試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同探討

徐瑩　許承新

摘要：文章以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部分產(chǎn)品試制加工為例，根據(jù)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，提出了試制加工過程的設(shè)計(jì)制造協(xié)同工作業(yè)務(wù)流程，依據(jù)統(tǒng)一的協(xié)同平臺(tái)利用，縮短了航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的研制周期。

關(guān)鍵詞：新產(chǎn)品；試制加工；設(shè)計(jì)與制造協(xié)同；航空發(fā)動(dòng)機(jī)；協(xié)同平臺(tái) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：V263 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0339-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.172

試制加工廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，主要存在于各大科研院所，多應(yīng)用于多種類、小批量的新產(chǎn)品的研制。試制加工過程包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成、各級(jí)計(jì)劃的制定、原材料采購供應(yīng)、生產(chǎn)計(jì)劃安排、生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試、工裝準(zhǔn)備、工藝準(zhǔn)備、加工裝配性能測(cè)試、質(zhì)量控制和成本控制以及生產(chǎn)周期的控制。為了使新產(chǎn)品快速轉(zhuǎn)換為定型產(chǎn)品，如何利用現(xiàn)有資源，建立優(yōu)化的工作業(yè)務(wù)流程，達(dá)到試制加工過程縮短研制周期、提高質(zhì)量、降低成本的目的，成為當(dāng)代企業(yè)管理在試制加工過程領(lǐng)域中的重要研究內(nèi)容。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)，是一項(xiàng)知識(shí)密集、技術(shù)密集、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高附加值的高科技產(chǎn)業(yè)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工是航空工業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工過程具有多項(xiàng)目、多產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，且航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品對(duì)于制造的敏捷性及精益制造的高要求使其對(duì)周期、質(zhì)量、生產(chǎn)成本控制等均具有較高的要求，因此需要針對(duì)研制過程中涉及毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長，具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品進(jìn)行按階段并行協(xié)同研制，通過協(xié)同平臺(tái)的資源共享，將傳統(tǒng)的串行工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿泄ぷ鞣绞?，從而縮短研制周期，提高質(zhì)量，降低研制生產(chǎn)成本。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工過程介紹

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工過程主要涵蓋如下四個(gè)階段：結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、工程圖設(shè)計(jì)階段、試制加工階段。傳統(tǒng)的研制過程是按階段順序進(jìn)行序列化設(shè)計(jì)研制，業(yè)務(wù)流程中從方案設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)到加工制造采用串行工作方式，只能單向傳遞。其弊端為每個(gè)環(huán)節(jié)局限于自身階段，設(shè)計(jì)部門只考慮其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性能，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品可能存在可生產(chǎn)性差的現(xiàn)象，帶著問題的設(shè)計(jì)方案傳遞到生產(chǎn)制造部門，生產(chǎn)制造部門按工作流程將問題層層反饋到設(shè)計(jì)部門，由設(shè)計(jì)部門進(jìn)行修改圖紙，修改后再按原流程逐步進(jìn)行；制造部門只考慮自身?xiàng)l件局限性從而要求降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求，迫使設(shè)計(jì)被動(dòng)更改，更改后再重新按流程順序進(jìn)行。諸多方面導(dǎo)致對(duì)設(shè)計(jì)方案的反復(fù)更改，每次修改后又一次從方案設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)到加工制造的串行工作方式進(jìn)行，產(chǎn)生了設(shè)計(jì)制造加工的大循環(huán)，嚴(yán)重地影響了研制周期。且工藝部門不能提前進(jìn)行工藝準(zhǔn)備工作，也是導(dǎo)致進(jìn)一步延長周期，提高研制成本的因素。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同意義

協(xié)同制造是現(xiàn)代制造模式，它是敏捷制造、協(xié)同商務(wù)、智能制造、云制造的核心內(nèi)容。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工中，對(duì)研制過程中涉及毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長，具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品，通過組建協(xié)同工作組，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM、科研管理平臺(tái)等集成統(tǒng)一的信息化手段，使制造部門能夠提前參與，共享產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的相關(guān)信息，提前完成對(duì)設(shè)計(jì)的工藝審查。通過協(xié)同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可制造性、工藝可達(dá)性、產(chǎn)品可維護(hù)性，避免后期出現(xiàn)不必要的返工，同時(shí)可對(duì)新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料的利用提前開展研究工作，減少由于制造工藝性問題所造成的設(shè)計(jì)與制造協(xié)調(diào)時(shí)間，促進(jìn)新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用水平的提高。通過面向工藝的設(shè)計(jì)、面向生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、面向成本的設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和可制造性的提升，縮短產(chǎn)品研制周期，提高質(zhì)量，降低成本的目標(biāo)。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同業(yè)務(wù)流程及主要工作

