基于复杂网络理论的运载器产品装配过程资源可靠性分析

航天运载器产品的装配过程是一个复杂的系统工程，某一个制造资源的冗余或缺失有可能会对系统的效能造成严重影响。本文对运载器产品的制造过程进行分解，引入复杂网络理论，将制造资源节点抽象为网络节点，建立以制造资源为主体的复杂网络模型，并对制造资源网络的复杂网络特性，包括节点的度及其分布、负载的情况及鲁棒性进行分析。并以实际制造任务为模型进行探索，研究结果对制造任务的分解、制造资源节点的选择、资源节点的全局优化调度、制造资源网络的鲁棒性和可靠性等的研究提供理论依据。

航天领域运载器的装配是根据尺寸协调原则，采用装配工具、工装和设备等将各种零件或组件按照设计和技术要求，并按一定的方法和顺序进行组合、连接的过程。以运载器舱段为例，其结构一般为铝合金薄蒙皮、周向按角度分布桁条、大梁，航向分布中间框、端框等组成的半硬壳结构，涉及零部件数量庞大、结构复杂、工序流程长，且由于其对接协调性、互换性要求，装配过程中引入大量工艺装备， 使得舱段的装配工艺过程极其复杂[1]；为适应航天产品小批量多品种的订单需求，实现快速响应，降低生产成本，提高生产效率，众多的制造企业构建了柔性化混流生产线或柔性制造系统以实现制造资源的快速重组和复用。围绕运载器装配过程，形成了大规模的、极其复杂的制造资源集合。如何发掘单点失效资源， 并根据资源的关重程度进行扩能建设， 在降低成本的同时又能保证制造系统的鲁棒性和可靠性， 是众多航天产品装配企业关注的问题之一。

复杂网络是由大量的节点和节点之间的连接构成的复杂拓扑结构，随着其理论的发展，小世界网络和无标度网络[2] [3]相继出现， 扩展了解决现实问题复杂性的新途径， 并为制造过程复杂性问题探索了新的方向。Hu 等通过建立制造复杂性指标，采用熵函数描述装配过程及装配供应链的复杂性[4]；孙惠斌等将复杂网络理论引入多工序加工过程中，揭示了多工序加工过程中的工件误差传递机理[5]；祁国宁等研究了大规模定制中的零部件关系网络特性[6] [7]；从以上文献可知， 复杂网络理论在解决复杂系统建模和优化问题上具有天然优势，适用于制造系统复杂性问题的研究与分析。

本文从全局视角出发，将其复杂网络应用到运载器装配过程的制造资源网络建模与分析中，通过建模和分析研究网络的结构和物理特性，为制造资源的重构和再优化及网络可靠性提升提供支持。

2. 制造资源网络的拓扑模型 2.1. 制造资源网络的定义 从装配工艺角度分析，舱段产品在装配过程中体现出工序流转关系，不同工序之间存在串行或者并行的关联特性，随着装配过程的进行形成有向的工序流或网络，如图1。