一種適用于軍用飛機總裝的產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃流程研究

楊二豪，劉玉松，黃吉傳，宿明，蔣德成

（1.中國航空工業(yè)集團有限公司成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，成都 610092）

（2.空軍裝備部駐成都地區(qū)第一軍事代表室，成都 610092）

0 引 言

產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃（Advanced Product Quali?ty Planning，簡稱APQP）是基于戴明20 世紀50 年代提出的質(zhì)量策劃原理建立起來的，由美國克萊斯勒、福特和通用汽車發(fā)起，主要為制定產(chǎn)品質(zhì)量策劃提供指南，用以支持顧客對產(chǎn)品的期望和要求。APQP 手冊自1994 年發(fā)布至今，作為質(zhì)量體系管理工具被汽車行業(yè)普遍使用，是ISO/TS 16949 實施過程中的五大核心工具之一。然而，APQP 在航空制造領(lǐng)域起步較晚，長期以來沒有一套廣泛使用的質(zhì)量管理工具集來落實質(zhì)量體系要求，直 至2014 年，國 際 航 空 航 天 質(zhì) 量 組 織（IAQG）結(jié)合航空產(chǎn)品小批量、高成本、長周期、嚴監(jiān)管的特點，編制出適合航空制造領(lǐng)域的APQP國際標準。

APQP 在民用航空領(lǐng)域已推廣應用多年，國外，空客公司于2013 年開始在A330、A320、A350等多個型號全面推行APQP，其中，A320 neo 的實施效果顯示其不合格品降低了30%?；裟犴f爾公司于2014 年開始實施APQP，實現(xiàn)2018 年平均PPM（Parts Per Million）水平相比2013 年下降了78%。其他如UTC、羅羅等先進制造企業(yè)推進IAQG 制定并發(fā)布了9145 標準《APQP & PPAP 要求》，推動APQP 在航空制造業(yè)和國防組織中應用。國內(nèi)，羅凌對IAQG-APQP 流程進行了修改和重新設(shè)計，并在B787-8、B737MAX 等民用飛機的機體結(jié)構(gòu)件新產(chǎn)品開發(fā)中全面應用，提高了生產(chǎn)速率；翟學聰介紹了APQP 的應用流程和控制要點，并將APQP 與工程項目工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Structure，簡 稱WBS）進行比較，認為APQP 更適用于民用航空器研發(fā)。

基于此，本文依托國內(nèi)某軍用飛機主機廠APQP 試點項目，結(jié)合軍用飛機總裝階段實際特點對 IAQG 發(fā) 布 的 IAQG-SCMH Section 7.2：APQP Guidance Material進行 適 用 性 改 進，提出適用于軍用飛機總裝階段的APQP 流程應用標準和指南，用以規(guī)范軍用飛機總裝階段的質(zhì)量體系管理工作，以期促進質(zhì)量要素真正融入工藝生產(chǎn)流程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的交付目標。

1 核心內(nèi)容

目前，某主機廠軍用飛機總裝階段質(zhì)量管控存在三方面問題，其一，質(zhì)量管控要求與業(yè)務流程脫節(jié)，質(zhì)量目標難以落地；其二，重視實物質(zhì)量處置、輕視質(zhì)量先期策劃，過程成本較高；其三，缺乏規(guī)范、嚴謹?shù)馁|(zhì)量過程控制與評估方法。因此，軍用飛機總裝階段APQP（Military Aircraft Final As?sembly APQP，簡 稱MAFA-APQP）將APQP 明確定義為高效的項目質(zhì)量管理工具，應用場景為新工藝流程創(chuàng)建或現(xiàn)有工藝流程需要優(yōu)化時，通過APQP 結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)性方法以及風險預防思維模式，降低產(chǎn)品質(zhì)量策劃的復雜性，在工藝流程設(shè)計前期能充分暴露缺陷以便消除，或者利用預防原則避免質(zhì)量問題發(fā)生，減少量產(chǎn)時工藝變化或可能帶來的質(zhì)量損失成本，包括非增值時間損耗、交付滯后和經(jīng)濟損失。

