo)型企業(yè)而言，如果(rgu)是按照流水線式的生產方式，其必然是成批生產，成批移動；在成批生產條件下，生產具有重復性，產品品種較少，每種產品的產量較多，形成多品種周期性的輪番生產的特點。而在脈動式生產線的單件生產，單件移動的條件下，即按照工作流程將作業(yè)場地、設備（作業(yè)臺）合理配置，一般劃分為幾個工作段，產品在每個工作段生產時，零件一個一個地經過各種工作地進行加工、移動，

32、不是一批一批地加工、移動，每個工序最多只有一個在制品或成品。在每個工作段中從生產開始到完成之前，沒有在制品放置場地及入箱包裝的作業(yè)。作業(yè)人員隨著在制品走，從作業(yè)區(qū)的第一個工序到最后一個工序都是該作業(yè)人員操作。事實上如果產品按從原材料到成品的過程連續(xù)來生產的話，即單件流動，工作能更好、更有效地完成。在單件流動中，因為在每個工段中各工序銜接在一起，前工序做完一個在制品，就可立即“流”到下一工序繼續(xù)加工，所以工序間幾乎沒有搬運距離，也沒有在制品，因此在制品數(shù)量可以大幅度降低，生產空間也跟著減少了。不良品一旦發(fā)生，就可立即發(fā)現(xiàn)，而且很容易地確認出是由哪一臺機器、哪一個作業(yè)者做出來的。這有助于消除不良品

33、。更重要的是生產周期大幅度縮短，更能滿足市場多變的需求。由于不必為每臺設備單獨設置人口存放處和出口存放處，場地也節(jié)省了許多。在脈動式生產的核心精益式生產的推動下，企業(yè)利用其所有資源盡力控制產品生產制造裝配過程中的非增益活動，從而使產業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)都得到改善。經過波音公司的實踐過程，脈動式生產線在以下方面已經有無數(shù)的實踐證明是取得成效的：庫存大幅降低，生產周期減短，質量穩(wěn)定提高，各種資源（能源、空間、材料、人力）等的使用效率提高，各種浪費減少、生產成本下降，企業(yè)利潤增加。同時，員工士氣、企業(yè)文化、領導力、生產技術都在實施中得到提升，最終增強了企業(yè)的競爭力。對于服務型企業(yè)而言，提升企業(yè)內部流程

34、效率，做到對顧客需求的快速反應，可以縮短縮短從顧客需求產生到實現(xiàn)的過程時間，大大提高了顧客滿意度，從而穩(wěn)定和不斷擴展市場占有率。在CubeSat小衛(wèi)星在裝配的過程中，針對于其在裝配過程中，產品種類眾多，制造技術專業(yè)復雜，而且在裝配過程中同一機型上不同子系統(tǒng)中的機電類產品都具有復雜的分類，不同類別產品的結構和制造工藝差異巨大，生產線規(guī)劃和組織困難；產品轉換頻繁，生產管控困難，航空機電產品每年都有多個機型上千種機電產品的生產配套要求，各產品交付節(jié)點不同，且隨著國際環(huán)境的變化，新機型科研任務的陸續(xù)上馬，產品生產周期變得越來越短，給企業(yè)制造計劃的制訂、制造資源的分配以及生產組織管控提出了嚴峻的挑戰(zhàn)；采

35、用固定式裝配模式，生產效率較低，而且在整個裝配生產過程中過度依賴工人技能，質量保證水平低，由單人或同一班組完成所有工序的裝配工作，對裝配人員要求較高，由于不同操作人員對產品裝配過程的理解存在差異，操作技能水平參差不齊，造成產品的裝配流程不穩(wěn)定，致使產品裝配質量不穩(wěn)定。鑒于上述現(xiàn)實問題，傳統(tǒng)的生產流水線方式已不再適用于現(xiàn)在的CubeSat小衛(wèi)星的裝配生產，所以實行脈動式裝配生產線是十分必要的。4.2總裝(zn zhun)流程計算與模擬經多方查找資料，得出總裝表格如下，按照二所介紹的方法，進行(jnxng)裝配工位分配。圖表12 CubeSat的部件劃分(hu fn)及推演的加工時間按照所介紹的方

36、法，模擬加工過程。結論如下：當只考慮第一條件時，最多工位達到6個，生產率為66.7%。重新考慮第二特征，就能明顯優(yōu)化生產線，提高生產率到達80%，但是此生產線依然是流水型的，并沒有出現(xiàn)目標中的u型生產線優(yōu)化。生產節(jié)拍即脈動一次時間為9.75utime，需要4個工位，有效時間為39utime。模擬裝配過程圖如下，具體過程見裝配視頻。5 補充(bchng)說明5.1 研究(ynji)的顆粒度我們關于CubeSat的裝配工位劃分時，只停留在比較大的模塊層面來劃分，顆粒度較大。實際(shj)裝配過程中，比如說推進板部分，這部分是系統(tǒng)下的小模塊，總裝過程只考慮把推進板裝在總體上，而不考慮推進板本身的總裝

