航天產品生產流程精細化再造探索與實踐

萬越等 /北京航天長征飛行器研究所

為了確保產品質量，適應新形勢下武器裝備質量更高的要求，結合武器裝備產品生產的特點，在軍工產品生產過程中開展質量精細化管理是適應目前形勢的重要舉措，只有推行質量精細化管理，才能改變目前管理粗放的狀況。應用于產品的質量精細化管理，更強調“零缺陷”理念，強調質量管理能力的系統提升，強調對于關鍵環節和變化的控制，要求細化和量化管理過程。只有通過建立穩定的保證產品質量的生產過程，利用必要的手段對生產各個環節進行檢驗、監督、考核，做好信息反饋工作，循序糾正、落實質量控制措施并持續改進，才能有效規避生產過程中的質量風險，提高質量管理水平和產品質量，增強裝備研制單位的核心競爭力。

北京航天長征飛行器研究所針對當前設計與制造分離、制造效率低等短板問題，選取了以金屬結構、總裝任務為主的重要戰略合作伙伴為試點單位，該戰略合作伙伴承擔了研究所大批量的生產任務，隨著裝備承制任務陡增，面臨著極高的進度和質量風險。研究所基于確保高效率、高質量、高標準地完成型號科研生產任務，以三維模型在型號研制全過程應用為主線，重點推進數字化集成設計為代表的設計制造一體化，并借助信息化手段從精細化質量管理、生產效率提高、效益提升3 個方面開展了管理方面新的探索與實踐，以達到精細管理、固化流程、提高效益的目標。

一、協同設計與平臺搭建

研究所與某廠作為多年的合作伙伴，有著堅實的設計與生產、研發與制造協同基礎，其打破了設計生產聯合為一體的常規模式，形成異地以設計推生產、以生產促研制的創新模式。為推進廠所協同設計與生產流程精細化再造，廠所聯合成立了產品設計、生產流程精細化再造工作領導組和工作組。

通過選取某一型具有產品化、系列化、模塊化等特點的拳頭產品作為試點項目，搭建廠所協同平臺，打通數字模型在設計、生產全過程中的應用。在前期批生產工作的基礎上，按照過程維度與崗位維度相結合的“二維度”，梳理產品形成過程、梳理節點工作內容、梳理流程崗位組成、梳理控制要求的“四梳理”，以及流程梳理分解、流程問題分析、流程優化完善、流程有效控制、流程效果評價、流程要素固化、流程配套設計、流程迭代改進的“八步驟”，開展航天產品生產流程精細化再造工作。

基于信息化系統，按照產品生產流程精細化再造的業務需求進行了流程梳理，形成信息化條件下總體業務流程圖，據此搭建廠所數字化協同研制平臺，實現了生產任務下發、產品數據傳遞、產品技術狀態管理的有效性管理，生產信息傳遞和產品質量問題處理及時，其總體架構如圖1 所示。

在業務管理流程方面，以廠所審簽流程為例，原先的二維圖紙需要設計人員和工藝人員現場會簽，效率和準確度都不高，其流程見圖2。現在的三維模型會簽，基于廠所協同的PDM 系統實現了點對點異地線上會簽，工藝人員的意見以反饋確認單的形式反饋給設計人員，由設計人員決策是否修改并反饋回工藝人員，其流程見圖3。

通過該流程的構建，首先，廠所會簽模式由現場會簽轉變為基于統一數據源的異地點對點實時會簽，比二維圖紙流程增加了生產可行及質量可控的反饋意見，提高了工作效率。其次，加深了工藝人員、生產管理人員、質量管理人員對設計意圖和設計指標的理解。此外，工藝人員能夠在線對設計要求的不細化、不量化問題進行反饋，使設計文件更趨于合理。

二、生產流程精細化再造實踐

1.流程梳理分解

以試點產品一級生產流程為基礎，梳理出了6 個二級流程和74 個三級流程，將原流程及崗位細化到可獨立操作的單元，并形成了流程清單，為后續“一本通”崗位作業書細化程度的編制提供了依據。

圖1 廠所數字化協同研制平臺總體架構

圖2 二維圖紙會簽流程圖

以梳理出的流程清單為基礎，整理出整個生產過程涉及到技術、管理、操作、檢驗4個一級崗位，又具體細分為8 個二級崗位和32 個三級崗位。以生產流程為橫軸，各崗位組成為縱軸，橫軸和縱軸交匯點為該崗位具體工作內容，編制形成二維度流程圖，某艙段金屬殼體機加工二維度流程見圖4。

2.流程問題分析

結合流程梳理的過程，研究所與生產單位共同對流程問題進行分析，全面梳理試點產品基于三維模型的形成過程所涉及到的機加和裝配工藝流程，找出制約產能和質量的關鍵環節，形成試點產品精細化流程再造關鍵環節分析表，分析出8 個關鍵環節，制定了可執行的優化措施并落實于“一本通”崗位作業書中。

