航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品可制造性評(píng)估的應(yīng)用研究

孫巖峰，黃 穎，何 恒

（中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司,成都610503）

0 引言

提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間是制造業(yè)成功和發(fā)展的關(guān)鍵因素及目標(biāo)。設(shè)計(jì)和制造集成的開(kāi)發(fā)方式一直是研究熱點(diǎn)，可制造性評(píng)估是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造集成的重要手段。DFM（Design for Manufacturing）稱為面向制造的設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)可制造性，這個(gè)概念最初在電子行業(yè)提出并實(shí)施，因?yàn)殡娮有袠I(yè)中的半導(dǎo)體垂直分工細(xì)致，代工企業(yè)與IC設(shè)計(jì)商之間領(lǐng)域分明，通過(guò)實(shí)施DFM，可以提高產(chǎn)品批產(chǎn)合格率，從而降低成本、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

按狹義范圍理解，設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估即產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝性評(píng)估,就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的早期就考慮制造的因素，指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)的反復(fù)，使產(chǎn)品一次開(kāi)發(fā)成功。其目的是保證滿足產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，采用合理而經(jīng)濟(jì)的制造工藝來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化產(chǎn)品定義。

按廣義范圍理解，設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估是由設(shè)計(jì)工程師主導(dǎo)，組織制造供應(yīng)商對(duì)產(chǎn)品工藝性進(jìn)行評(píng)判的工作，不只包括產(chǎn)品定義和工藝，還應(yīng)涵蓋實(shí)施該工藝過(guò)程中的制造系統(tǒng)，即產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性、可加工性、可裝配性、標(biāo)準(zhǔn)文件、制造成本和制造周期等方面。也就是說(shuō)，可制造性評(píng)估是從制造可能性和經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

相比起電子行業(yè)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估研究工作起步較晚。特別是我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制體系是俄羅斯研發(fā)體系的產(chǎn)物，如設(shè)計(jì)所和制造廠是分離的，現(xiàn)有工作流程簡(jiǎn)單，溝通不充分，有可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理引起后期制造、裝配問(wèn)題，延誤研制進(jìn)度。

國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)全球化制造，以美國(guó)某知名航空企業(yè)為例：下游供應(yīng)商多達(dá)成百上千，分布在美國(guó)、歐洲、亞洲等各地，每個(gè)供應(yīng)商有不同生產(chǎn)能力和經(jīng)驗(yàn)，因此必須開(kāi)展設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估工作，以保證設(shè)計(jì)意圖和產(chǎn)品制造匹配。筆者所在公司經(jīng)歷了30多年外貿(mào)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，和美英等國(guó)際知名航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)長(zhǎng)期合作，并在一些國(guó)際最先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)上開(kāi)展了同步工程，從2012年開(kāi)始成為中國(guó)最早一家和國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)開(kāi)展同步工程的單位。至今，已開(kāi)展同步工程共計(jì)16項(xiàng)。DFM是同步工程的核心技術(shù)，在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)和制造最為重要。因此在同步工程的開(kāi)始，就要考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性等因素[1]，因此DFM已成為同步工程的熱門(mén)課題之一。作者曾多次參加同步工程工作，實(shí)際參與了顧客面向供應(yīng)商開(kāi)展的可制造性評(píng)估工作。

本文通過(guò)可制造性評(píng)估的具體案例詳細(xì)介紹其工作要求和優(yōu)點(diǎn)，以期探討該方法在國(guó)內(nèi)軍品研制生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的必要性。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

由于設(shè)計(jì)所和制造廠是分離的，所以目前國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)一直采用串行模式，即零組件設(shè)計(jì)→打樣圖的工藝性審查→發(fā)出生產(chǎn)準(zhǔn)備圖紙→工藝性審查→反饋問(wèn)題→形成技術(shù)問(wèn)題協(xié)調(diào)單（保證生產(chǎn)準(zhǔn)備不受影響）→修訂設(shè)計(jì)圖→換版發(fā)出。這種模式流程相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要等待上一階段全部完成后，才能進(jìn)入下一階段工作，并交換成套信息。