37、過程。因為分系統(tǒng)自己的裝配可以在總裝之前完成，我們只給出一個參考的裝配表格。關于更細化的裝配過程，可通過蟻群算法來實現(xiàn)。5.2蟻群算法原理首先，螞蟻在前行的過程中要能盡量保持某種慣性，這樣使得螞蟻盡量向前方移動（開始，這個前方是隨機固定的一個方向），而不是原地無謂的打轉或者震動；其次，螞蟻要有一定的隨機性，雖然有了固定的方向，但它也不能像粒子一樣直線運動下去，而是有一個隨機的干擾。這樣就使得螞蟻運動起來具有了一定的目的性，盡量保持原來的方向，但又有新的試探，尤其當碰到障礙物的時候它會立即改變方向，這可以看成一種選擇的過程，也就是環(huán)境的障礙物讓螞蟻的某個方向正確，而其他方向則不對。當然，在有一只

38、螞蟻找到了食物的時候，大部分螞蟻會沿著信息素很快找到食物的。但不排除會出現(xiàn)這樣的情況：在最初的時候，一部分螞蟻通過隨機選擇了同一條路徑，隨著這條路徑上螞蟻釋放的信息素越來越多，更多的螞蟻也選擇這條路徑，但這條路徑并不是最優(yōu)（即最短）的，所以，導致了迭代次數(shù)完成后，螞蟻找到的不是最優(yōu)解，而是次優(yōu)解，這種情況下的結果可能對實際應用的意義就不大了。螞蟻如何找到最短路徑的？這一是要歸功于信息素，另外要歸功于環(huán)境，具體說是計算機時鐘。信息素多的地方顯然經過這里的螞蟻會多，因而會有更多的螞蟻聚集過來。假設有兩條路從窩通向食物，開始的時候，走這兩條路的螞蟻數(shù)量同樣多（或者較長的路上螞蟻多，這也無關緊要）。當

39、螞蟻沿著一條路到達終點以后會馬上返回來，這樣，短的路螞蟻來回一次的時間就短，這也意味著重復的頻率就快，因而在單位時間里走過的螞蟻數(shù)目就多，灑下的信息素自然也會多，自然會有更多的螞蟻被吸引過來，從而灑下更多的信息素；而長的路正相反，因此，越來越多地螞蟻聚集到較短的路徑上來，最短的路徑就近似找到了。螞蟻在一定情況下也會犯錯誤，也就是它會按照一定的概率不往信息素高的地方走而另辟蹊徑，這可以理解為一種創(chuàng)新，這種創(chuàng)新如果能縮短路途，那么根據(jù)剛才敘述的原理，更多的螞蟻會被吸引過來。5.3 蟻群算法的應用針對于CubeSat小衛(wèi)星的裝配，使用蟻群算時，可以先用數(shù)字化系統(tǒng)進行模擬，從一開始在對裝配路徑進行模擬

40、時，首先讓程序螞蟻對裝配生產線的路徑進行遍歷，每進行一步，便會對所經歷的路徑留下一個標志進行計數(shù)，當遍歷完了后程序螞蟻會沿原路返回，繼續(xù)作為一個新的程序螞蟻進行遍歷，以此方式在裝配生產線中遍歷，經過一段時間，會出現(xiàn)一條被標記最多的線路就是我們所要的最短線路，這條路徑便是我們所要的最短路徑。當裝配生產線很長的時候，程序螞蟻的遍歷就可能不會遍歷到盡頭便會發(fā)現(xiàn)一條有足夠多的標記的線路，這條不完整的線路的已遍歷部分便可能是想要的最短路徑的一部分，在此路徑的結尾可以重新開始繼續(xù)向下遍歷，從而得到一段段的相對最短，從而連接得到一條線路，這條線路可能不是最短線路，是次優(yōu)解，但在實際的生產加工過程中可以先沿用這條路徑，在生產經驗中在對裝配生產的路徑進行進一步的完善和改進，從而得到更加精確更加短的路徑。5.4 精益管理(gunl)“精”少投入、少消耗資源(zyun)、少花時間，尤其是要減少不可再生資源的投入和耗費，高質量。“益”多產出經濟效益，實現(xiàn)企業(yè)升級的目標。更加，精益求精。精益企業(yè)的概念始創(chuàng)于豐田公司大野耐一實行(shxng)的即時生產概念，其核心是在