航空發(fā)動機(jī)設(shè)計制造協(xié)同的思考與實踐

■ 陳立新/中國航發(fā)黎明

航空發(fā)動機(jī)是多學(xué)科、多技術(shù)的集成，需要設(shè)計、制造等領(lǐng)域人員通過跨學(xué)科、跨組織的協(xié)作來共同完成。設(shè)計制造協(xié)同是提高研制質(zhì)量、縮短研制周期的重要手段。中國航發(fā)黎明和中國航發(fā)動力所在建設(shè)滿足設(shè)計制造協(xié)同需求的技術(shù)規(guī)范、平臺基礎(chǔ)、研制流程及制度方面開展了前瞻性思考和探索，初步形成了航空發(fā)動機(jī)設(shè)計制造協(xié)同研制模型雛形，并取得了一定的成效。

航空發(fā)動機(jī)的研制需要氣動、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、制造、材料、試驗和管理等人員通過跨學(xué)科、跨組織的協(xié)作共同完成。近年來，國家對先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的需求愈發(fā)迫切，客觀要求航空發(fā)動機(jī)的研制單位不斷提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、加速產(chǎn)品的研發(fā)與成熟。隨著我國航空發(fā)動機(jī)研制模式由測仿轉(zhuǎn)向自主研發(fā)，當(dāng)前設(shè)計制造分離的弊端凸顯，制約了型號研制的質(zhì)量和進(jìn)度，急需探索一種新的研發(fā)模式來加速提升研發(fā)能力。

設(shè)計制造分離研制模式的弊端

設(shè)計制造分離的研制模式存在設(shè)計的可生產(chǎn)性考慮不周、制造符合性差、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺乏等突出問題，已經(jīng)難以滿足高質(zhì)量航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品研制的需求，具體表現(xiàn)在以下四個方面。

設(shè)計制造不融合造成研發(fā)工作脫節(jié)

設(shè)計單位負(fù)責(zé)產(chǎn)品的需求管理、設(shè)計、測試、試驗等工作，生產(chǎn)單位負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計單位的圖樣和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品的試制，雙方針對產(chǎn)品的交流主要通過會簽、評審、鑒定等工作環(huán)節(jié)，制造介入產(chǎn)品研發(fā)的時間較晚，設(shè)計、制造理念得不到有效溝通和統(tǒng)一，設(shè)計可生產(chǎn)性考慮不周，制造符合性差距較大。

研制流程不規(guī)范導(dǎo)致研發(fā)秩序不暢

設(shè)計和生產(chǎn)單位缺乏結(jié)構(gòu)化的標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)流程，不能有效進(jìn)行各層級需求分解、接口協(xié)調(diào)和開發(fā)過程控制，開發(fā)過程的系統(tǒng)性、完整性、規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性和精細(xì)化程度不足。工廠研制與批生產(chǎn)混線，研制過程采用批產(chǎn)流程進(jìn)行管理，造成產(chǎn)品研制工作秩序不暢、周期過長、質(zhì)量不穩(wěn)定、研制成本高等弊端，嚴(yán)重影響了新機(jī)研制周期及研制質(zhì)量。

技術(shù)文件不完善無法有效指導(dǎo)生產(chǎn)

航空發(fā)動機(jī)行業(yè)經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展與科研生產(chǎn)實踐，形成的制造技術(shù)文件體系基本能夠保障現(xiàn)有型號的研制生產(chǎn)，但仍存在著許多不容忽視的問題，具體表現(xiàn)為設(shè)計圖產(chǎn)品定義要素不全、文件框架邏輯關(guān)系不清晰、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗總結(jié)歸納不足、工藝規(guī)程操作指導(dǎo)性不強(qiáng)和工藝質(zhì)量評估控制有效性差。