1.1 MAFA-APQP 模型

國際航空航天質(zhì)量組織APQP（International Aerospace Quality Group APQP，簡 稱 IAQGAPQP）根據(jù)業(yè)務活動（指產(chǎn)品研制相關(guān)業(yè)務部門開展的質(zhì)量活動）特點將質(zhì)量要求納入到策劃、產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、工藝設(shè)計與開發(fā)、產(chǎn)品與過程確認、生產(chǎn)使用與交付后服務共五個階段。結(jié)合軍用飛機研制特征構(gòu)建產(chǎn)品研發(fā)與制造流程模型，集成產(chǎn)品研制流程、APQP 階段、里程碑要素等，包含沿供應鏈從產(chǎn)品概念到生產(chǎn)服務，如圖1所示。該模型屬于典型的V 模型，具有至頂而下設(shè)計、至下而上綜合的特征，另外，APQP 各階段在時間上存在輸入輸出關(guān)系的重疊，體現(xiàn)了同步工程方法。軍用飛機總裝屬于制造階段，因此，MAFA-APQP 主要且直接與第三階段、第四階段緊密相關(guān)，其中，第三階段要求建立健全總裝生產(chǎn)流程并明確過程控制方法，第四階段要求驗證總裝過程能夠以要求的生產(chǎn)節(jié)拍交付合格產(chǎn)品。

圖1 產(chǎn)品研發(fā)與制造流程Fig.1 Product development and manufacturing process

MAFA-APQP 實施需要整個組織的管理驅(qū)動，其有效運轉(zhuǎn)離不開三個主要支柱，即領(lǐng)導層決策與支持、跨職能團隊、業(yè)務活動及評估計劃，如圖2 所示。

圖2 MAFA-APQP 模型Fig.2 MAFA-APQP model

領(lǐng)導層決策與支持強調(diào)理解并保證項目目標，提供資源支持，激勵團隊提升等；跨職能團隊強調(diào)項目推進需要多專業(yè)、多部門協(xié)同配合，促進質(zhì)量要求在各個環(huán)節(jié)有效傳遞；業(yè)務活動及評估計劃強調(diào)項目實施的各階段有明確的時間進度表，并持續(xù)監(jiān)控、移除風險。在三個支柱中領(lǐng)導層作用尤為重要，文獻［13］指出，質(zhì)量產(chǎn)生于高層，質(zhì)量只有在高層管理指導下，才能做得最好。

習近平總書記強調(diào)，推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展，要遵循新聞傳播規(guī)律和新興媒體發(fā)展規(guī)律，強化互聯(lián)網(wǎng)思維，堅持傳統(tǒng)媒體和新興媒體優(yōu)勢互補、一體發(fā)展?！傲哌M”系列主題宣傳活動收到了良好效果，得益于抓住重點、突出亮點、關(guān)注熱點和找準結(jié)合點，得益于用群眾感興趣的手段和方法，得益于用活了現(xiàn)有資源和日益發(fā)展完善的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段。同時與精心設(shè)計的傳播方式、傳播內(nèi)容和傳播策略也是分不開的，這些對如何開展好基層宣傳工作具有重要的借鑒意義。

APQP 是一個團隊導向的合作過程，要求在有限時間內(nèi)完成明確的業(yè)務活動，因此，搭建跨職能團隊的組織架構(gòu)尤為重要。MAFA-APQP 按職責定義了項目負責人、協(xié)調(diào)員、業(yè)務活動負責人以及業(yè)務活動評估員等角色，如圖3 所示。成員涉及管理、工藝、質(zhì)量、生產(chǎn)、檢驗等，必要時還應邀請顧客代表參與。另外，MAFA-APQP 明確了各角色的主要職責和權(quán)限，如表1 所示。

圖3 MAFA-APQP 團隊組織架構(gòu)Fig.3 MAFA-APQP team organization structure

表1 關(guān)鍵角色職責和權(quán)限Table 1 Responsibilities and authority of key roles

MAFA-APQP 與IAQG-APQP 在關(guān)鍵角色上有差異明顯。MAFA-APQP 不再保留APQP負責人，將其職責分解到其他關(guān)鍵角色。另外，新增協(xié)調(diào)員和業(yè)務活動評估員，協(xié)調(diào)員的概念源于PFMEA 第五版，在整個流程活動中發(fā)揮居中調(diào)度的作用；業(yè)務活動評估員則保證團隊成員按照角色職責對業(yè)務負責，在整個項目過程中實現(xiàn)責任明確可追溯。

1.2 MAFA-APQP 要素識別

MAFA-APQP 建 立 以項 目 質(zhì)量 管 理推 動按時、高質(zhì)量地交付產(chǎn)品的指導思想。因此，在項目正式啟動之前，以顧客的需求為基礎(chǔ)，根據(jù)軍用飛機總裝在第三和第四階段的特點及風險分析結(jié)果，評估和確定描述每個階段需要完成的關(guān)鍵業(yè)務活動（或稱要素），定義特定的輸出，并盡可能提供標準化交付物（如PFMEA、CP 等）。

