航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的制造工藝審查工作模式構(gòu)建

摘 要：工藝審查是制造工藝部門參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作，但當(dāng)前工藝審查效率低，工作缺乏有效管控。為提高航空產(chǎn)品研制過程中設(shè)計(jì)制造并行協(xié)同的效率，以產(chǎn)品數(shù)字化模型設(shè)計(jì)成熟度為研制時(shí)間標(biāo)尺，融合飛機(jī)研制相關(guān)制造專業(yè)，規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝審查并行矩陣，構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的制造工藝審查工作模式。該模式通過飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造專業(yè)之間并行關(guān)系的明確細(xì)化來實(shí)現(xiàn)工藝審查工作的高效管控。在航空產(chǎn)品研制中采用上述工作模式后，使制造部門的不同專業(yè)能夠有效、準(zhǔn)確地介入并開展工藝審查工作，達(dá)到縮短研制時(shí)間、提升研制質(zhì)量、降低研制成本的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：航空產(chǎn)品；設(shè)計(jì)成熟度；制造專業(yè)；工藝審查；工作模式

中圖分類號(hào)：V260文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1671-5276（2024）03-0105-04

Working Mode Construction of Manufacturing Process Review Based on Aviation Product Design Maturity

Abstract：Review of manufacturing process is an important task for manufacturing departments participating in aviation product design， its efficiency， however， is low and lack of effective methods to control the task. In order to increase the concurrent and collaborative development efficiency， this paper constructs a working mode regarding design maturity level as timeline， blends different majors in aircraft manufacturing， and plans product design and process review parallel matrix. With the mode， the control efficiency of process review is realized through more granular and specific parallel relationship between aircraft design and manufacturing major. Upon the application of the mode in aviation product development， different aircraft manufacturing majors are able to duly intervene process review， hereby achieving the goals of cycle time reduction， quality improvement and cost cutting.

Keywords：aviation product; design maturity; manufacturing majors; process review; working mode

0 引言

航空工業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品研制過程需多專業(yè)并行協(xié)同以達(dá)到縮短研制周期、降低研制成本、提高研制質(zhì)量的目的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行制造工藝審查是研制過程中的重要工作，直接影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。因此，如何有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造工藝審查并行協(xié)同，對(duì)于提高航空產(chǎn)品研制效率、降低制造風(fēng)險(xiǎn)和研制成本有著重要的意義。

1 工藝審查

工藝審查通常指基于現(xiàn)有制造資源條件，對(duì)產(chǎn)品的各設(shè)計(jì)屬性滿足制造約束的程度進(jìn)行分析［1］，即在并行工作中對(duì)零件的可制造性、產(chǎn)品的可裝配性等方面進(jìn)行審查分析，將不利于產(chǎn)品制造和質(zhì)量保證的因素及早找出，避免或減少設(shè)計(jì)返工，是有效保證產(chǎn)品制造性、高效性、經(jīng)濟(jì)性的有效手段。

隨著數(shù)字化技術(shù)與制造技術(shù)深度融合發(fā)展，基于模型的數(shù)字化定義（MBD）逐步成為航空企業(yè)廣泛應(yīng)用的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，MBD 數(shù)字化設(shè)計(jì)模型繼而成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程的唯一依據(jù)，貫穿于產(chǎn)品研發(fā)、工藝審查、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造以及檢驗(yàn)等的全過程。

圖1所示的MBD設(shè)計(jì)模型工藝審查過程是產(chǎn)品制造工藝技術(shù)人員對(duì)模型中設(shè)計(jì)定義的零件幾何尺寸、加工精度、材料、熱處理以及其他特殊要求等三維幾何結(jié)構(gòu)信息和制造信息進(jìn)行工藝分析，并向設(shè)計(jì)部門反饋工藝審查意見，從而提高產(chǎn)品的可制造性。

國內(nèi)外專家學(xué)者在MBD數(shù)字化模型工藝自動(dòng)審查系統(tǒng)［2-5］、可制造性分析評(píng)價(jià)［6-9］方面開展了大量研究。然而由于國內(nèi)數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展尚未成熟，自動(dòng)工藝審查系統(tǒng)適用性有限，目前航空產(chǎn)品MBD設(shè)計(jì)模型的工藝審查工作仍主要依靠工藝人員憑借個(gè)人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)來開展。但是，不同工藝人員經(jīng)驗(yàn)水平不同，工藝審查過程中容易出現(xiàn)效率低、審查不全面等問題。如何降低工藝審查工作對(duì)工藝人員經(jīng)驗(yàn)水平的要求、提高工藝審查效率、規(guī)避工藝審查不全面風(fēng)險(xiǎn)已成為工藝審查工作研究的主要內(nèi)容。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度

國內(nèi)航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造并行協(xié)同研發(fā)模式，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，制造工藝部門要對(duì)零件的可制造性、產(chǎn)品的可裝配性等制造要素進(jìn)行審查。為高效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造并行協(xié)同，設(shè)計(jì)成熟度控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

成熟度概念提出是為了在工程研制初期識(shí)別、控制進(jìn)入批產(chǎn)階段的制造風(fēng)險(xiǎn)［10］。產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度是從最初產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案研究，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)的中間狀態(tài)到最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨于完善的過程中，對(duì)產(chǎn)品數(shù)字化模型不同狀態(tài)時(shí)的階段性評(píng)估與量化，用于表達(dá)產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計(jì)活動(dòng)和任務(wù)被有效執(zhí)行的程度［11-12］。簡單來說，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的數(shù)字化定義完成情況和詳細(xì)程度進(jìn)行等級(jí)劃分［13］，直觀反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)具體進(jìn)展。

