面向航天硬件產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系框架構(gòu)建思路

劉蘇 孫千惠 王勇 馬建波

（首都航天機械有限公司，北京，100076）

工藝規(guī)范作為企業(yè)工藝技術(shù)知識的載體和重要表現(xiàn)形式，受到國內(nèi)外航天航空制造類企業(yè)的高度重視，與產(chǎn)品設(shè)計文件處于同等重要地位，是產(chǎn)品制造、驗收的依據(jù)。通過長期的努力，工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了長足的進步，各大企業(yè)均初步建立了工藝規(guī)范體系框架以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作系統(tǒng)和機制，基本以面向?qū)I(yè)建立模式為主、工藝內(nèi)容相對通用、作為指導(dǎo)性參考資料進行使用。

然而，隨著航天型號研制進度不斷加快以及型號批產(chǎn)及發(fā)射次數(shù)大幅增加，工藝問題導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量一致性問題日益凸顯，原有粗獷式的工藝規(guī)范體系框架已無法適應(yīng)精細(xì)化工藝設(shè)計需求?，F(xiàn)有工藝規(guī)范的編寫與申報，沒有統(tǒng)一的體系規(guī)劃作為指導(dǎo)，通常是應(yīng)對當(dāng)前形勢等需要，補充和編制工藝規(guī)范，存在較大的隨意性，加大了企業(yè)工藝規(guī)范的管理和未來知識庫建立難度。為解決該類問題，作者結(jié)合國內(nèi)外工藝規(guī)范體系建設(shè)發(fā)展情況，提出面向航天硬件產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系構(gòu)建方法。

1 國內(nèi)外工藝規(guī)范體系建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外企業(yè)情況

國外先進航空企業(yè)，如飛機制造工業(yè)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，早已形成較完整的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。美軍標(biāo)中技術(shù)規(guī)范體系分為系統(tǒng)規(guī)范、研制規(guī)范、產(chǎn)品規(guī)范、工藝規(guī)范、材料規(guī)范等5 類，其中工藝規(guī)范主要規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)過程控制要求。波音公司最主要的工藝規(guī)范是波音工藝規(guī)范（BAC），共有約1200 項標(biāo)準(zhǔn)，每份工藝規(guī)范圍繞工藝過程有著極其明確和嚴(yán)格要求，包含“范圍”“分類”“引用文件”“目錄”“材料控制”“設(shè)施控制”“質(zhì)量控制”“要求”“測試方法”和“鑒定”等13 個章節(jié)內(nèi)容[1]，組成了完整的波音工藝規(guī)范體系，體系框架主要由零部件制造、檢測、結(jié)構(gòu)裝配和系統(tǒng)安裝等10 個專業(yè)領(lǐng)域組成，產(chǎn)品制造過程完整、技術(shù)內(nèi)涵豐富，可操作性強。在外包生產(chǎn)時，將工藝規(guī)范提供轉(zhuǎn)包商，要求轉(zhuǎn)包商嚴(yán)格按工藝規(guī)范要求生產(chǎn)和制造。

歐洲空中客車公司不同組成國公司均有自己的工藝規(guī)范，如英國BPS、法國ADET 等，要求也不盡相同。主要表現(xiàn)在一些工藝參數(shù)、工藝控制要求方面，目前正在逐步統(tǒng)一。與波音公司的工藝規(guī)范不同，它不提供詳細(xì)工藝過程說明，包括工藝參數(shù)也不提供，只提工藝技術(shù)要求、工程設(shè)計要求和質(zhì)量要求等，對于工藝過程詳細(xì)要求由供應(yīng)商自行制定，便于讓供應(yīng)商充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)線開展生產(chǎn)，但是強調(diào)工藝鑒定，需按工藝通用規(guī)范要求完成工藝鑒定，來證實工藝過程的結(jié)果滿足產(chǎn)品要求。