工程數(shù)據(jù)不系統(tǒng)難以有力支撐研制

廠所多年來積累了設(shè)計、試驗及生產(chǎn)等多方面的工程數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，但仍存在三方面問題：一是數(shù)據(jù)庫尚不完整，缺少設(shè)計所需的性能數(shù)據(jù)，材料的使用性能數(shù)據(jù)更是缺乏且分散；二是廠所已有的數(shù)據(jù)庫處于孤立狀態(tài)，未建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，也沒有形成共享機(jī)制；三是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)簡單堆積，沒有經(jīng)過系統(tǒng)篩選、分析，不能有效地支撐航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品研發(fā)。

設(shè)計制造協(xié)同的必要性

要消除設(shè)計制造分離對航空發(fā)動機(jī)研發(fā)的影響，開展設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)是提高研制質(zhì)量、縮短研制周期的重要手段。

設(shè)計制造協(xié)同是加快研制進(jìn)程所需

通過設(shè)計制造協(xié)同，設(shè)計和生產(chǎn)單位經(jīng)充分溝通、數(shù)據(jù)共享，對產(chǎn)品研發(fā)的風(fēng)險預(yù)判將更加準(zhǔn)確，能更好、更快地解決制造、試驗過程中出現(xiàn)的問題，加快產(chǎn)品研制進(jìn)程。

設(shè)計制造協(xié)同是提高技術(shù)水平所需

一代產(chǎn)品需求一代材料和技術(shù)。新產(chǎn)品研發(fā)時，通過設(shè)計制造協(xié)同，制造盡早參與設(shè)計過程，可提早知道產(chǎn)品對新材料和新技術(shù)的需求，并通過技術(shù)攻關(guān)等途徑提高自身技術(shù)水平。

設(shè)計制造協(xié)同是提升產(chǎn)品質(zhì)量所需

通過設(shè)計制造協(xié)同，產(chǎn)品在役期間的功能、性能、故障表現(xiàn)等數(shù)據(jù)可及時傳遞給設(shè)計單位，幫助設(shè)計不斷完善產(chǎn)品，提高產(chǎn)品可靠性。

通過開展設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)，建立起組織健全、流程協(xié)同、規(guī)范統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)融合的設(shè)計制造協(xié)同發(fā)展模式，將有效提升航空發(fā)動機(jī)的正向研發(fā)能力。

設(shè)計制造協(xié)同的工作思路

2017年，隨著中國航發(fā)AEOS建設(shè)工作的實施，設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)被列為研發(fā)體系的專項工作，以中國航發(fā)黎明和中國航發(fā)動力所為試點合作開展，航空發(fā)動機(jī)的自主研發(fā)之路開啟了新篇章。

中國航發(fā)黎明和中國航發(fā)動力所研究借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，經(jīng)過充分論證，確定從流程制度建設(shè)和制造技術(shù)文件體系建設(shè)探索設(shè)計制造協(xié)同的產(chǎn)品研發(fā)模式，同時開展信息化建設(shè)，為設(shè)計制造協(xié)同提供平臺和工具。

在流程制度建設(shè)方面，建立和健全滿足產(chǎn)品全生命周期要求的設(shè)計制造協(xié)同研制流程及制度，明確設(shè)計制造協(xié)同的環(huán)節(jié)和接口，用流程穿透設(shè)計和制造的組織邊界，實現(xiàn)跨單位工作的有效協(xié)同；完善產(chǎn)品定義相關(guān)設(shè)計準(zhǔn)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)并規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計人員輸出定義準(zhǔn)確、完整、可生產(chǎn)性強(qiáng)的設(shè)計圖樣和數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品制造人員能夠精準(zhǔn)理解并執(zhí)行設(shè)計意圖與要求。

在制造技術(shù)文件體系建設(shè)方面，構(gòu)建設(shè)計和制造共同遵循的統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則，構(gòu)建完整的制造技術(shù)文件體系，滿足設(shè)計圖樣引用、工藝設(shè)計、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗等各環(huán)節(jié)的使用需求，提高產(chǎn)品實現(xiàn)的能力。

