增材制造工藝規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化工作探析

翟曉玲 朱榮全 徐美林 王云燕

（北京遙感設(shè)備研究所，北京，100854）

文 摘：增材制造是依據(jù)三維模型數(shù)據(jù)將材料連接制作成物體的過(guò)程，通常是逐層累加的過(guò)程，其廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、汽車制造、注塑模具等領(lǐng)域。通過(guò)分析企業(yè)在編制增材制造工藝規(guī)程中遇到的問(wèn)題，總結(jié)實(shí)際工作中工藝標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范性經(jīng)驗(yàn)，從工藝文件編號(hào)的確定等方面提出解決方法和建議。

我國(guó)目前正推動(dòng) “制造大國(guó)”向 “制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)型升級(jí)，智能制造是趨勢(shì)，而增材制造技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。增材制造是依據(jù)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）分層建模，然后逐層累加材料的方法制造實(shí)體零件。其制造原理是材料逐點(diǎn)累積形成面，逐面累積成為體[1]。這種方法可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。隨著德國(guó)的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》、美國(guó)的 《下一代增材制造材料戰(zhàn)略路線圖》、中國(guó)的 《中國(guó)制造2025》等的相繼提出，增材制造技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于航天產(chǎn)品的研制生產(chǎn)中。但是，先進(jìn)的技術(shù)還要結(jié)合規(guī)范的技術(shù)文件才能量產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。本文從工藝標(biāo)準(zhǔn)化的角度梳理了增材制造工藝規(guī)程編制中遇到的一些問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決途徑。

1 增材制造工藝規(guī)程在編制過(guò)程中遇到的問(wèn)題

增材制造屬于先進(jìn)的制造技術(shù)，企業(yè)升級(jí)了制造設(shè)備、采用了先進(jìn)的制造方法、培訓(xùn)了操作人員，但往往忽略了現(xiàn)有技術(shù)文件的要求、標(biāo)準(zhǔn)與先進(jìn)技術(shù)的匹配性。所以，在編制增材制造工藝規(guī)程中遇到了以下幾方面的問(wèn)題。

1.1 沒(méi)有適用的工藝文件編號(hào)

航天產(chǎn)品的工藝規(guī)程編制中都有工藝文件編號(hào)的要求，均按照QJ903.11B-2011《航天產(chǎn)品工藝文件管理制度 第11部分：工藝文件編號(hào)規(guī)定》進(jìn)行編制。其要求基本代碼由三部分組成：產(chǎn)品代碼、工藝文件類別代碼、工藝方法代碼。第一部分的產(chǎn)品代碼由產(chǎn)品確定；第二部分的工藝文件類別代碼是20（工藝規(guī)程）都可用于增材制造；第三部分的工藝方法代碼，標(biāo)準(zhǔn)中比較接近增材制造的工藝方法代碼見(jiàn)表1。

表1 QJ903.11B中接近增材制造的工藝方法代碼

根據(jù)所利用的熱源不同，金屬增材制造主要分為激光、電子束、電弧術(shù)和金屬固相增材制造技術(shù)等。表 1中的焊接 （20）、數(shù)控加工 （31）均不適用。

增材制造的材料主要包括聚合物材料 （工程塑料、生物塑料、熱固性塑料、光敏樹(shù)脂、高分子凝膠）、金屬材料 （不銹鋼、高溫合金、鈦、鎂鋁合金、鎵、鎵-銦合金、金、純銀、黃銅）、陶瓷材料 （硅酸鋁陶瓷粉末）和復(fù)合材料 （高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）等。表1中的復(fù)合材料成型 （75）、粉末冶金 （91）、非金屬材料成形加工 （93），均不適用。

1.2 缺少適用的工藝文件格式

工藝規(guī)程是由多種工藝卡片組成的一份文件。增材制造工藝規(guī)程中應(yīng)有用于增材制造文件以及對(duì)應(yīng)其內(nèi)容說(shuō)明的工藝卡片。增材制造工藝的核心是模型，增材制造工藝規(guī)程中應(yīng)包括對(duì)模型的描述和規(guī)范，應(yīng)有主要用于匯總增材制造三維設(shè)計(jì)模型、三維工藝 （工序）模型的工藝卡片。QJ903B-2011《航天產(chǎn)品工藝文件管理制度》中沒(méi)有相應(yīng)的工藝卡片格式規(guī)定。

1.3 工藝卡片順序缺乏規(guī)范性

增材制造工藝規(guī)程是由一系列的工藝卡片組成。操作人員在熟悉文件時(shí)，是按照既定順序進(jìn)行翻閱的，如果工藝卡片順序沒(méi)有規(guī)范性，很容易造成漏看等一系列問(wèn)題。增材制造工藝規(guī)程其中既包括了QJ903B-2011中已有的工藝卡片，也包括了準(zhǔn)備新增的適用于增材制造的工藝卡片。這些不同種類的工藝卡片，其先后順序，哪些可刪減，哪些是必不可少的，在工藝人員進(jìn)行編制工藝文件前，應(yīng)有一個(gè)共同的準(zhǔn)則來(lái)遵守。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，缺少對(duì)此類工藝卡片順序的規(guī)定。

1.4 工藝卡片填寫(xiě)方法缺少相關(guān)規(guī)定

目前工藝卡片的種類無(wú)法滿足增材制造工藝規(guī)程的編制要求，如何填寫(xiě)適用于增材制造的工藝卡片？如果新增工藝卡片的部分欄目是與舊有工藝卡片相同的，例如： “零、部、組 （整）件代號(hào)”等，這部分的填寫(xiě)較容易理解。但有些欄目是增材制造卡片特有的，這部分欄目該如何填寫(xiě)，應(yīng)填寫(xiě)哪些內(nèi)容，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，缺少相關(guān)規(guī)定。