在IAQG-APQP 標準中定義了一整套標準的APQP 要素，但通過研究當前國內(nèi)軍用飛機總裝生產(chǎn)模式，本文認為并非所有標準要素都適用，因此，MAFA-APQP 對標準要素進行適用性修改，如表2 所示。例如，IAQG-APQP 中平面圖布置是用于規(guī)劃制造、檢驗和測試產(chǎn)品的工藝位置和布局，常用工具為價值流圖（VSM）。布局狀態(tài)達標應該視為項目管理實施的前置條件，因此不納入MAFA-APQP 要素中。

MAFA-APQP 要素之間根據(jù)輸入輸出關(guān)系，在軍用飛機總裝流程中構(gòu)成了一個完整的質(zhì)量工作鏈條，能夠有效保證質(zhì)量工作的一致性和連貫性，而交付物是MAFA-APQP 要素已完成的切實證據(jù)。因此，MAFA-APQP 的核心觀點是任何一個產(chǎn)品模塊（指產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)PBS中確定的模塊）的實施，都應創(chuàng)建一個要素計劃表，并考慮納入質(zhì)量保證大綱。其目的是保證整個關(guān)鍵業(yè)務活動在實施周期內(nèi)依計劃開展，要素計劃表中應有質(zhì)量記錄，狀態(tài)標色并說明原因，重點檢查轉(zhuǎn)節(jié)點和關(guān)鍵里程碑。以某型發(fā)動機安裝為例，要素計劃表如圖4 所示。

表2 要素對比Table 2 Comparison of elements

圖4 發(fā)動機安裝要素計劃表Fig.4 Engine installation elements plan

要素計劃表應由跨職能團隊共同制定并達成一致，一經(jīng)確認便不可隨意更改。另外，要素計劃表中的時間顆粒度可根據(jù)生產(chǎn)需要確定為周、天或小時等。MAFA-APQP 實施過程強調(diào)不斷加強過程風險識別和緩解，因此，每個交付物都應有一個關(guān)聯(lián)的要素檢查表，由簡短的、清晰的、封閉式的問題組成，通過使用要素檢查表來評估交付物質(zhì)量，并記錄糾正偏差的措施。要素檢查表樣表如圖5 所示。

圖5 要素檢查表樣表Fig.5 Element checklist

綜上，MAFA-APQP 中要素計劃表與要素檢查表是計劃和評估的關(guān)系，而計劃是決定評估頻率的基礎(chǔ)，兩者共同構(gòu)成MAFA-APQP 的核心，既能保證項目整個關(guān)鍵業(yè)務活動在實施周期中依計劃開展，又可供管理者掌握當前的過程水平和風險狀況，督促關(guān)鍵業(yè)務過程進行持續(xù)改進，消除可能危及產(chǎn)品按時保質(zhì)交付的障礙。

構(gòu)成MAFA-APQP 的其他重要觀點，在應用實例中進行詳細闡述。

2 應用實例

某型航空發(fā)動機作為軍用飛機動力系統(tǒng)的核心，具有體積重量大、結(jié)構(gòu)精密復雜、安裝間隙小且安裝軌跡復雜等特點，其裝機質(zhì)量對軍用飛機性能有很大的影響，因此，發(fā)動機安裝是軍用飛機總裝的難點之一。以下介紹如何通過實施MAFAAPQP，實現(xiàn)發(fā)動機安裝工藝流程優(yōu)化與管理、識別并控制過程風險、縮短安裝周期，內(nèi)容主要涉及第三階段與第四階段。

2.1 以過程流程圖為輸入

流程優(yōu)化是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對流程進行梳理、完善，重點強調(diào)改良，可以對流程整體優(yōu)化，也可對其 中 部分進行 改進。MAFA-APQP 的重要觀點是過程流程圖（3.01 PFD）是第三階段所有關(guān)鍵業(yè)務活動的基礎(chǔ)輸入，應包含所有替代過程、關(guān)鍵特性、關(guān)鍵項目等。PFD 采用圖形化清晰、完整地描述發(fā)動機安裝過程按順序排列的操作，覆蓋接收、安裝、檢查、測試、保護、存儲和搬運等步驟的詳細描述，利用PFD 整合安裝流程時，應與實際工藝路線保持一致，且強調(diào)總的過程而不是單個步驟。過程流程圖樣表如圖6 所示。

圖6 過程流程圖樣表Fig.6 Sample table of PFD

過程失效模式及影響分析（3.03 PFMEA）是一種通過識別并評價生產(chǎn)過程中潛在工藝失效模式進而制定相應預防與控制措施的系統(tǒng)化、程序化的技術(shù)分析活動，應依據(jù)PFD 開展，通過對發(fā)動機安裝過程中潛在失效模式進行排序和記錄，確保所有風險被盡早識別并采取相應措施。