在信息化建設(shè)方面，以中國航發(fā)的統(tǒng)一協(xié)同平臺為基礎(chǔ)，圍繞設(shè)計數(shù)據(jù)的交互與使用，基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)建設(shè)廠所協(xié)同管理平臺，完善系統(tǒng)功能，滿足設(shè)計制造協(xié)同對信息傳遞、處理的效率與質(zhì)量需求。

廠所設(shè)計制造協(xié)同組織架構(gòu)

設(shè)計制造協(xié)同的具體實踐

成立組織機(jī)構(gòu)，推進(jìn)廠所協(xié)同

健全有力的組織機(jī)構(gòu)是項目順利實施的基礎(chǔ)保障。按照“廠所協(xié)同、共建共享”原則，中國航發(fā)黎明和中國航發(fā)動力所于2017年共同組建了管理組織機(jī)構(gòu)，包括廠所聯(lián)合技術(shù)委員會、協(xié)同工作組、中國航發(fā)沈陽制造技術(shù)研究中心，以及由廠所相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)骨干組成的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊（IPT）。

為確保工作順利推進(jìn)，廠所雙方分別提供專門用于協(xié)同工作人員辦公的地點、設(shè)備，建設(shè)同時登陸雙方PDM系統(tǒng)、實現(xiàn)異地工作的環(huán)境，制定了IPT團(tuán)隊人員保障措施和制度保障措施，指導(dǎo)團(tuán)隊成員開展工作，并按制度進(jìn)行監(jiān)督檢查。

建設(shè)協(xié)同流程制度，提高研發(fā)效率

在研發(fā)體系建設(shè)之前，中國航發(fā)黎明的新品研制過程采用批產(chǎn)流程進(jìn)行管理。2017年年初，針對原流程存在的問題，中國航發(fā)黎明開始研討、設(shè)計正向工藝研發(fā)流程。經(jīng)多次討論、修改，歷時近一年時間設(shè)計了覆蓋產(chǎn)品全生命周期，包含設(shè)計、工藝管理、工藝研發(fā)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)域的正向工藝研發(fā)流程圖，在此基礎(chǔ)上與中國航發(fā)動力所進(jìn)行對接，增加了用戶業(yè)務(wù)域，細(xì)化設(shè)計業(yè)務(wù)，確定了協(xié)同環(huán)節(jié)，形成了設(shè)計制造協(xié)同流程。

設(shè)計制造協(xié)同流程的建立將使產(chǎn)品的設(shè)計和制造工作由串行向并行模式轉(zhuǎn)變，使設(shè)計提早考慮可生產(chǎn)性要求，制造盡早介入設(shè)計過程，縮短設(shè)計制造準(zhǔn)備周期，降低制造階段出現(xiàn)問題的概率，減少設(shè)計反復(fù)。

組織梳理產(chǎn)品研制全流程設(shè)計制造協(xié)同業(yè)務(wù)問題159項，經(jīng)整理、合并、歸類、評審，形成設(shè)計制造協(xié)同流程制度類和面向制造的產(chǎn)品定義類共24項任務(wù)，涵蓋技術(shù)狀態(tài)管理、協(xié)同管理、設(shè)計偏離管理、成熟度管理、共享數(shù)據(jù)庫建設(shè)等業(yè)務(wù)域，其中21項任務(wù)的實施方案已通過評審，下達(dá)了工作計劃。

重構(gòu)文件體系，支撐協(xié)同研發(fā)

2017年年底，廠所按集團(tuán)專項會議精神啟動了制造技術(shù)文件體系建設(shè)工作。廠所按照總體策劃、分步實施的原則，將建設(shè)工作分為方案策劃階段、梳理分析階段、編制實施階段及總結(jié)驗收階段等四個階段，目前方案策劃和梳理分析工作已基本完成。