航空工業(yè)是典型離散性制造業(yè)，產(chǎn)品構(gòu)型復(fù)雜、工程更改頻繁、涉及專業(yè)廣［14-15］，成熟度等級(jí)應(yīng)依據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)、制造能力和產(chǎn)品復(fù)雜程度來合理分級(jí)?；诂F(xiàn)有航空產(chǎn)品研制流程，確立7個(gè)成熟度等級(jí)，具體產(chǎn)品成熟度等級(jí)劃分及成熟度狀態(tài)定義如表1所示。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度定義和劃分是實(shí)現(xiàn)并行協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?；诤娇债a(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度等級(jí)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整個(gè)研制流程中制造工藝部門介入的準(zhǔn)確控制。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，工藝部門介入后，制造工藝審查工作開展直接影響產(chǎn)品研制周期。因此，由設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的高效制造工藝審查工作模式的構(gòu)建對(duì)航空制造并行工程研究有著重要的作用。

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的制造工藝審查工作模式

航空產(chǎn)品數(shù)字化模型成熟度是制造工藝審查工作并行的基礎(chǔ)，在不同成熟度階段，工藝審查工作內(nèi)容有所不同。當(dāng)某一成熟度階段工藝審查通過時(shí)，數(shù)字化模型的成熟度等級(jí)MM1—MM7提升并進(jìn)行下一階段的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)開展工藝、工裝等并行工作，產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度M1—M3驅(qū)動(dòng)的并行工藝審查流程如圖2所示。

飛機(jī)研制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需統(tǒng)籌復(fù)材、數(shù)控加工、結(jié)構(gòu)裝配、特設(shè)等多類制造技術(shù)專業(yè)全程協(xié)同參與。在工藝審查工作中，不同專業(yè)審查內(nèi)容大相徑庭，且在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段，各制造專業(yè)何時(shí)介入開展工藝審查依賴于產(chǎn)品數(shù)字化模型的成熟度。

為提高現(xiàn)有飛機(jī)研制流程中并行工藝審查效率，以產(chǎn)品數(shù)字化模型成熟度為時(shí)間標(biāo)尺，策劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度與制造專業(yè)工藝審查并行矩陣（表2），制定不同成熟度階段各制造專業(yè)介入工藝審查要求，形成由成熟度驅(qū)動(dòng)的高效工藝審查工作模式。

以國內(nèi)典型航空企業(yè)為例，在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中參與工藝審查主要有工藝總體、冶金、鈑金、數(shù)控加工、復(fù)材制造、結(jié)構(gòu)裝配、特設(shè)等10個(gè)專業(yè)。表2中，○表示在產(chǎn)品設(shè)計(jì)某個(gè)成熟度階段參與工藝審查的制造專業(yè)；●表示重點(diǎn)開展工藝審查工作的制造專業(yè)。

在航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的制造工藝審查工作模式中，明確飛機(jī)研制專業(yè)參與工藝審查工作的成熟度階段，但目前工藝審查工作主要依賴于工藝人員技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，工藝審查質(zhì)量、效率無法得到保證，直接影響航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造并行協(xié)同效率。

因此，為降低工藝審查工作對(duì)工藝人員經(jīng)驗(yàn)水平的要求，提高各制造專業(yè)工藝審查的效率，基于航空企業(yè)工藝審查專家積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，形成產(chǎn)品工藝審查專家知識(shí)庫，用于支持不同專業(yè)在不同成熟度階段高效開展工藝審查工作（圖3）。參考表2，以結(jié)構(gòu)裝配專業(yè)為例簡單說明在MM6成熟度階段開展詳細(xì)工藝審查的內(nèi)容如表3所示。

在航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)并行工藝審查流程中融入飛機(jī)制造專業(yè)、工藝審查專家的知識(shí)，明確細(xì)化不同成熟度階段不同制造專業(yè)工藝的審查工作，時(shí)間標(biāo)尺清晰，審查內(nèi)容具體，降低審查工作對(duì)工藝人員經(jīng)驗(yàn)水平的要求，提高并行工藝審查的質(zhì)量和效率，同時(shí)有效地支撐產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度升級(jí)轉(zhuǎn)段，加快推進(jìn)航空產(chǎn)品的研制進(jìn)程。

4 結(jié)語

工藝審查是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝銜接的橋梁，對(duì)航空產(chǎn)品研制有著至關(guān)重要的作用。通過將產(chǎn)品數(shù)字化模型設(shè)計(jì)成熟度和飛機(jī)制造專業(yè)工藝審查的深度融合，規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝審查并行矩陣，以航空企業(yè)積累的各制造專業(yè)工藝審查專家知識(shí)為支撐，構(gòu)建由產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度驅(qū)動(dòng)的高效工藝審查工作模式，規(guī)避當(dāng)前工藝審查不全面、工作效率低等缺點(diǎn)，降低工藝審查對(duì)工藝人員的經(jīng)驗(yàn)要求。通過在某型號(hào)研制過程的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，不同制造專業(yè)能夠有效、準(zhǔn)確地介入并開展工藝審查工作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造工藝審查并行協(xié)同，在提高航空產(chǎn)品研制效率、降低制造風(fēng)險(xiǎn)和研制成本方面取得了一定成效。

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