目前航空工業(yè)發(fā)展迅猛，新產(chǎn)品推出速度越來(lái)越快，傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)模式已經(jīng)越來(lái)越跟不上發(fā)展的速度。一方面，設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)員的工程背景有限，工藝能力較差，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)工藝性的考慮不足，導(dǎo)致很多零、部件工藝性較差或制造成本高，同時(shí)在設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品相關(guān)信息不能及時(shí)提給工藝部門(mén)、制造部門(mén)、質(zhì)量控制部門(mén)、采購(gòu)部門(mén)及其相關(guān)供應(yīng)商，難以全面考慮制造可行性和質(zhì)量保證等問(wèn)題，所以國(guó)內(nèi)軍品零件的工藝性不如外貿(mào)零件，往往是圖紙已經(jīng)出來(lái)，制造廠進(jìn)行工藝性審查時(shí)提出的建議，設(shè)計(jì)所一般不會(huì)采納。另一方面由于設(shè)計(jì)與制造單位的分離，造成信息溝通不充分，設(shè)計(jì)先天缺陷往往在后期才暴露出來(lái)，造成后期工程更改，或者由于設(shè)計(jì)不合理引起后期制造、裝配問(wèn)題，延誤研制進(jìn)程，或者很多意見(jiàn)無(wú)法融入設(shè)計(jì)圖樣和文件中，產(chǎn)品制造性問(wèn)題導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更，甚至可能引起相關(guān)配套產(chǎn)品的變更；浪費(fèi)人力物力，影響制造周期。

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)工作需要各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的配合與協(xié)調(diào)，眾多承制部門(mén)和單位要及時(shí)交換信息并驗(yàn)收成果。面向產(chǎn)品全壽命周期的并行設(shè)計(jì)技術(shù)（即同步工程），就是對(duì)產(chǎn)品整個(gè)研發(fā)過(guò)程的各個(gè)子系統(tǒng)同步研發(fā)，產(chǎn)品與工藝、工裝的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品與質(zhì)量目標(biāo)同步規(guī)劃，使開(kāi)發(fā)者從概念形成開(kāi)始就考慮其他子系統(tǒng)的接口和需求，考慮后續(xù)工藝和工裝的水平和能力，考慮質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要求。即研發(fā)時(shí)就考慮到整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素（包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶要求）的1種系統(tǒng)方法[2-5]。在產(chǎn)品各部分的同時(shí)設(shè)計(jì)和綜合，以及有關(guān)工程、制造和支持相關(guān)性協(xié)調(diào)的處理。在同步工程中往往應(yīng)用設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估，使開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就能考慮到產(chǎn)品壽命期內(nèi)的所有環(huán)節(jié)，即從項(xiàng)目規(guī)劃到產(chǎn)品交付的有關(guān)質(zhì)量、成本、周期和用戶要求等[6-10]。

鑒于目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)所與制造企業(yè)溝通不暢的特殊情況，必須通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，最終達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本以及縮短試制周期的目的。

2 國(guó)外知名航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的可制造性評(píng)估方法簡(jiǎn)介

任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不會(huì)百分百完美，從設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品制造、裝配試車(chē)再到成熟使用，或多或少都會(huì)有問(wèn)題出現(xiàn)，即使是國(guó)際知名企業(yè)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也存在不足之處，仍然需要開(kāi)展可制造性評(píng)估工作。設(shè)計(jì)師聯(lián)合供應(yīng)商開(kāi)展設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估，充分考慮供應(yīng)商在零件加工過(guò)程中提出的改進(jìn)建議，并將其納入設(shè)計(jì)更改。評(píng)估時(shí)需考慮產(chǎn)品全加工過(guò)程，包括結(jié)構(gòu)定義、尺寸公差限制、形位公差、特種工藝，甚至材料等。設(shè)計(jì)工程師對(duì)供應(yīng)商提出的意見(jiàn)進(jìn)行評(píng)估和采納，在加工前就有效提高產(chǎn)品的工藝加工性， 提高成本優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“雙贏”。

實(shí)際上，產(chǎn)品可制造性評(píng)估工作貫穿于產(chǎn)品整個(gè)生命周期。如果按時(shí)間段來(lái)劃分產(chǎn)品生命周期，可以分為設(shè)計(jì)啟動(dòng)、設(shè)計(jì)研發(fā)、設(shè)計(jì)定型和工程定型等4個(gè)階段。每個(gè)階段的工作目的、工作要求、評(píng)估流程和評(píng)估方法（工具）、評(píng)估輸入和評(píng)估結(jié)果形式有一定的差別。