在方案策劃階段，廠所打破單位界限，遵照“廠所協(xié)同、共建共享”原則，以融合、協(xié)同的思維去溝通、分析問題，確定方案；對參與人員進(jìn)行培訓(xùn)、宣貫，統(tǒng)一思想，確保整體工作達(dá)到預(yù)期目的。

在梳理分析階段，ITP團(tuán)隊圍繞航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品實現(xiàn)過程，組織相關(guān)人員通過多種途徑，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)先進(jìn)企業(yè)經(jīng)驗，了解其工程圖、標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)文件的基本要求和邏輯關(guān)系；組織梳理、分析軍品型號涉及的所有標(biāo)準(zhǔn)和文件；針對零件產(chǎn)品家族，面向工藝、檢驗、操作人員收集、梳理文件應(yīng)用問題。

針對產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、產(chǎn)品制造和驗收交付四項主要業(yè)務(wù)，聚焦設(shè)計、工藝、操作和檢驗四類人員需求，將先進(jìn)經(jīng)驗與公司自主創(chuàng)新實踐相結(jié)合，對技術(shù)文件之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行推理分析，搭建了制造技術(shù)文件體系框架。

優(yōu)化管理平臺，夯實協(xié)同基礎(chǔ)

設(shè)計制造協(xié)同離不開強(qiáng)大的信息化管理平臺。廠所以中國航發(fā)統(tǒng)一協(xié)同平臺為基礎(chǔ)，圍繞設(shè)計數(shù)據(jù)的交互與使用，基于PDM系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)了廠所協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)了廠所間協(xié)同數(shù)據(jù)的自動發(fā)放/接收管理，實現(xiàn)了跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程融合。

優(yōu)化數(shù)據(jù)傳遞流程，提質(zhì)增效 按照中國航發(fā)AEOS推進(jìn)要求，IPT團(tuán)隊認(rèn)真梳理產(chǎn)品研發(fā)體系業(yè)務(wù)流程，通過廠所協(xié)同管理平臺將產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸方式由航發(fā)網(wǎng)郵件傳遞變?yōu)樵赑DM系統(tǒng)共享區(qū)直接推送、信息化系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗和檢查管理，實現(xiàn)無人值守的廠所間數(shù)據(jù)發(fā)放/接收，簡化了數(shù)據(jù)發(fā)放業(yè)務(wù)流程，節(jié)約了數(shù)據(jù)發(fā)放中的審批等待時間，提高了數(shù)據(jù)發(fā)放效率，解決了人工檢查數(shù)據(jù)存在的遺漏以及效率低下等問題。對接收的設(shè)計文件進(jìn)行信息化、自動化的管理，銜接設(shè)計業(yè)務(wù)流程，貫通審計/制造信息化平臺，解決了設(shè)計文件貫徹管理難的問題。

搭建流程與信息傳遞橋梁，不斷擴(kuò)展協(xié)同業(yè)務(wù)范圍 建立了跨系統(tǒng)的協(xié)同業(yè)務(wù)審批流程，打通廠所協(xié)同業(yè)務(wù)通道，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程審批流程的無縫對接，極大地方便了用戶的使用，突破了“審簽流程不能跨系統(tǒng)審批”的限制。其中不合格品審理系統(tǒng)上線后，實現(xiàn)27個型號不合格品審理單的廠所協(xié)同審批，共計1448條流程。

廠所協(xié)同管理平臺架構(gòu)圖

打通試車信息通道，促進(jìn)產(chǎn)品正向研發(fā) 實現(xiàn)了批產(chǎn)及大修發(fā)動機(jī)外場飛參數(shù)據(jù)的上傳、存儲、下載、檢索、管理、分析和展現(xiàn)，實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)參數(shù)與飛行任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)查詢。廠所協(xié)同管理平臺實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)共享，方便出現(xiàn)故障時進(jìn)行對比分析。通過該數(shù)據(jù)通道的利用，保障長期穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)收集分析。