國外飛機制造的工藝規(guī)范體系建立均采用了“主制造商-供應(yīng)商”研制模式，主制造商是工藝規(guī)范體系構(gòu)架建立的策劃者與組織者。其體系建立初期，主制造商依據(jù)工程要求首先策劃出工藝規(guī)范編制目錄，目錄中涉及的工藝技術(shù)代表著研制項目制造的發(fā)展方向。其次，通過對供應(yīng)商工藝技術(shù)、制造能力的了解與分析確定工藝規(guī)范所應(yīng)用的產(chǎn)品制造階段和產(chǎn)品層級。其體系搭建順序一般從零件制造推進至部件裝配，最后至總裝試飛逐級搭建，同時結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域進行細(xì)化工藝規(guī)范類別，形成主體框架，再由供應(yīng)商根據(jù)工藝過程細(xì)化至下一層級。

1.2 國內(nèi)企業(yè)情況

以國內(nèi)飛機制造業(yè)為例，國內(nèi)商用飛機制造行業(yè)的工藝規(guī)范是規(guī)定產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)和對象的制造技術(shù)及制造要求，是對工藝技術(shù)總結(jié)、提煉和提高[2]。相關(guān)公司工藝規(guī)范的建立是在承擔(dān)國外飛機制造分承包任務(wù)轉(zhuǎn)化而來，或是從引進、消化吸收國外飛機制造技術(shù)過程中學(xué)習(xí)借鑒來的。

ARJ21 研制時，消化吸收國際先進飛機制造工藝標(biāo)準(zhǔn)，建立了滿足適航要求的商用飛機工藝規(guī)范體系，制定了600 份工藝標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)容包括“范圍”“引用文件”“材料與設(shè)備”“要求”“說明/程序”“質(zhì)保條款”“目錄”等7 個章節(jié)[3]，其中“要求”章節(jié)明確主要人員、工程、工藝各種要求，“說明/程序”章節(jié)中，對于工藝過程和方法進行了描述和說明。

C919 研制過程中制定了460 項工藝規(guī)范，涵蓋了切削加工、成形加工技術(shù)、熱加工技術(shù)、表面處理技術(shù)、復(fù)合材料制件制造技術(shù)、非金屬材料成型技術(shù)、連接技術(shù)、裝配技術(shù)、檢驗檢測技術(shù)、標(biāo)識技術(shù)等10 個專業(yè)。工藝規(guī)范內(nèi)容由“范圍”“引用文件”“材料控制”“設(shè)備控制”“定義”“技術(shù)要求”“制造程序/說明”“維護控制”和“質(zhì)量控制”等9 個章節(jié)構(gòu)成[2]。涉及工藝流程設(shè)計、材料選擇、工藝參數(shù)選擇、工裝選擇、設(shè)備選擇、加工環(huán)境控制和質(zhì)量保證等方面要求。工藝規(guī)范在使用要求上與工程圖樣、材料規(guī)范同為產(chǎn)品生產(chǎn)制造和檢驗的依據(jù)，也是對供應(yīng)商制造質(zhì)量控制及產(chǎn)品交付驗收的工作依據(jù)。

航天企業(yè)如航天五院北京衛(wèi)星制造廠按照集團公司工藝規(guī)范體系建設(shè)要求，形成了復(fù)材加工、熱表處理、數(shù)控加工、焊接等專業(yè)企業(yè)工藝規(guī)范子體系。對工藝文件、工藝要素和工藝過程要求形式進行統(tǒng)一、簡化，并建立工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化模型、對參數(shù)類要求進行參數(shù)化建模，內(nèi)容相對固定進行模塊化描述等，將工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)嵌入流程中，建立產(chǎn)品、崗位、工藝文件與工藝規(guī)范內(nèi)容要素之間的映射關(guān)系。目前在電裝、數(shù)控加工等專業(yè)取得了一定應(yīng)用成效，促進了工藝規(guī)范體系落地實施。

1.3 國內(nèi)外情況分析

從調(diào)研情況來看，國內(nèi)外航空制造企業(yè)均十分重視工藝規(guī)范體系建設(shè)，工藝規(guī)范的地位十分突出。面向具體產(chǎn)品或一類產(chǎn)品，與產(chǎn)品設(shè)計文件處于同等重要地位，是制造、驗收的依據(jù)。有的直接用于生產(chǎn)，有的用于指導(dǎo)編制工藝規(guī)程（制造或裝配指令），其應(yīng)用執(zhí)行情況與能否取得適航證建立了聯(lián)系。