2.1 設(shè)計(jì)啟動(dòng)階段

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在大多數(shù)情況下，新設(shè)計(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品并不是完全意義上的全新產(chǎn)品，而是在已有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，根據(jù)新功能等需求進(jìn)行更新或改進(jìn)。因此即使沒(méi)有最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程師仍然可以開(kāi)展評(píng)估工作。即在設(shè)計(jì)啟動(dòng)階段，產(chǎn)品處于“概念設(shè)計(jì)”，在缺少特征尺寸和工藝要求不完善的情況下，在選定制造供應(yīng)商之后就由設(shè)計(jì)發(fā)布結(jié)構(gòu)初樣設(shè)計(jì)模型，可以開(kāi)展這個(gè)評(píng)估工作。比如評(píng)估產(chǎn)品性能是否滿足客戶需求、其主要參數(shù)是否滿足產(chǎn)品的可制造性和加工工藝性是否合理等。產(chǎn)品的性能要求、系統(tǒng)和試驗(yàn)等要求的評(píng)估審定在設(shè)計(jì)部門(mén)內(nèi)部開(kāi)展。對(duì)于可制造性和加工工藝性，需要設(shè)計(jì)工程師聯(lián)系制造供應(yīng)商，開(kāi)展評(píng)估工作。

2.1.1 評(píng)估目的

在設(shè)計(jì)啟動(dòng)階段開(kāi)展可制造性評(píng)估，其目的是有助于制造供應(yīng)商初步了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，評(píng)估自身加工能力，提前合理安排實(shí)際加工工序和過(guò)程，為下一步研發(fā)和制造集成工作奠定基礎(chǔ)，也可以稱為“功能預(yù)評(píng)審”。

評(píng)估目標(biāo)：（1）設(shè)計(jì)單位將設(shè)計(jì)意圖傳遞給供應(yīng)商；（2）強(qiáng)調(diào)原有設(shè)計(jì)和工藝的應(yīng)用；（3）將工程和質(zhì)量要求傳遞給供應(yīng)商；（4）將項(xiàng)目要求傳遞給供應(yīng)商；（5）實(shí)施對(duì)工程要求符合性的預(yù)評(píng)審。

2.1.2 工作內(nèi)容

任命設(shè)計(jì)單位和制造供應(yīng)商的項(xiàng)目經(jīng)理；審查設(shè)計(jì)要求；審查預(yù)計(jì)的性能要求；審查發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)要求；確定試驗(yàn)要求；審查可靠性、維護(hù)性和安全問(wèn)題；審查零件早期成熟的設(shè)計(jì)方案；審查相似零部件的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)；確定設(shè)計(jì)性能的服務(wù)壽命；審查擬使用的材料；討論與適用的設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)規(guī)程的一致性；審查關(guān)鍵質(zhì)量特性（CTQ）和關(guān)鍵指標(biāo)（KC）的要求；易裝配性；討論零件的預(yù)期研發(fā)計(jì)劃；審查六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）和可靠性設(shè)計(jì)（DFR）的初始評(píng)分卡；確定下一次評(píng)審日期。

2.1.3 評(píng)估人員

設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)工程師、系統(tǒng)工程師、產(chǎn)品質(zhì)量工程師、價(jià)值工程師、材料工程師、機(jī)械分析師及其他技術(shù)專家；制造供應(yīng)商的設(shè)計(jì)工程師、制造工程師、質(zhì)量工程師、生產(chǎn)和項(xiàng)目管理人員。

2.1.4評(píng)估方法

通過(guò)視頻會(huì)議，展示PPT文件或UG模型，設(shè)計(jì)工程師向制造供應(yīng)商傳遞原有產(chǎn)品的特征尺寸和工藝要求，并以此為基礎(chǔ)，告知制造供應(yīng)商預(yù)估的新設(shè)計(jì)要求和可能的更改風(fēng)險(xiǎn)，比如材料更改、關(guān)鍵特征、關(guān)鍵工藝或者可能會(huì)增加哪些新的形體特征等等。除此以外，還應(yīng)該向制造供應(yīng)商告知，為配合新發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)試驗(yàn)，新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的需求數(shù)量和交付時(shí)間。功能預(yù)評(píng)審評(píng)估清單見(jiàn)表1。

2.1.5 評(píng)估流程

設(shè)計(jì)單位和制造供應(yīng)商組成跨部門(mén)團(tuán)隊(duì)熟悉擬研發(fā)零件的設(shè)計(jì)規(guī)范意圖和項(xiàng)目要求。向團(tuán)隊(duì)傳遞零件的功能、在發(fā)動(dòng)機(jī)中的位置、裝配要求，同時(shí)也包括運(yùn)行環(huán)境、特殊操作、安裝和拆卸技術(shù)。評(píng)估流程如圖1所示。