編制增材制造工藝規(guī)程之前應(yīng)有各個(gè)方面的規(guī)范和要求，使工藝人員有標(biāo)準(zhǔn)可依。所以需要從工藝標(biāo)準(zhǔn)化的角度進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一，需要在企業(yè)內(nèi)部達(dá)成共識(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的形式，達(dá)到統(tǒng)一、協(xié)調(diào)。

2 從工藝標(biāo)準(zhǔn)化角度提供解決途徑

工藝標(biāo)準(zhǔn)化是標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要組成部分，它是在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、降低加工成本為目的，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的原理和方法，對(duì)有重復(fù)性等特征的工藝文件、工藝要素、工藝過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)、優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)的制定和貫徹實(shí)施的活動(dòng)[2]。從工藝標(biāo)準(zhǔn)化角度，對(duì)增材制造工藝規(guī)程的編制提出以下幾個(gè)解決途徑。

2.1 工藝文件編號(hào)的規(guī)范

根據(jù)增材制造的加工方法和選材的廣泛性這些特點(diǎn)，新增一個(gè)工藝方法代碼見(jiàn)表2。這個(gè)工藝方法代碼是單獨(dú)為增材制造所設(shè)，解決增材制造工藝規(guī)程在編制時(shí)工藝文件編號(hào)不規(guī)范的問(wèn)題。增材制造工藝規(guī)程的基本代碼就由3部分組成：產(chǎn)品代碼、工藝文件類別代碼、工藝方法代碼 （97）。

表2 增材制造工藝方法代碼

2.2 工藝文件格式的規(guī)范

針對(duì)增材制造技術(shù)特點(diǎn)，在增材制造工藝規(guī)程中，增加2種在QJ903B-2011中沒(méi)有的工藝文件格式。只要依據(jù)現(xiàn)有工藝文件格式的規(guī)定，增加2種新的工藝卡片格式，如圖1、圖2所示。卡片的名稱分別命名為 “增材制造模型及文件清單”、 “增材制造工藝卡片”，包括首頁(yè)和續(xù)頁(yè)兩種格式。這兩種卡片的外框及主標(biāo)題欄的尺寸等與QJ903B-2011相同，只是添加了增材制造模型、文件名稱等欄目。

圖1 增材制造模型及文件清單

圖2 增材制造工藝卡片

2.3 工藝卡片順序的規(guī)范

增材制造工藝規(guī)程的編排順序，一般按照封面、工藝文件目錄、引 （借）用工藝文件目錄、儀器儀表設(shè)備明細(xì)表、非標(biāo)準(zhǔn)儀器儀表設(shè)備明細(xì)表、增材制造模型及文件清單、專用工藝裝備明細(xì)表、主要材料消耗工藝定額明細(xì)表、輔助材料消耗工藝定額明細(xì)表、工藝流程圖、增材制造工藝卡片、工藝簡(jiǎn)圖。各種工藝卡片可根據(jù)研制生產(chǎn)中的實(shí)際需要適當(dāng)增減。但工藝文件封面、增材制造模型及文件清單、工藝流程圖、增材制造工藝卡片為不可缺少的。這個(gè)編排順序既解決了工藝人員在增材制造工藝規(guī)程編制過(guò)程中統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的問(wèn)題，又縮短了操作人員熟悉工藝文件的時(shí)間，提高了效率。

2.4 工藝卡片填寫(xiě)方法的規(guī)范

增材制造新增加的2種工藝卡片增材制造模型及文件清單、增材制造工藝卡片應(yīng)該如何填寫(xiě)？QJ903B-2011的方法，簡(jiǎn)單明了，為大家所熟知。參照其方法，以列表的方式對(duì)新增工藝卡片的各個(gè)欄目進(jìn)行了規(guī)范和說(shuō)明。具體見(jiàn)表3、表4。表3中的欄號(hào)對(duì)應(yīng)了圖1中的4個(gè)填寫(xiě)欄。表4中的欄號(hào)對(duì)應(yīng)了圖2中的11個(gè)填寫(xiě)欄。

表3 增材制造模型及文件清單的填寫(xiě)內(nèi)容

2.5 將工藝規(guī)程納入標(biāo)準(zhǔn)

增材制造工藝規(guī)程的編制規(guī)范，要有一個(gè)載體進(jìn)行發(fā)布，使企業(yè)中相關(guān)人員知悉。可以采取制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法，不斷從研制生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)需要新增和規(guī)范的增材制造工藝規(guī)程的內(nèi)容，編制企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。利用工藝標(biāo)準(zhǔn)化方法，在企業(yè)范圍內(nèi)推動(dòng)增材制造工藝規(guī)程編制的規(guī)范化。除了企業(yè)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)編制，建議其它相關(guān)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在修訂的過(guò)程中，能夠關(guān)注增材制造技術(shù)，把增材制造工藝規(guī)程的各個(gè)方面的規(guī)范納入到標(biāo)準(zhǔn)中來(lái)。

表4 增材制造工藝卡片的填寫(xiě)內(nèi)容

企業(yè)利用工藝標(biāo)準(zhǔn)化手段規(guī)范增材制造工藝規(guī)程編制的需求日益增長(zhǎng)，規(guī)范的增材制造工藝規(guī)程不僅能滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，還能降低產(chǎn)品成本。后期穩(wěn)定良好的增材制造工藝將為增材制造技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展和創(chuàng)新鑄就成功之路。