目前，國外航空企業(yè)制定的工藝規(guī)范基本等同于國內(nèi)產(chǎn)品制造技術(shù)條件或要求與工藝規(guī)范內(nèi)容的結(jié)合，其體系建設(shè)一般采用面向?qū)I(yè)建立工藝規(guī)范方式，工藝內(nèi)容相對通用，但存在約束性不強、其體系的建設(shè)模式缺少與知識推送相結(jié)合等問題。

2 工藝規(guī)范體系構(gòu)建原則

面向制造型企業(yè)，工藝規(guī)范體系是生產(chǎn)制造的“大腦”，是指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)的核心技術(shù)價值。其組織架構(gòu)應(yīng)形成一套健全的體系，為此在搭建工藝規(guī)范體系框架時，應(yīng)圍繞4 大原則展開。

a）系統(tǒng)完整：圍繞產(chǎn)品的工藝制造方法、制造技術(shù)全面梳理，形成完整的工藝技術(shù)規(guī)范體系，科學(xué)設(shè)置、分類精準(zhǔn)、涵蓋全面、層級到底、要素完整。

b）結(jié)構(gòu)明確：合理搭建體系架構(gòu)，處理好規(guī)范項目間接口關(guān)系，統(tǒng)一規(guī)范內(nèi)容顆粒度，做到橫向一致、縱向貫通。

c）實用精細(xì)：工藝技術(shù)規(guī)范體系的搭建是以各單位生產(chǎn)實踐應(yīng)用為基礎(chǔ)，用于指導(dǎo)工藝人員編制專用工藝規(guī)程；應(yīng)打破現(xiàn)有流程化工藝技術(shù)規(guī)范，重點突出其技術(shù)性、知識性、經(jīng)驗性內(nèi)容，其顆粒度應(yīng)與工藝規(guī)程編制保持一致，工藝要求均參數(shù)化，后續(xù)工藝技術(shù)規(guī)范的建設(shè)將逐漸取代現(xiàn)有通用工藝規(guī)程的設(shè)立。

d）落實密級：工藝技術(shù)規(guī)范體系的建設(shè)是將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果和先進的制造技術(shù)固化形成標(biāo)準(zhǔn)，納入體系表；同時為保護核心和關(guān)鍵技術(shù)秘密，按照保密要求規(guī)劃體系表中的標(biāo)準(zhǔn)項目，合理設(shè)置體系表中標(biāo)準(zhǔn)項目的保密級別。

3 面向航天硬件產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系框架構(gòu)建方法

3.1 構(gòu)建過程

面向航天硬件產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系圍繞產(chǎn)品為核心的框架搭建。完整的體系框架主要由3 個子體系依次構(gòu)成，分別為：產(chǎn)品分級分類子體系、產(chǎn)品工藝規(guī)范子體系、標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范子體系，其邏輯關(guān)系如圖1 所示。體系框架建設(shè)搭建之初首先開展產(chǎn)品分級分類子體系建設(shè)工作，這是體系建設(shè)的核心和基礎(chǔ)。通過對企業(yè)承擔(dān)的產(chǎn)品開展分級分類，將企業(yè)承制核心產(chǎn)品通過制造特征識別的方法實現(xiàn)產(chǎn)品歸類成組。其次，在產(chǎn)品分級分類子體系框架的基礎(chǔ)上，搭建產(chǎn)品工藝規(guī)范子體系，其作用是明確具體某項產(chǎn)品加工的工藝流程，找到屬于某一類別的產(chǎn)品工藝規(guī)范。其建設(shè)方法是對同一類產(chǎn)品的工藝流程及制造方案進行統(tǒng)型，確立一類產(chǎn)品最優(yōu)的產(chǎn)品工藝規(guī)范。最后，在產(chǎn)品工藝規(guī)范子體系的框架下，進一步分析每道工序設(shè)計的工藝方法、工藝要素，形成標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范子體系框架，其作用是確定工序的加工步驟、操作方法、設(shè)備工具使用等。其建設(shè)方法是對同一工種或操作，建立工藝參數(shù)庫，通過特征搜索到標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范。

