波音公司威奇托分部拥有近一个世纪的卓越航空制造历史，面临着一项关键的运营挑战，有可能制约未来的生产能力。自 20 世纪 20 年代以来，该工厂已生产了 1,600 多架 B-29、744 架 B-52 和 10,000 多架 737 机身，并运营着一家专门的喷漆工厂，负责发动机整流罩、反推力装置和进气口（商用飞机发动机的可见外部组件）的喷漆工作。
产能规划制造挑战源于两个从根本上改变了运营格局的因素。传统的飞机型号正在逐步淘汰，而新的产品线则引入了更大的部件，使现有的设备能力捉襟见肘。新部件比以前的部件大得多，需要不同的喷漆材料和固化工艺，这就要求喷漆和固化操作需要两个完整的循环，而不是传统的单次循环。
波音公司现有的喷漆设备最初是为满足 20 世纪 80 年代和 90 年代的产品需求而设计的，使用的打磨、清洗、喷漆、固化和一般部件缓冲系统已无法满足不断变化的要求。该设备处理三个飞机型号系列的约 20 种不同零件，每种零件都有独特的生产率，以每月一架飞机（APM）为单位。一些部件需要多次喷漆作业，每个步骤的工艺持续时间各不相同，不同类型部件的返工概率也不尽相同，这些都增加了系统的复杂性。
关键操作限制：
只有在一小时内到达的零件类型相同、表面处理一致的情况下，才能对零件进行分批处理
事实证明，波音公司所依赖的基于 Excel 的传统产能研究无法处理复杂的路由模式、批量行为和动态调度要求。这些基于电子表格的方法无法提供缓冲区大小要求的可见性，也无法预测单个零件的准时交付性能。什么是产能计划成了一个基本问题，因为波音需要复杂的分析能力，以模拟其喷漆设施运营中复杂的相互依存关系。
日益增长的需求与更大型、更复杂零件的引入交织在一起，给现有系统带来了前所未有的产能压力。新模式的改变要求部件在喷漆和固化过程中循环两次，这实际上将这些部件的加工时间延长了一倍，同时占用的物理设备空间也是相同的。这种限制，再加上由于设备尺寸的限制而无法批量生产更大的部件，有可能造成瓶颈，影响波音公司履行客户交付承诺的能力。
该工厂的喷漆室和烤箱系统是为较小的传统产品设计的，即使在新产品线全面实施之前，其利用率也已接近最大产能。波音公司的领导层认识到，如果没有准确的产能规划制造分析，他们就有可能在不必要的设备上投资过多，或者对未来的需求准备不足，从而影响运营绩效。
波音公司与 Simio 合作开发了一种全面的航空航天仿真方法，该方法能够准确模拟复杂的喷涂设施运营，并为产能规划决策提供数据驱动的洞察力。此次合作利用 Simio 的离散事件仿真能力创建了两个不同的分析模型，旨在回答有关设施产能和设备需求的关键战略问题。
航空航天工程软件实施利用 Simio 的面向对象架构来创建波音喷漆设施运营的详细数字表示。建模方法认为，离散事件仿真可以处理传统 Excel 方法无法解决的复杂操作问题，包括复杂的路由模式、批处理行为、特殊处理规则以及针对单个部件和整体系统效率的综合绩效评分。
仿真模型作为输入-过程-输出系统运行，输入包括需求预测、零件路径、工人时间表、过程持续时间以及每种零件类型的返工概率。流程部分描述了完整的系统行为，包括需求到零件到达的转换、控制喷漆操作启动的自定义处理规则、资源可用性限制以及操作之间的零件移动延迟。输出指标侧重于准时交付百分比、设备和工人利用率、空间消耗日志以及系统内零件的实时跟踪。
现状模型侧重于现有的系统配置，包括打磨、清洗、喷漆、固化和一般零件缓冲操作，以满足传统产品的需求。航空航天建模方法捕捉到的现实情况是，理论上可以对较小的部件进行分批处理，但由于生产率较低，无法同时到达喷漆系统，因此通常不会进行分批处理。
该模型纳入了关键的操作限制，包括新的模型零件几乎无法适应现有设备，因此无法对这些较大的部件进行分批处理。新部件在喷漆和固化过程中需要完成两个循环的要求，以及需求增长和这些加工变化所造成的产能压力，都在模型中得到了准确体现。
为了检查最大吞吐潜力，当前状态模型包括主要喷漆室和烤箱系统，以及目前用于培训目的的额外喷漆室。这种配置使波音公司能够了解其现有基础设施的绝对容量限制，并确定何时需求会超过可用容量。
未来状态模型通过模拟最佳设施布局和设备配置，解决了波音公司关于新建厂房扩建需求的战略问题。航空航天仿真软件可对各种方案进行评估，这些方案假定与当前运营相同的零件路径、工期和返工率，同时纳入增强的运营参数。
未来状态配置假定每周五天两班制运行，新设备的尺寸可在整个流程中对任何尺寸的两个零件进行配料，有效消除了设备尺寸的限制。模型设计遵循约束理论原则，将喷漆室确定为系统约束条件，因为其设备成本高且需要熟练劳动力。
设备布局优化采用了一个基于拉动的系统，零件从到达时的缓冲区经过打磨、清洗区和遮蔽操作，然后经过固化、去遮蔽、钢网、质量保证和装运。当部件完成喷漆作业后，下一个最急需的部件将提前到位，从而形成一个简化的流程，最大限度地减少瓶颈，最大限度地提高设备利用率。