控制計劃（CP）是連接裝配過程步驟和關(guān)鍵檢驗及控制活動的重要描述，CP 分為試生產(chǎn)控制計劃（3.05 CP-1）和生產(chǎn)控制計劃（4.03 CP-2）。在工藝流程變更定型前，應充分考慮所要進行的各項測試和控制，形成的文件即試生產(chǎn)控制計劃（3.05 CP-1）。MAFA-APQP 的觀點是在尚未確定并消除所有異常波動源的情況下，CP-1 控制項的數(shù)量和頻次通常比CP-2 高，CP-1 側(cè)重于控制方法驗證而CP-2 側(cè)重于控制方法執(zhí)行。

MAFA-APQP 要求CP 應列出在發(fā)動機安裝過程中需要監(jiān)視的關(guān)重特性（3.04 KCS）以及相應的控制方法，并規(guī)定在過程不穩(wěn)定或不合格發(fā)生時的應對計劃。軍用飛機關(guān)重特性一般由設(shè)計直接給出，包括產(chǎn)品關(guān)重特性和控制關(guān)鍵特性，標注為GT/ZT。此外，經(jīng)PFMEA 識別或顧客要求的關(guān)重特性也應納入控制計劃、作業(yè)指導書等進行波動控制。PFMEA 和CP 的核心作用是最大限度地減少過程和產(chǎn)品變差，且均為動態(tài)文件，應在整個發(fā)動機安裝生命周期內(nèi)被維護并使用。要素實施結(jié)果如表3 所示。

表3 要素實施結(jié)果Table 3 Implementation results of some elements

2.2 以初始產(chǎn)能評估為焦點

MAFA-APQP 管理工藝流程的重要預期結(jié)果之一是產(chǎn)能提升，因此，初始產(chǎn)能評估（3.06 PCA）是關(guān)鍵業(yè)務活動必選項。在工藝變更早期，依據(jù)顧客要求對人、機、料、法、環(huán)、測（5M1E）等必要資源進行產(chǎn)能評估，若識別出額外需求，則結(jié)合生產(chǎn)準備計劃（3.02 PPP）制定詳細計劃以確保能匹配生產(chǎn)節(jié)拍。產(chǎn)能評估方法可參考全局設(shè)備綜合效率（OEE），作為獨立測量工具以表現(xiàn)實際生產(chǎn)能力相對于理論產(chǎn)能的比率，通過OEE 模型的各子項分析，找到影響生產(chǎn)效率的瓶頸，并進行改進和跟蹤。

目前，國內(nèi)產(chǎn)能管理研究最典型的問題是資源集中在制造車間產(chǎn)能管理上，沒有將供應鏈能力評估納入到產(chǎn)能系統(tǒng)范圍，該問題在軍用航空產(chǎn)品上尤為突出，往往導致生產(chǎn)計劃需要的生產(chǎn)能力與實際生產(chǎn)能力出現(xiàn)偏差，最終影響交付周期和質(zhì)量。因此，包括發(fā)動機在內(nèi)的軍用航空產(chǎn)品應進行至少六個維度的產(chǎn)能評估，即生產(chǎn)線建設(shè)能力評估、工藝能力評估、生產(chǎn)能力評估、檢驗技術(shù)能力評估、人員能力評估以及供應鏈能力評估。

在第四階段試運行前，應進行必要的生產(chǎn)準備狀態(tài)檢查（3.08 PRR），以確認生產(chǎn)過程已經(jīng)成文并且準備投入生產(chǎn)。檢查包括對所有工作站文件（3.07 WSD）的評審以及現(xiàn)場評審，具體要求參考GJB 1710。最后，基于PPP 和PCA 結(jié)果進行產(chǎn)能驗證（4.04 CV），評估裝配周期、功能試驗、測試能力等是否滿足顧客需求，滿足則組織生產(chǎn)，不滿足則制定行動計劃。

2.3 以測量系統(tǒng)分析為基礎(chǔ)

