随着轻质复合材料飞机需求的不断增长，先进的复合材料制造技术正在被开发出来，以快速交付更多飞机，提高质量并降低成本。作为飞机开发计划的一部分，这些先进技术需要进行生产准备评估。除其他考虑因素外，还必须对制造技术的成本、速率能力和质量进行评估。本研究考虑了一种应用于大型飞机结构的复合材料铺层技术，称为 AFP（自动纤维铺放）。研究的目标是确定进一步技术开发的关键性能变量，确定速率和质量能力，并确定基准性能要求。研究采用了基于代理的方法，以便对大量变量和变量值进行参数实验。结果是验证了一套性能参数，其基准值符合计划要求。
这项研究是应波音公司制造技术部门的要求进行的，目的是评估 AFP 在飞机研发项目的特定部件上使用的可行性和能力。请求者希望评估当前技术水平在拟议生产系统中的特定零件上的性能。此外，他们还希望开发一套参数和最小允许值，以用于招标书（RFP）文件。客户提供了一套决策变量、关键绩效指标和系统属性，详见表 1。他们还提供了高层次的零件几何形状和生产率要求。
表 1.问题特征
| 决策变量：机器人数量、每个机器人的头数 |
| 关键绩效指标：指定部件的铺层速度（磅/小时）、系统非经常性成本 |
| 停机时间参数：机头更换时间、线轴容量、故障道次百分比、每次故障的停机时间、质量检查时间 |
| 性能参数：加速度/减速度、最大线速度、最大旋转速度、切割时间、机器人之间的最小距离 |
波音商用飞机公司在其 2015 年市场竞争展望中预计，未来 20 年将需要近 9000 架宽体飞机。其中大部分需求将由当前和下一代飞机来满足，这些飞机将采用大量复合材料部件和结构。为了满足这一需求，航空航天制造商正投入大量精力开发复合材料新技术和制造工艺。当然，这些材料和技术在投入生产使用之前必须经过验证、测试和鉴定。制造技术很难在开发阶段进行测试，特别是在生产性能指标方面，如速率能力和利用率，因为现场生产系统相互关联，性质复杂。因此，模拟方法是估算生产性能参数的理想方法。
先进纤维铺放（AFP）是一种将多条 "纤维束 "薄树脂浸渍纤维应用于轮廓工具的技术。这种技术非常适合需要在大型轮廓零件上实现高精度的航空航天应用。目前有多家供应商提供 AFP 系统，他们不断开发机器和控制技术，以满足最终用户日益增长的需求。AFP 系统由一个或多个机器人组成，每个机器人有若干个头，每个头铺设一条丝束。每个头部都有一个线轴，将纤维材料输送到头部。机器人在工具上来回移动（或工具在机器人头下旋转），以铺设材料。
由于可用输入数据的性质，我们采用了基于代理的方法。机器人和机器人头被建模为具有速度和加速度等属性的代理，而零件则被建模为一组代理，代表要铺设的材料的一个牵引宽度（称为 "路线"）。这些轨迹代理由零件几何数据填充。通过这种方式，我们可以对机器人的数量、每个机器人的头数以及机器人的性能参数进行试验。
这项研究的结果确定了机器人/机器人头和非经常性成本的有效边界。此外，还确定了满足生产率要求的最低配置。然后选择了其中几个解决方案，对机器人性能和停机时间参数进行了详细的敏感性分析（图 1）。对这些详细结果进行的线性回归突出了两个关键参数，它们是影响铺设性能的最主要因素。
图 1.选定方案的最佳前沿和详细敏感性分析
这项研究对于决策者在实际部件或系统测试之前了解特定技术的生产性能至关重要。我们验证了该技术是否能满足速率要求，以及这样做的最低非经常性成本是多少。敏感性分析为正在开发该技术的供应商提供了最低性能要求。