2.2設(shè)計(jì)研發(fā)階段

經(jīng)過(guò)前期的評(píng)估交流，設(shè)計(jì)和制造雙方達(dá)成合作意向，由此開(kāi)始進(jìn)入研發(fā)階段。由于在研發(fā)階段，設(shè)計(jì)更改頻繁，信息量巨大，因此要求雙方緊密聯(lián)系，需要定期溝通、開(kāi)會(huì)并做好記錄。此階段的評(píng)估工作專業(yè)是多方面的，應(yīng)該充分考慮到實(shí)際加工的情況，制造單位根據(jù)初樣結(jié)構(gòu)制造工藝性與設(shè)計(jì)溝通，提高加工性和經(jīng)濟(jì)性，提出與結(jié)構(gòu)相關(guān)的制造工藝實(shí)現(xiàn)的建議。評(píng)估工作不僅相關(guān)產(chǎn)品尺寸精度、特種工藝、加工合理性，也涉及標(biāo)準(zhǔn)符合性和產(chǎn)品檢測(cè)等多個(gè)方面。

2.2.1 評(píng)估目的

在設(shè)計(jì)研發(fā)階段開(kāi)展可制造性評(píng)估工作，其目的是有利于增強(qiáng)設(shè)計(jì)的工藝性，避免由于設(shè)計(jì)與工藝能力不協(xié)調(diào)產(chǎn)生較多不合格品審理。同時(shí)能提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的有效性，將制造工藝要求和質(zhì)量要求提前引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用供應(yīng)商的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)圖樣更加完善，最大化減少設(shè)計(jì)更改工作。也可以稱為“設(shè)計(jì)最優(yōu)化評(píng)審”。

評(píng)估目標(biāo)：（1）確保開(kāi)發(fā)可行性的設(shè)計(jì)；（2）確保制造供應(yīng)商的能力符合需求方的要求；（3）鑒別和糾正設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題；（4）確定總設(shè)計(jì)意圖的一致性；（5）盡量減少導(dǎo)致不合格品審理的零件偏差；（6）鑒別和糾正所有生產(chǎn)和質(zhì)量敏感的設(shè)計(jì)區(qū)域；（7）評(píng)定與所有需求方標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

2.2.2 工作內(nèi)容

對(duì)先前的評(píng)審提出行動(dòng)措施；指定支持人員和技術(shù)資源；與需求方標(biāo)準(zhǔn)的符合性；可靠性、可維護(hù)性、安全；圖紙更改控制；設(shè)計(jì)更改與生產(chǎn)問(wèn)題；圖紙（草圖/詳圖/尺寸/公差/基準(zhǔn)）的評(píng)審；裝配的簡(jiǎn)易性；材料、替代材料；工藝路線和過(guò)程評(píng)估；質(zhì)量；設(shè)計(jì)規(guī)程；安全和維護(hù)性的審查；關(guān)鍵質(zhì)量特性（CTQ）和關(guān)鍵指標(biāo)（KCs）要點(diǎn)和要求；CTQs和KCs的6σ能力的評(píng)估；DFSS工藝和初步的DFR的評(píng)估；生產(chǎn)流程卡（6σ零件）；來(lái)源審核；測(cè)試計(jì)劃要求；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估/規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)計(jì)劃修正；主要項(xiàng)目計(jì)劃或進(jìn)度計(jì)劃的修正；確定下一次評(píng)審日期。

2.2.3 評(píng)估人員

設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)工程師、質(zhì)量工程師、價(jià)值工程師和其他技術(shù)專家；制造供應(yīng)商的總工程師、設(shè)計(jì)工程師、質(zhì)量控制/檢驗(yàn)人員、材料工程師和其他專業(yè)技術(shù)人員。