其中，制約產能關鍵環節有3 個（見表1），主要由于這些環節占用五軸等關鍵設備，致使整個生產環節在此處形成瓶頸，造成等待使用設備的問題，影響了生產進度。通過制作鉆模、將五軸工序轉化為立、臥式銑床組合加工的辦法，有效解決了設備依賴的問題，緩解了五軸使用壓力，恢復了正常生產節拍。

物理特性關鍵環節有4 個（見表2），主要為機加結構件的接口尺寸、重要尺寸，這些尺寸的超差會影響整個產品的性能和整體對接的成功率。通過細化加工工藝參數、優化加工工藝方法、制定關鍵工序，有效控制這些尺寸的加工精度。

圖3 三維模型會簽流程圖

質量問題點有1 個（見表3），主要是伺服艙組合裝配續航發動機時艙內電纜敷設的方法和狀態，電纜敷設不合理或方法不合適極易導致電纜被擠壓，因此優化了裝配方法，設計了電纜保護工裝，固化了裝配工藝，并將電纜裝配后的狀態要求以注意事項和多媒體的形式編入“一本通”崗位作業書中，有效控制了電纜擠壓風險。

3.流程優化完善

產品生產流程優化以8 個關鍵環節為問題導向，按照流程問題分析中的辦法進行優化完善。以過程為節點，將崗位要求、技術要求、檢驗要求、工藝文件融為“一本通”式的崗位作業書，主要體現在機加“一本通”式的崗位作業書編制、裝配“一本通”式的崗位作業書編制以及關鍵工序控制方面。

已形成的“一本通”式崗位作業書將機加的切削參數、吃刀量、工步視圖等進行了新增和完善，并在模型上增加了裝卡位置、裝夾方式的標注，以及機加工裝和工件裝配關系的體現。

同時，在“一本通”崗位作業書編制過程中加強了對關鍵工序的控制，通過信息化平臺實現了對“定工序、定設備、定人員”三定的控制。首先，在TC 系統中勾選已確認的關鍵工序，并編制要控制的內容和方法；其次，在質控卡的設備欄中填寫關鍵工序所使用的設備；最后，MES系統在派工時，確保此工序是派給具有關鍵工序上崗證ID 的工人，將關鍵工序主要控制內容在“一本通”作業書中量化并圖視顯示。

圖4 某艙段金屬殼體加工二維度流程圖

表1 制約產能關鍵環節

表2 物理特性關鍵環節

表3 質量問題點

4.流程有效控制

首先，通過制度規范、信息化手段在實施過程中強化關鍵點及風險點控制，提出量化控制要求，并以驗收檢查表進行落實，實現節點控制，實現了產品驗收檢查表和產品合格證關聯，一并交付產品驗收。

其次，通過現場測量記錄、現場數據采集、三單統計，并適時通過MES 反饋到TC 中的功能，實現對產品的技術狀態和生產現場的控制，數據傳輸流程控制見圖5。

5.流程效果評價

工藝管理規范性評價模型。按照優化流程及控制實施的具體情況，以及規范設計、生產和量化過程控制2 個要素建立評價指標，形成評價制度。從成熟度、繼承性、控制性等方面建立評價模型，形成矩陣評價法，作為規范工藝管理的評價模型（見圖6）。

生產流程優化程度評價模型。按優化流程及控制實施的具體情況，從優化流程和健全崗位規范2 個要素進行評價指標的建立，以研制模式的高效性、生產節拍的合理性、節點要求的可控性為基礎建立評價模型，形成矩陣評價法，作為生產流程優化程度的評價模型（見圖7）。

產品良率評價模型。按優化流程及控制實施的具體情況，從產品尺寸、數據的穩定性、產品良率、檢驗記錄的完備性等方面對比優化前的實際情況建立評價模型，形成矩陣評價法，作為產品良率提高程度的評價模型（見圖8）。

6.流程要素固化

對需要固化的要素進行分析，對實施效果好的要素進行細化分類并歸并成不同類型和層次，分析固化要素構成，將過程中涉及到的優化生產設計協同、優化生產流程、規范生產工藝、量化過程控制、健全崗位規范、接口關系協調通暢、完善流程管理、信息化平臺支撐等8 個二級要素在信息化平臺及廠級程序文件中進行固化。

7.流程配套設計

圖5 基于MES的數據傳輸流程圖

圖6 規范工藝管理矩陣評價法

圖7 優化生產流程矩陣評價法

在生產流程精細化再造過程中，同步開展基于流程的制度體系配套設計、知識庫配套設計、表單配套設計、信息化平臺配套設計，形成研究所專網與公司涉密內網數據傳輸制度、廠所協同審簽規則、三維模型應用管理辦法、協同工藝文件編制要求、協同工藝文件變更要求、協同工藝文件簽署要求、技術電子文檔管理辦法等管理要求。