3.1 試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造業(yè)務(wù)流程中各部門主要工作

生產(chǎn)策劃部門也是生產(chǎn)管理部門。對(duì)研制過程中涉及毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長，具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別，確定設(shè)計(jì)與制造協(xié)同項(xiàng)目后，合理高效的使用生產(chǎn)管理技術(shù)開展生產(chǎn)策劃。

設(shè)計(jì)部門根據(jù)接收設(shè)計(jì)任務(wù)和生產(chǎn)策劃部門發(fā)出的設(shè)計(jì)制造協(xié)同任務(wù)，開展設(shè)計(jì)工作。在協(xié)同流程中將在設(shè)計(jì)與制造協(xié)同工作流程中產(chǎn)生的反饋結(jié)果，考慮納入設(shè)計(jì)中，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，完成設(shè)計(jì)方案定型。

試制加工部門將接到設(shè)計(jì)制造協(xié)同任務(wù)，列入本部門項(xiàng)目計(jì)劃工作。依據(jù)專業(yè)分工、技術(shù)團(tuán)隊(duì)、任務(wù)平衡等完成內(nèi)部分工，組織專業(yè)技術(shù)人員，按相關(guān)制度要求提出技術(shù)落實(shí)、工藝技術(shù)研究。在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行工藝性審查，以便達(dá)到減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就可考慮到加工裝配和工藝等問題，提高設(shè)計(jì)的可生產(chǎn)性。在協(xié)同過程中試制加工部門按階段進(jìn)行工藝準(zhǔn)備，從而縮短研制周期。

3.2 試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同業(yè)務(wù)流程

對(duì)研制過程中涉及毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長、具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同業(yè)務(wù)工作流程是以發(fā)動(dòng)機(jī)制加工過程中四個(gè)階段（結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、工程圖設(shè)計(jì)階段、試制加工階段）為主線，以四個(gè)設(shè)計(jì)階段M0初始方案設(shè)計(jì)階段、M1方案設(shè)計(jì)階段、M2技術(shù)設(shè)計(jì)階段、01詳細(xì)設(shè)計(jì)階段詳為基線，建立的適應(yīng)試制加工特點(diǎn)的設(shè)計(jì)和制造協(xié)同工作流程。在不同的階段下，原材料供應(yīng)部門、工藝部門和生產(chǎn)部門通過適時(shí)的參與，從而達(dá)到協(xié)同目的。生產(chǎn)策劃部門根據(jù)年度計(jì)劃，確定由制造部門試制加工的項(xiàng)目，同時(shí)下達(dá)設(shè)計(jì)制造協(xié)同任務(wù)給設(shè)計(jì)部門、試制加工部門。設(shè)計(jì)部門接收生產(chǎn)策劃部門下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)制造協(xié)同任務(wù)，開展設(shè)計(jì)工作；在M0設(shè)計(jì)階段（初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)包含項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)、材料等概貌信息）時(shí)，向試制加工部門提出協(xié)同要求（工藝咨詢、方案評(píng)審、節(jié)點(diǎn)等）；生產(chǎn)部門工藝根據(jù)工藝技術(shù)難點(diǎn)，按相關(guān)要求提出技術(shù)落實(shí)、工藝技術(shù)研究，并行開展相關(guān)工作。在M1設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)部門完成M1設(shè)計(jì)，工藝技術(shù)人員對(duì)M1數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，按試制加工工作流程進(jìn)行毛料準(zhǔn)備（鍛鑄件、毛料尺寸等）；設(shè)計(jì)部門向生產(chǎn)策劃部門提出毛料準(zhǔn)備任務(wù)申請(qǐng)。在M2設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)部門發(fā)起協(xié)同要求并將工藝反饋結(jié)果考慮納入設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)部門工藝針對(duì)設(shè)計(jì)協(xié)同要求，開展項(xiàng)目相關(guān)工藝工作。在01設(shè)計(jì)階段，生產(chǎn)部門將前期并行開展相關(guān)工藝工作結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)并適時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)工藝性審查，設(shè)計(jì)部門向生產(chǎn)策劃部門提出試制加工任務(wù)，申請(qǐng)生產(chǎn)圖紙（M1設(shè)計(jì)）發(fā)放；生產(chǎn)策劃部門依據(jù)設(shè)計(jì)部門提交的項(xiàng)目試制加工任務(wù)申請(qǐng)和生產(chǎn)圖（01設(shè)計(jì)）向生產(chǎn)部門和原材料供應(yīng)部門下達(dá)目正式試制加工任務(wù)，最終完成試制產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。建立的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同業(yè)務(wù)流程如圖1所示：