2.2.4 評(píng)估方法

采用專用文件-交流單（Memo或者Comm Sheet）傳遞設(shè)計(jì)要求，交流單按正式文件傳遞和存檔。定期召開(kāi)視頻會(huì)議，頻次按工程進(jìn)度需要確定，一般為每周1～2次。在會(huì)議之前，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)陸續(xù)將已確定產(chǎn)品的特征尺寸、工藝要求等信息通過(guò)交流單傳遞給制造供應(yīng)商。制造供應(yīng)商組織工藝、制造、采購(gòu)和質(zhì)量部門(mén)在會(huì)議前期評(píng)估交流單，在視頻會(huì)議上和設(shè)計(jì)工程師討論，并形成書(shū)面意見(jiàn)，會(huì)后按正式文件進(jìn)行反饋。設(shè)計(jì)工程師根據(jù)制造供應(yīng)商的反饋意見(jiàn)，敲定無(wú)異議的設(shè)計(jì)特征，評(píng)審有異議部分并尋求解決方案，最終雙方在設(shè)計(jì)方案上達(dá)成一致。設(shè)計(jì)最優(yōu)化評(píng)審評(píng)估清單見(jiàn)表2。

2.2.5 評(píng)估流程

修改設(shè)計(jì)圖以適應(yīng)選定制造供應(yīng)商的設(shè)備、工具和工藝能力。目標(biāo)是增強(qiáng)工藝性并避免由于初始設(shè)計(jì)與工藝能力不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的不合格品審理。建立來(lái)源審核要求。評(píng)估流程如圖2所示。

2.3 設(shè)計(jì)定型階段

通過(guò)前2個(gè)階段的評(píng)估交流，產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐步完善成型，發(fā)布詳細(xì)正樣的結(jié)構(gòu)尺寸要求，設(shè)計(jì)圖樣正式定稿發(fā)布，產(chǎn)品進(jìn)入設(shè)計(jì)定型階段。在這個(gè)階段，產(chǎn)品加工已經(jīng)完成或接近完成，必須考慮產(chǎn)品的制造系統(tǒng)。設(shè)計(jì)制造單位對(duì)正樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)加工的制造工藝性審查，與設(shè)計(jì)達(dá)成綜合最佳的修正意見(jiàn)，確保產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能、性能目標(biāo)的最優(yōu)平衡。如果供應(yīng)商對(duì)更改要求無(wú)異議，需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)反饋評(píng)估統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并貫徹設(shè)計(jì)更改。英國(guó)某航空采用FVRA表單評(píng)分的形式建立同設(shè)計(jì)工程師溝通反饋，將制造性或檢測(cè)性差的尺寸特征，標(biāo)識(shí)為高級(jí)或中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，能幫助設(shè)計(jì)工程師聚焦具體尺寸特征要求，綜合考慮改進(jìn)設(shè)計(jì)特征，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工、檢測(cè)的符合度，進(jìn)而減少產(chǎn)品批產(chǎn)后可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和不合格品審理。

表2 設(shè)計(jì)最優(yōu)化評(píng)審評(píng)估清單

2.3.1 評(píng)估目的

在制造供應(yīng)商的試生產(chǎn)階段開(kāi)展評(píng)估，其目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可制造性、可檢驗(yàn)性。可制造性主要是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的零件從能不能加工、好不好加工、能加工出來(lái)的合格率大小、加工成本等方面的因素；可檢驗(yàn)性主要是驗(yàn)證零件尺寸能不能檢測(cè)、好不好檢測(cè)、測(cè)具能否設(shè)計(jì)出來(lái)、測(cè)頭能否接觸到檢測(cè)形體、是在工序中檢測(cè)還是終檢等方面的因素。考慮加工質(zhì)量和成本，盡量減少高風(fēng)險(xiǎn)的特種工藝和不夠健全的加工技術(shù)，確保加工、裝配和試驗(yàn)?zāi)軡M足要求。因此這個(gè)評(píng)估也稱為“試制、生產(chǎn)和質(zhì)量評(píng)審”。

評(píng)估的目標(biāo)：（1）確保完成的設(shè)計(jì)具有可制造性、可驗(yàn)證性，審查所有與零件最終設(shè)計(jì)有關(guān)的生產(chǎn)、質(zhì)量和特種工藝，審查材料與特種工藝能力的協(xié)調(diào)性；（2）確保工藝路線和工藝圖表符合要求；（3）確保現(xiàn)場(chǎng)工藝符合工程要求；（4）審查試制和改進(jìn)零件過(guò)程中生產(chǎn)、工藝、裝配和檢驗(yàn)方面暴露出的問(wèn)題并確保已經(jīng)采取了糾正措施。