圖1 工藝規(guī)范體系構(gòu)建方案

當(dāng)產(chǎn)品分級分類子體系、產(chǎn)品工藝規(guī)范子體系、標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范子體系全部搭建完成后將形成企業(yè)完整的產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系。此體系的建設(shè)將實現(xiàn)智能化工藝設(shè)計的應(yīng)用目標(biāo)。新產(chǎn)品到達工廠后，將率先由產(chǎn)品分級分類子體系確認(rèn)產(chǎn)品類別，通過制造特征由系統(tǒng)檢素產(chǎn)品工藝規(guī)范，自動生成工序1 至工序N，再通過標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范子體系快速匹配到每道工序的標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范內(nèi)容，每道工序內(nèi)容的疊加則智能化完成工藝設(shè)計工作。

3.2 航天硬件產(chǎn)品分級

航天硬件產(chǎn)品分級分類工作，應(yīng)做到先分級，再分類。產(chǎn)品分級應(yīng)覆蓋從系統(tǒng)到組成系統(tǒng)的最小單元的全部產(chǎn)品。以產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)層次為基礎(chǔ)，按產(chǎn)品復(fù)雜程度劃分層級，劃分時要保持產(chǎn)品的所屬層級唯一，采取“就低不就高”原則。

產(chǎn)品分級原則，主要參考航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《航天產(chǎn)品項目工作分解結(jié)構(gòu)》、航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《航天產(chǎn)品設(shè)計文件管理制度》、航天科技集團標(biāo)準(zhǔn)《航天產(chǎn)品分級分類指南》中相關(guān)要求與方法。同時結(jié)合實際生產(chǎn)需求，將航天硬件產(chǎn)品組成關(guān)系、產(chǎn)品制造裝配流程、產(chǎn)品制造狀態(tài)屬性、不同階段產(chǎn)品所屬主體制造方案，最終將硬件產(chǎn)品劃分為“系統(tǒng)級”“分系統(tǒng)級”“單機／部件級”“組件級”“零件級”“毛坯級”等6 個產(chǎn)品層級。

a）系統(tǒng)級：由分系統(tǒng)、單機等組成，能夠完成某項任務(wù)的組合體。

b）分系統(tǒng)級：由單機、零部組件等組成，能夠完成系統(tǒng)內(nèi)某項使用功能，并且是系統(tǒng)的組成部分。

c）單機／部件級：由一個或多個零部組件連接而成或聯(lián)合使用，能夠完成某項使用功能，并能獨立交付總裝的產(chǎn)品單元。“部件”由多個零組件裝配而成，并直接交付總裝的大型復(fù)雜連接件。

d）組件級：由若干零件裝配而成，用于部件裝配或直接交付總裝的小型簡單連接件。

e）零件級：不采用裝配工序制成的產(chǎn)品，一般由同一名稱和牌號的材料組成。

f）毛坯級：材料經(jīng)過初步加工，需要進一步加工才能制成零件的半成品。

3.3 航天硬件產(chǎn)品分類

航天硬件產(chǎn)品分類應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點和屬性對各層級產(chǎn)品開展分類工作，產(chǎn)品分類應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際，打破型號與領(lǐng)域界限，實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化整合。

對本單位現(xiàn)有的產(chǎn)品一般采用成組技術(shù)的相似性原則進行歸類分析，提取具有的主要制造特征，比如功能、結(jié)構(gòu)分析相似性。圍繞產(chǎn)品研制實際和功能特性，對具有共性的產(chǎn)品進行合并，形成產(chǎn)品類別。①功能相似性：產(chǎn)品的功能及用途的相似性（可從產(chǎn)品名稱等作粗略判定，功能相似產(chǎn)品在形狀、材質(zhì)等方面往往具有相似性）。②結(jié)構(gòu)相似性：主要幾何形狀（內(nèi)形、外形、腔體特征、加強筋、窗口、網(wǎng)格等以及裝配相同或相似零件等）和輔助幾何形狀（圓角等過渡特征）的相似性。

