摘 要：工藝審查是制造工藝部門參與產(chǎn)品設(shè)計的一項重要工作，但當前工藝審查效率低，工作缺乏有效管控。為提高航空產(chǎn)品研制過程中設(shè)計制造并行協(xié)同的效率，以產(chǎn)品數(shù)字化模型設(shè)計成熟度為研制時間標尺，融合飛機研制相關(guān)制造專業(yè)，規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計與制造工藝審查并行矩陣，構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計成熟度驅(qū)動的制造工藝審查工作模式。該模式通過飛機設(shè)計和制造專業(yè)之間并行關(guān)系的明確細化來實現(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、準確地介入并開展工藝審查工作，達到縮短研制時間、提升研制質(zhì)量、降低研制成本的目標。

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

中圖分類號：V260文獻標志碼：B文章編號：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)計階段進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)計的質(zhì)量。因此，如何有效實現(xiàn)設(shè)計、制造工藝審查并行協(xié)同，對于提高航空產(chǎn)品研制效率、降低制造風險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，對產(chǎn)品的各設(shè)計屬性滿足制造約束的程度進行分析［1］，即在并行工作中對零件的可制造性、產(chǎn)品的可裝配性等方面進行審查分析，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)計返工，是有效保證產(chǎn)品制造性、高效性、經(jīng)濟性的有效手段。

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)計方法，MBD 數(shù)字化設(shè)計模型繼而成為產(chǎn)品設(shè)計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、生產(chǎn)制造以及檢驗等的全過程。

圖1所示的MBD設(shè)計模型工藝審查過程是產(chǎn)品制造工藝技術(shù)人員對模型中設(shè)計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)信息和制造信息進行工藝分析，并向設(shè)計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)字化模型工藝自動審查系統(tǒng)［2-5］、可制造性分析評價［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，自動工藝審查系統(tǒng)適用性有限，目前航空產(chǎn)品MBD設(shè)計模型的工藝審查工作仍主要依靠工藝人員憑借個人技術(shù)經(jīng)驗來開展。但是，不同工藝人員經(jīng)驗水平不同，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工藝人員經(jīng)驗水平的要求、提高工藝審查效率、規(guī)避工藝審查不全面風險已成為工藝審查工作研究的主要內(nèi)容。

2 產(chǎn)品設(shè)計成熟度

國內(nèi)航空產(chǎn)品設(shè)計采用數(shù)字化設(shè)計與制造并行協(xié)同研發(fā)模式，在產(chǎn)品設(shè)計階段，制造工藝部門要對零件的可制造性、產(chǎn)品的可裝配性等制造要素進行審查。為高效實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造并行協(xié)同，設(shè)計成熟度控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

成熟度概念提出是為了在工程研制初期識別、控制進入批產(chǎn)階段的制造風險［10］。產(chǎn)品設(shè)計成熟度是從最初產(chǎn)品設(shè)計方案研究，經(jīng)過團隊協(xié)同設(shè)計的中間狀態(tài)到最終產(chǎn)品設(shè)計趨于完善的過程中，對產(chǎn)品數(shù)字化模型不同狀態(tài)時的階段性評估與量化，用于表達產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計活動和任務(wù)被有效執(zhí)行的程度［11-12］。簡單來說，是對產(chǎn)品設(shè)計模型的數(shù)字化定義完成情況和詳細程度進行等級劃分［13］，直觀反映產(chǎn)品設(shè)計具體進展。

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］，成熟度等級應(yīng)依據(jù)企業(yè)設(shè)計、制造能力和產(chǎn)品復(fù)雜程度來合理分級。基于現(xiàn)有航空產(chǎn)品研制流程，確立7個成熟度等級，具體產(chǎn)品成熟度等級劃分及成熟度狀態(tài)定義如表1所示。

產(chǎn)品設(shè)計成熟度定義和劃分是實現(xiàn)并行協(xié)同設(shè)計的關(guān)鍵?；诤娇债a(chǎn)品設(shè)計成熟度等級，可實現(xiàn)產(chǎn)品整個研制流程中制造工藝部門介入的準確控制。在產(chǎn)品設(shè)計階段，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)計成熟度驅(qū)動的高效制造工藝審查工作模式的構(gòu)建對航空制造并行工程研究有著重要的作用。

3 產(chǎn)品設(shè)計成熟度驅(qū)動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。當某一成熟度階段工藝審查通過時，數(shù)字化模型的成熟度等級MM1—MM7提升并進行下一階段的設(shè)計工作，同時開展工藝、工裝等并行工作，產(chǎn)品設(shè)計成熟度M1—M3驅(qū)動的并行工藝審查流程如圖2所示。