軍用飛機總裝階段存在的典型問題是測量環(huán)節(jié)薄弱，不會測、測不準，導致部分失效發(fā)生時找不到原因或測量數(shù)據(jù)無法有效分析裝配過程狀態(tài)、過程能力以及監(jiān)控過程變化，因此，測量系統(tǒng)分析（4.01 MSA）是保證測量數(shù)據(jù)及結(jié)論有效性的基礎(chǔ)。發(fā)動機安裝需要測量的特性參數(shù)主要有擰緊力矩、關(guān)鍵間隙、階差等，測量過程所用到的測量方法、軟硬件以及測量人員的集合稱為測量系統(tǒng)。MAFA-APQP 要求CP 中的KCS 都應做測量系統(tǒng)分析。MSA 通常使用數(shù)理統(tǒng)計和圖表的方法對測量系統(tǒng)的分辨率和誤差進行分析，以評估被測參數(shù)的可接受性。以發(fā)動機間隙測量常用量具鋼板尺和千分墊為例，GR&R 方差分析如圖7～圖8 所示，可以看出：%SV 均小于10%且可區(qū)分數(shù)均大于4，表示測量系統(tǒng)可接受，測量數(shù)據(jù)可用。

圖7 鋼板尺方差分析Fig.7 Analysis of variance of steel ruler

圖8 千分墊方差分析Fig.8 Analysis of variance of feeler gauge

初始過程能力研究常用方法是統(tǒng)計過程控制（4.02 SPC），通過控制圖對發(fā)動機安裝CP 中確定的KCS 進行測定，并計算過程能力指數(shù)（或）。建立過程能力的典型數(shù)量是25 個，對于軍用航空產(chǎn)品而言可適當降低，且過程能力穩(wěn)定才能計算，TS16949 要求≥1.33，過程不穩(wěn)定則 需 要 計 算，要 求≥1.67。MAFAAPQP 要求只有測量系統(tǒng)合格，即測量系統(tǒng)帶來的變差對整體變差影響很小時，才能進行SPC 研究，且在提交顧客代表制定的所有特殊特性前，必須確定初始過程能力是可接受的。以支承球頭端面與內(nèi)推力銷錐形端面間隙計算為例，如圖9 所示，可以看出：＞1.67，過程能力高。其余特性參數(shù)計算結(jié)果如表4 所示。

圖9 間隙測量值過程能力分析Fig.9 Capability analysis of gap measurements

表4 部分特性參數(shù)Cpk 值Table 4 Cpk value of some characteristic parameters

2.4 以生產(chǎn)件批準程序為輸出

目前，軍用航空產(chǎn)品暫無完整的生產(chǎn)件批準要求，一般通過合同或技術(shù)協(xié)議約定過程文件和樣件提交條件，而生產(chǎn)件批準程序（4.05 PPAP）可改變這種模式。PPAP 是顧客對供方過程的控制管理模式，是MAFA-APQP 的 必 然 且 核 心 輸出，其作用是規(guī)定生產(chǎn)件批準的一般要求，確定生產(chǎn)節(jié)拍下有持續(xù)穩(wěn)定執(zhí)行顧客所有要求的生產(chǎn)能力。PPAP 是所有MAFA-APQP 關(guān)鍵要素過程資料的集合，生產(chǎn)方應根據(jù)顧客的要求提交PPAP 文件包，包含規(guī)定要求被滿足的證據(jù)，顧客則使用PPAP 批準表格（參考AS9145）評審提交的PPAP。若PPAP 沒有獲得顧客批準，則不能進行批量生產(chǎn)。以某型發(fā)動機安裝為例，當工藝流程再次變更后，需要重新提交PPAP，具體取決于變更性質(zhì)，參考AS9102。PPAP 過程方法與要求如圖10 所示。

圖10 軍用飛機總裝PPAP 過程方法與要求Fig.10 PPAP process methods and requirements of MAFA-APQP

通過在某型航空發(fā)動機安裝工藝流程優(yōu)化、管理過程中應用MAFA-APQP 方法，主要解決了單次單發(fā)安裝周期長、過程需要反復拆裝的問題。經(jīng)多架次驗證，發(fā)動機安裝周期平均降低61.3%，質(zhì)量問題發(fā)生率平均降低50%；過程中，促進供應商改進與發(fā)動機安裝相配合的環(huán)形散熱器質(zhì)量，使發(fā)動機一次對合成功率平均提升62.5%。

3 結(jié) 論

（1）本文提出一種適用于軍用飛機總裝階段的產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃流程的應用指南（MAFAAPQP），并結(jié)合航空發(fā)動機安裝項目進行實例分析，驗證了MAFA-APQP 的可行性和有效性。

（2）以MAFA-APQP 為核心的質(zhì)量保證模式體現(xiàn)了風險預防與過程管控在工藝生產(chǎn)流程中的深度融合，面向全過程構(gòu)建一套體系、流程和標準，對防止軍用飛機總裝階段潛在質(zhì)量問題的發(fā)生以及滿足并超越顧客要求的生產(chǎn)效率有著積極作用。