協(xié)同審批流程管理架構(gòu)圖

創(chuàng)新管理機(jī)制，保障項目實施

為了調(diào)動協(xié)同建設(shè)參與人員的積極性，確保各項工作按計劃高質(zhì)量開展，廠所首次聯(lián)合建立了管理和考核機(jī)制。

按科研攻關(guān)項目實施管理 將設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)各項工作分解為任務(wù)包，按照科研攻關(guān)項目進(jìn)行管理。指令性下達(dá)任務(wù)，依據(jù)任務(wù)的難度、貢獻(xiàn)度確定匹配獎勵額度，由廠所共同出資獎勵。在資源配置、成果應(yīng)用驗證等方面提供支持，組織客戶對應(yīng)用效果進(jìn)行驗收。

分解落實責(zé)任到人 將設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)工作納入各部門年度重點工作計劃，逐層分解，責(zé)任分解落實到人，嚴(yán)格考核。

實施動態(tài)監(jiān)控 各項目IPT團(tuán)隊建立周例會制度。推進(jìn)辦公室對總體工作進(jìn)度進(jìn)行掌控，按月實施動態(tài)管理，每季度總結(jié)匯報總體進(jìn)展情況，按年度組織對各項目達(dá)成目標(biāo)情況進(jìn)行評價。廠所聯(lián)合技術(shù)委員會每半年檢查一次總體進(jìn)展情況，協(xié)調(diào)處理重大事項。

設(shè)計制造協(xié)同的初步成效

設(shè)計制造協(xié)同項目實施以來，部分工作成果已在型號科研生產(chǎn)中試用，并取得一定效果。

在發(fā)動機(jī)氣動方案優(yōu)化改進(jìn)中試用了設(shè)計制造協(xié)同流程和制度，取得了預(yù)期效果。廠所共成立17個協(xié)同團(tuán)隊，通過協(xié)同設(shè)計，使進(jìn)氣機(jī)匣和風(fēng)扇等部件工藝準(zhǔn)備工作比原流程提前130天啟動，設(shè)計與工藝準(zhǔn)備工作并行開展，縮短了零件的研制周期，提高了零件的加工質(zhì)量，其中風(fēng)扇整體葉盤部分零件已實現(xiàn)合格交付。

廠所協(xié)同管理平臺的投入使用，提高了信息交換的效率，降低了出錯概率。人工傳遞改為自動分發(fā)、即時通知，數(shù)據(jù)發(fā)放周期由原來的3天左右縮短為1天；傳統(tǒng)紙介質(zhì)審批改為電子審批，協(xié)同審批周期由原來約10天縮短為3天，解決了產(chǎn)品數(shù)據(jù)會簽環(huán)節(jié)多、周期長等問題；實現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳遞過程管理、廠所協(xié)同業(yè)務(wù)的融合，解決了協(xié)同審批業(yè)務(wù)歷史追溯、設(shè)計/生產(chǎn)協(xié)調(diào)難問題；為中國航發(fā)各單位之間實現(xiàn)協(xié)同業(yè)務(wù)對接、協(xié)同數(shù)據(jù)自動交換鋪設(shè)了數(shù)據(jù)高速公路，協(xié)同工作人員工作效率提升了10%以上。

結(jié)束語

隨著中國航發(fā)黎明和中國航發(fā)動力所設(shè)計制造協(xié)同建設(shè)工作的實施，協(xié)同工作流程和制度將得到進(jìn)一步完善，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和制造兩個工作域的融合程度將進(jìn)一步提高。設(shè)計將高度關(guān)注產(chǎn)品的可實現(xiàn)性和可生產(chǎn)性，工廠將通過提前介入設(shè)計方案確定過程，盡早開展系統(tǒng)的工藝研究，避免新材料、新技術(shù)工程化應(yīng)用的真空狀態(tài)，不斷提高航空發(fā)動機(jī)的正向研發(fā)能力。