飛機研制是一項復(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，且在飛機設(shè)計階段，各制造專業(yè)何時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間標尺，策劃產(chǎn)品設(shè)計成熟度與制造專業(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，在飛機設(shè)計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個專業(yè)。表2中，○表示在產(chǎn)品設(shè)計某個成熟度階段參與工藝審查的制造專業(yè)；●表示重點開展工藝審查工作的制造專業(yè)。

在航空產(chǎn)品設(shè)計成熟度驅(qū)動的制造工藝審查工作模式中，明確飛機研制專業(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，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)計與制造并行協(xié)同效率。

因此，為降低工藝審查工作對工藝人員經(jīng)驗水平的要求，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)驗知識，形成產(chǎn)品工藝審查專家知識庫，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工藝審查的內(nèi)容如表3所示。

在航空產(chǎn)品設(shè)計并行工藝審查流程中融入飛機制造專業(yè)、工藝審查專家的知識，明確細化不同成熟度階段不同制造專業(yè)工藝的審查工作，時間標尺清晰，審查內(nèi)容具體，降低審查工作對工藝人員經(jīng)驗水平的要求，提高并行工藝審查的質(zhì)量和效率，同時有效地支撐產(chǎn)品設(shè)計成熟度升級轉(zhuǎn)段，加快推進航空產(chǎn)品的研制進程。

4 結(jié)語

工藝審查是產(chǎn)品設(shè)計與制造工藝銜接的橋梁，對航空產(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)計成熟度和飛機制造專業(yè)工藝審查的深度融合，規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計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)工藝審查專家知識為支撐，構(gòu)建由產(chǎn)品設(shè)計成熟度驅(qū)動的高效工藝審查工作模式，規(guī)避當前工藝審查不全面、工作效率低等缺點，降低工藝審查對工藝人員的經(jīng)驗要求。通過在某型號研制過程的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，不同制造專業(yè)能夠有效、準確地介入并開展工藝審查工作，實現(xiàn)了設(shè)計、制造工藝審查并行協(xié)同，在提高航空產(chǎn)品研制效率、降低制造風險和研制成本方面取得了一定成效。

參考文獻：

［1］ 林紹勇. 支持工藝性審查的知識庫的研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

［2］BOGUE R. Design for manufacture and assembly：background，capabilities and applications［J］. Assembly Automation，2012，32（2）：112-118.

［3］ 敖勇剛，萬敏，李新軍. 基于KBE的飛機板金件工藝性審查系統(tǒng)［J］. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2006，32（9）：1096-1099.

［4］ 韓志仁，劉明星，何斌. 面向工程數(shù)據(jù)集導(dǎo)管工藝性批量審查技術(shù)研究［J］. 航空制造技術(shù)，2016，59（3）：90-92，96.

［5］ 閆帥，王宗彥，鄭江，等. MBD設(shè)計模型的工藝性審查研究［J］. 現(xiàn)代制造工程，2016（2）：99-102.

［6］ ONG S K，SUN M J，NEE A Y C. A fuzzy set AHP-based DFM tool for rotational parts［J］. Journal of Materials Processing Technology，2003，138（1/2/3）：223-230.

［7］ 段福斌，姜少飛，潘雙夏. 集成環(huán)境下的零件可制造性分析系統(tǒng)［J］. 機床與液壓，2005，33（4）：10-12，15.

［8］ 劉紅軍，莫蓉，范慶明，等. 并行工程下基于特征的零件可制造性及其評價方法研究［J］. 計算機應(yīng)用研究，2009，26（3）：980-983.

［9］ 王宏君，張利強，敬石開. 基于模型融合與映射的零件可制造性分析建模技術(shù)［J］. 計算機集成制造系統(tǒng)，2013，19（9）：2153-2159.

［10］ 阮超峰. 基于成熟度的并行協(xié)同設(shè)計方法探究［J］. 機械設(shè)計與制造工程，2016，45（1）：60-62.

［11］ 陳陽平. 基于數(shù)字樣機的直升機協(xié)同設(shè)計研究與應(yīng)用［D］. 南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

［12］ DOOLEY K，SUBRA A，ANDERSON J. Maturity and its impact on new product development project performance［J］. Research in Engineering Design，2001，13（1）：23-29.

［13］ 惠巍，金哲珠，胡保華，等. 基于產(chǎn)品成熟度的設(shè)計制造高度并行研發(fā)模式［J］. 航空制造技術(shù)，2016，59（23）：137-141.

［14］ 郭亮，張超，唐倩，等. 面向設(shè)計制造一體化的航空產(chǎn)品成熟度建模方法［J］. 現(xiàn)代制造工程，2018（8）：42-47.

［15］ 朱凌子，王時龍，楊波，等. 基于成熟度模型的航空產(chǎn)品并行協(xié)同研制模式［J］. 重慶大學(xué)學(xué)報，2018，41（10）：19-29.