解决方案方法包含多个需求场景，测试设备配置和操作方法的各种组合。每种情景都包括三个部件系列，每个部件系列的飞机月计划率为 12 个月，需求量保持不变，以评估系统在持续运行条件下的性能。
航空航天工程软件可以测试不同的方法，包括配料与非配料方法、烘箱固化与旋转室固化技术。对设备数量进行系统调整，并执行模型迭代，直到为每种需求情况和方法组合确定最佳配置。
性能量化利用波音公司 ERP 系统中的计划流动天数与建模流动天数进行比较，以计算准时交货百分比和总逾期天数。通过这种评分方法，可以对不同的方案和设备配置进行客观比较，从而确定满足各种运营要求的最佳解决方案。
基于 Simio 的喷涂设施产能规划分析提供了全面的见解，从根本上改变了波音公司的设施扩建和设备投资决策方法。离散事件仿真模型为关键的战略问题提供了精确的答案，同时揭示了传统分析方法无法识别的优化机会。
现状模型明确指出，现有设施设备无法满足未来的需求。利用 "系统中的零件数量 "图表分析，模拟确定了系统容量将被超过的精确点，急剧的正斜率表明设备何时无法再跟上增加的到达率。
验证过程将模拟预测与基于 Excel 的负载图预测进行了比较，确认在考虑到无加班、无返工、无环境条件导致的额外底漆闪断时间等假设修改的情况下，需求将在大致相同的时间范围内超过产能。与 Excel 负载图相比，该模型使用了具有可变性的主题专家时间，从而更准确地反映了实际流程持续时间，而 Excel 负载图使用的是没有可变性的零件标准，因此高估了产能。
当前状态模型的多次迭代探索了各种产能扩展策略，包括重新启用以前用于培训新喷漆工的退役喷漆房。然而，即使有了这些额外资源及其相关限制，分析仍证实现有基础设施无法在规定时间内满足预计的需求增长。
未来状态模型分析揭示了有关最佳设备配置和操作方法的重要见解。通过四种不同的方法测试了四种不同的需求情景--带烘箱的配料、带旋转的配料、不带烘箱的配料以及不带旋转的配料--为战略决策提供了全面的数据。
设备配置结果：
带烤箱的配料组合需要 4 个喷漆室和 3 个烤箱，共 7 台设备
分析表明，通过单独的烤箱固化来最大限度地提高喷漆室的流量，看似是最大限度地减少昂贵的喷漆室设备的最佳方法，但从整个系统的角度来看，实际上效率较低。旋转技术方法将喷漆和固化结合在同一设备空间内，减少了整体设备数量和设施布局要求。
离散事件模拟法的一大优势是可以量化整个设备的缓冲区大小要求和空间消耗。每种零件类型在不同工艺步骤中消耗的面积各不相同，适当的工作执行还需要额外的空间--烤箱中零件周围多出两英尺以保证气流，手动操作区周围多出三英尺以保证便携式楼梯的进出，清洗区周围多出六英尺以保证高压清洗机的操作。
航空航天模拟软件可以跟踪每个流程步骤的空间消耗，特别是在中转区域，从而可以准确分配所需面积，实现最佳设施布局。这一功能为波音公司提供了设施扩建规划和空间利用优化的精确数据。
该模型能够评估各种返工情况，为质量规划和设备选型提供了重要依据。以 5%为增量对 0% 至 25% 的返工率进行测试，结果显示质量性能对设备要求的巨大影响：
返工率为 10%时需要额外的烤箱和喷漆工人
该分析清楚地表明，新型号零件的返工率将对设备需求产生重大影响，为波音公司提供了以数据为导向的质量目标，直接影响到设备投资需求。
通过全面分析，波音公司认识到优化空间和减少设备数量比最大限度地提高单个喷漆室的利用率更有价值，因此在固化操作中采用了旋转方法。所有设备的大小都考虑到了大型部件的批量生产，设备布局的优化基于模拟驱动的洞察力，而不是传统的产能规划方法。
事实证明，航空航天建模方法优于基于 Excel 的复杂系统产能分析，因为它可以处理复杂的零件路径，纳入返工率，量化缓冲区大小，在分析中增加持续时间的可变性，并评估整个系统的性能而不是单个设备的性能。
波音涂装设备产能规划项目展示了先进的仿真技术如何改变传统的制造规划流程，同时提供可衡量的战略价值。波音与 Simio 之间的合作说明了航空仿真软件通过数据驱动的分析和优化来应对复杂运营挑战的潜力。
离散事件仿真方法使波音公司对其设施扩建决策、准确的设备选型建议和优化的运营方法充满信心，从而最大限度地减少了空间需求和资本投资。在不影响运营的情况下测试多种方案的能力使波音公司能够就技术采用和设施布局做出明智的决策，而传统的分析方法是不可能做到这一点的。
此次实施验证了 Simio 作为智能数字孪生仿真技术领导者的地位，展示了现代仿真平台如何在提供可衡量的商业价值的同时，应对复杂的航空制造挑战。成功的分析为波音公司提供了具体的设施扩建蓝图，该蓝图兼顾了运营要求和资本效率，确保了未来生产需求的最佳性能。
该项目的成功加强了精密产能规划制造分析在航空运营中的重要性，因为在航空运营中，复杂的约束条件和高价值产品需要精确的优化来保持竞争优势。波音公司的经验表明，愿意投资于先进仿真能力的企业可以实现卓越的运营成果，同时最大限度地降低与设施扩建和设备投资决策相关的风险。
波音公司拥有最先进的加工、装配、自动化和复合材料制造技术，并由世界一流的工程能力和专门的研究与技术中心提供支持。