3.3 試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同數(shù)據(jù)管理

對(duì)研制過程中涉及毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長，具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同數(shù)據(jù)按其產(chǎn)生過程分為四個(gè)階段。第一階段數(shù)據(jù)（M0版本）是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)圖等項(xiàng)目概貌性信息，是設(shè)計(jì)制造協(xié)同的基礎(chǔ)性信息；第二階段數(shù)據(jù)（M1版本）是制造單位進(jìn)行原材料毛料訂貨及毛坯設(shè)計(jì)生產(chǎn)的依據(jù)性文件；第三階段數(shù)據(jù)（M2版本）是制造單位進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)的依據(jù)性文件；第四階段數(shù)據(jù)（01版本）是制造單位編制工藝規(guī)程、安排生產(chǎn)等制造過程使用的依據(jù)性文件。

各階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)協(xié)同管理。第一階段需發(fā)放的數(shù)據(jù)是不需走審簽流程；第二階段需發(fā)放的數(shù)據(jù)為經(jīng)設(shè)計(jì)單位、制造單位共同協(xié)商確認(rèn)數(shù)據(jù)，應(yīng)經(jīng)工藝會(huì)簽；第三階段需發(fā)放的數(shù)據(jù)應(yīng)包括第二階段確定的數(shù)據(jù)和第三階段共同協(xié)商確認(rèn)的數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)應(yīng)履行審簽手續(xù)，以保證相關(guān)工藝工作順利開展；第四階段需發(fā)放的數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)工藝會(huì)簽，達(dá)到完整、準(zhǔn)確，以保證產(chǎn)品制造和裝配需要。

基于協(xié)同工作平臺(tái)的運(yùn)用，按照上述試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同業(yè)務(wù)流程，通過多個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行，使制造部門能夠提前參與，共享毛坯設(shè)計(jì)定貨、模具設(shè)計(jì)、加工工藝流程較長、具有相對(duì)較長研制周期的零組件以及關(guān)重件、新型結(jié)構(gòu)形式、新工藝、新材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的相關(guān)信息，提前進(jìn)行工藝研究，提前完成對(duì)設(shè)計(jì)的工藝審查，完成了設(shè)計(jì)過程的并行和及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提高產(chǎn)品的可制造性、工藝可達(dá)性、產(chǎn)品可維護(hù)性，避免后期出現(xiàn)不必要的返工。同時(shí)工藝、工裝和材料的并行準(zhǔn)備，精簡了設(shè)計(jì)過程，使制造系統(tǒng)與產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)不構(gòu)成大的循環(huán)，從而縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。整個(gè)協(xié)同過程成功實(shí)現(xiàn)對(duì)工作過程的監(jiān)控和管理，流程優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的柔性，完成了快速響應(yīng)，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié)語

綜上所述，因航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制具有系統(tǒng)規(guī)模龐大、系統(tǒng)任務(wù)復(fù)雜、研制周期長等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與制造協(xié)同將隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的發(fā)展，逐漸成為主要工作模式和控制方法。試制加工過程的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同的高效協(xié)作工作模式也將隨其日漸趨于成熟成為行業(yè)不斷提升創(chuàng)新力和核心競爭力的重要途徑。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：徐瑩（1981-），女，吉林敦化人，中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所工程師，研究方向：機(jī)械加工技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）