3.4 基于制造特征的產(chǎn)品成組

將產(chǎn)品分級分類后，對每一類產(chǎn)品，基于產(chǎn)品制造特征進行成組分類。同類產(chǎn)品成組劃分原則為：制造方案相同、主要硬件條件需求相同、工序鏈相同。建立產(chǎn)品與特征映射關(guān)系[4]。一般通過具體制造特征展開識別，建議從以下6 個方向展開分析。

a）材料特征：產(chǎn)品所屬材料對于制造方案的影響。例如鑄造專業(yè)，所屬不同材料的毛坯，其制造方案差異較大，因此在劃分產(chǎn)品類別時建議按材料牌號劃分；而對于鉚接裝配專業(yè)，其裝配制造方案對不同金屬材料牌號敏感度不高，因此在劃分產(chǎn)品類別時僅需要劃分為金屬材料、非金屬材料即可。

b）尺度特征：產(chǎn)品尺度對于制造方案的影響。例如機加專業(yè)中不同直徑大小、不同形狀差異都會對整體制造方案有很大影響，因此應(yīng)該界定不同產(chǎn)品類別的尺度范圍；而對于表面處理專業(yè)而言，與尺度特征幾乎無關(guān)。

c）整體結(jié)構(gòu)特征：產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)對于制造方案的影響。例如機加專業(yè)需要劃分為整體鑄造成形，且為回轉(zhuǎn)體殼段；針對鉚接裝配專業(yè)歸類為整體成形殼段即可（與鑄造、鍛造成形無關(guān)）

d）局部結(jié)構(gòu)特征：產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)對于制造方案的影響。例如機加專業(yè)局部特征包含V 型削弱槽、帶軸向?qū)涌紫?，其制造流程有較大差異。

e）質(zhì)量要求特征：產(chǎn)品制造質(zhì)量要求對于制造方案的影響。例如鉚接裝配專業(yè)要求上裝件整體定位精度不高于0.5mm 時，則不采用型架工裝定位。

f）典型局部結(jié)構(gòu)：典型局部結(jié)構(gòu)為可選擇性特征，不影響方案和主流程，僅影響工步的特征。

3.5 產(chǎn)品工藝規(guī)范層級

基于制造特征分類成組的產(chǎn)品，每一類對應(yīng)一份產(chǎn)品工藝規(guī)范。

產(chǎn)品工藝規(guī)范是明確某類具有相同或相似制造特征的典型產(chǎn)品制造工藝全過程相關(guān)技術(shù)要求的工藝規(guī)范。主要規(guī)定產(chǎn)品制造的工藝方法和工藝流程，并通過引用標(biāo)準(zhǔn)工序工藝規(guī)范方式規(guī)定工序的詳細(xì)技術(shù)要求，用于支持產(chǎn)品工藝規(guī)程編制中的工藝方法、工藝流程及工序詳細(xì)內(nèi)容的確定。其內(nèi)容主要包括：適用產(chǎn)品范圍、產(chǎn)品制造方案、主要工藝方法、工序流程設(shè)計。

3.6 標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范層級

工序設(shè)計應(yīng)覆蓋從原材料（鍛鑄件、元器件、配套件等）準(zhǔn)備到產(chǎn)品交付制造全過程，包括協(xié)作生產(chǎn)過程。工序名稱應(yīng)采用統(tǒng)一規(guī)范名稱命名規(guī)則進行命名，配套工序名稱庫進行輔助支撐。

針對產(chǎn)品工藝規(guī)范中工藝流程的每一個流程節(jié)點（工序），制定標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范。明確某一典型工序（工步）要素及內(nèi)容要求的工藝規(guī)范。用于支持產(chǎn)品工藝規(guī)程工序（工步）內(nèi)容的編制。其編制內(nèi)容主要包括：適用對象特征、制造過程以及工序詳細(xì)設(shè)計。工序詳細(xì)設(shè)計是標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)范的重點，主要包括：明確工序基本信息及關(guān)聯(lián)要素（材料、設(shè)備、環(huán)境、人員等）、劃分工步、工步的命名及工步內(nèi)容設(shè)計，明確工步關(guān)聯(lián)要素（工裝、工具、材料、工藝參數(shù)等）和檢驗及記錄要求等。

4 結(jié)束語

本文在借鑒國內(nèi)外工藝規(guī)范體系建設(shè)工作經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)制造生產(chǎn)，初步形成了面向航天硬件產(chǎn)品的工藝規(guī)范體系框架構(gòu)建思路，從制造特征索引產(chǎn)品歸類、確定產(chǎn)品工藝流程、推送標(biāo)準(zhǔn)工序3 大步驟劃分框架。工藝規(guī)范體系的建設(shè)將指導(dǎo)航天產(chǎn)品在制造過程中基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)分析、整理與積累，這將作為智能化工藝設(shè)計的基礎(chǔ)制造數(shù)據(jù)來源。