完成與制度流程配套的表單設計，并將表單固化在信息化平臺中，實現了從產品設計輸入到產品交付的全流程打通。主要成效為：一是流程再造前，生產進度靠調度統計，費時費力，結果準確性不高；流程再造后，生產實行看板式管理，快捷查詢車間生產任務進度情況，開完工實時查詢，生產進度透明化。二是流程再造前，車間生產看二維圖紙，存在識圖偏差，導致產生廢品的風險；流程再造后，模型三維下廠，提高了模型的利用率，更清晰直觀地展現產品的物理特征和結構化信息，使得設計、工藝、生產認識統一。

8.流程迭代改進

通過對精細化流程的推廣應用，進一步積累數據，豐富評價要素，擴展評價手段，探索更加完備的評價模型。

二、實踐效果

1.質量提高方面

工藝文件錯誤率下降為零。信息化條件下“一本通”崗位作業書按二維度要求將崗位和過程相結合，提高了作業書的準確率。流程再造前，二維工藝編制時需轉化圖紙要求為工藝要求，存在人為操作錯誤的可能，據統計批生產產品工藝編制過程中出現3 處誤操作（工藝下發前已經審核發現并校正）；再造后，工藝模型與設計模型為統一數據源，不存在二次轉化，避免了人為誤操作。同時，“一本通”崗位作業書把工藝流程、工裝裝卡方式、工藝參數、檢驗要求、注意事項等細化、量化，提升了作業書的指導性和可操作性。

實現質量數據規范化，統計效率提高83%以上。檢驗數據實現了實時記錄和上傳，驗收檢查表和合格證實現了關聯。流程再造前，某產品各類數據的統計時間平均需5 天；再造后，該試點產品統計時間約為0.85 天，統計時間縮短了83%以上，并且數據方便查詢，可追溯性強。

誤操作次數由0.16 次/發降為零。風險點、易錯點以多媒體形式在“一本通”崗位作業書中重點關注，操作人員對操作注意事項、檢驗人員對檢驗要點理解更加清晰準確。流程再造前，批生產的某產品誤操作次數平均為0.16 次；再造后，該試點產品誤操作次數為0，誤操作率大幅下降，產品合格率大幅提升。

圖8 提高產品良率矩陣評價法

2.效率提高方面

廠所信息化協同，會簽效率提升60%。實現了基于信息化平臺的設計工藝并行協同、基于產品結構樹的三維數據受控、三維工藝設計與更改，打通了基于TC系統的設計制造模式鏈路，構建出統一、高效的協同環境。以會簽率提升為例，流程再造前，廠所異地會簽，平均一型產品有效會簽時間約為5 天；再造后，該型產品有效會簽時間為2 天，會簽時間縮短了60%。

基于統一的數據源，確保數據唯一性、正確性。建立了基于TC 系統多站點功能的數據異地分發模式，保證數據源的唯一性、數據分發準確性與高效性、接收數據反饋的及時性，確保了設計、工藝、生產之間的數據統一。

工藝與生產協同，進度風險可控率提升56%。工藝與生產協同是通過TC 系統形成PBOM 信息，再進行MES 排產。流程再造前，生產準備、各級排產、節點控制全靠手工完成，而且生產過程中的變化情況難以及時準確統計，造成進度風險可控率較低，批生產產品按要求進度的完成率低于50%；再造后，生產準備、各級排產、節點控制按PBOM 信息在MES 端完成，信息在系統中及時發布及交互，可及時調整生產方案，該型產品按要求進度的完成率約為78%，比手工排產提高了生產組織、計劃及運行的效率，進度風險可控率較之前提升了56%。

3.效益提升方面

生產效率提升，單個產品總工期縮短33.3%。基于統一數據源的各業務及生產部門綜合工作能力得到提升。流程再造前，單個產品平均生產總有效時間為45天；再造后，該產品生產總有效時間為30 天，單個產品總工期縮短33.3%。

生產成本得到有效控制。經過生產流程精細化再造，對資源進行了統一整合和利用，使物資、設備、人員利用率得到大幅提升，生產成本得到有效控制，提升了企業效益。

強化了標準化、規范化管理。

為實現產品全生命周期管理與技術狀態管理的標準化和規范化奠定了基礎。

在流程再造過程中，研究所發現必須同時對相關配套業務的流程進行梳理和完善，從企業層面全組織、全過程推動整個再造工程，實現優化流程的變革。通過對精細化流程的推廣應用，進一步積累數據，豐富評價要素，擴展評價手段，探索更加完備的評價模型，并評估新流程的績效，發現流程中的待改進點，進行持續完善。此外，研究所將與該廠共同開展生產流程精細化再造工作的成果和經驗推廣，并應用到研究所其他相關生產單位的產品生產流程再造中。