2.3.2 工作內(nèi)容

評(píng)估討論材料和工藝與規(guī)范的一致性；初始圖紙和工藝圖表的狀態(tài)和適宜性；定義關(guān)鍵的生產(chǎn)和質(zhì)量特性；知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用；評(píng)審生產(chǎn)流程圖；重要工藝的鑒定；SSL要求的評(píng)審/定稿；可行性評(píng)審，包括CTQs、KCs、特種工藝和歷年棘手區(qū)域；評(píng)審/修改/同意驗(yàn)收試驗(yàn)說(shuō)明書(shū)；評(píng)審/修改/同意裝配說(shuō)明書(shū)；評(píng)審/同意質(zhì)量要求并實(shí)施；確定Gage R&R（測(cè)量系統(tǒng)再現(xiàn)性與重復(fù)性分析）要求；生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)計(jì)劃；評(píng)審工藝能力；工裝（機(jī)加工、鑄造、鍛造）；基準(zhǔn)；無(wú)損檢測(cè)（時(shí)間、地點(diǎn)、方法）；裝配的簡(jiǎn)易性；定義CTQ數(shù)據(jù)庫(kù)并制訂實(shí)施計(jì)劃；審查/更新主進(jìn)度計(jì)劃；確定下一次評(píng)審日期。

2.3.3 評(píng)估人員

設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)工程師、質(zhì)量工程師、材料工程師以及其他技術(shù)專家。制造供應(yīng)商的設(shè)計(jì)工程師、質(zhì)量工程師、制造工程師以及其他專業(yè)的技術(shù)人員。

2.3.4 評(píng)估方法

在這個(gè)階段，評(píng)估工作不再采用視頻會(huì)議等形式，主要采用書(shū)面的評(píng)估，不同企業(yè)的評(píng)估方式有所不同。如美國(guó)某航空企業(yè)采用評(píng)估表，而英國(guó)某航空采用FVRA表單。

2.3.4.1 評(píng)估表的具體評(píng)估內(nèi)容

試制、生產(chǎn)&質(zhì)量評(píng)審評(píng)估清單見(jiàn)表3。

2.3.4.2 FVRA表單介紹

英國(guó)某航空公司采用FVRA表單開(kāi)展可制造性評(píng)估。FVRA表單示例見(jiàn)表4。FVRA即Feature Verification Risk Analysis（特征風(fēng)險(xiǎn)分析），是 DCM(特征尺寸矩陣表單）的一部分。DCM（特征尺寸矩陣表單）用于設(shè)計(jì)評(píng)審工作，其包含7個(gè)部分：圖紙描述、特征描述、特征風(fēng)險(xiǎn)分析、特征驗(yàn)證方法、圖紙符合性、綜合信息、超差呈報(bào)。DCM評(píng)審由設(shè)計(jì)工程師、機(jī)加工程師和制造供應(yīng)商合作完成。

FVRA表單位于DCM流程的第3部分，包含3個(gè)評(píng)分列 （“Severity scores”、“Occurrence scores”和“Detection scores”）組成，分別由設(shè)計(jì)工程師和制造供應(yīng)商填寫(xiě)完成，其作用為：（1）識(shí)別應(yīng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)定義；（2）識(shí)別應(yīng)改進(jìn)的機(jī)加工工序和/或檢測(cè)方法；（3）幫助分類特征為A,B或C等級(jí)。

設(shè)計(jì)工程師識(shí)別出所有尺寸特性并分別賦予編號(hào)，編號(hào)采用由頁(yè)數(shù)和特征編號(hào)相結(jié)合的5位數(shù)字，如01001（01-第1頁(yè)，001-1號(hào)特征）。設(shè)計(jì)工程師和制造供應(yīng)商按照編號(hào)，在FVRA表單中以打分的形式分別評(píng)定各個(gè)尺寸特性。設(shè)計(jì)工程師評(píng)分“嚴(yán)重度分值Severity scores”欄，評(píng)分等級(jí)根據(jù)尺寸特性超差對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功能的影響程度；制造供應(yīng)商評(píng)分“加工分值Occurrence scores”和“檢測(cè)分值 Detection scores”，前者的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)尺寸特性的可制造性，后者則按尺寸特性的可檢測(cè)性。評(píng)分等級(jí)有高、中和低3個(gè)等級(jí)，分值設(shè)定分別為10、5和1。

表4 FVRA表單示例

2.4 工程定型階段

產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)并開(kāi)始實(shí)際使用就進(jìn)入了工程定型期。在這個(gè)時(shí)期，已完成了產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)試制產(chǎn)品交付。雖然多數(shù)產(chǎn)品比較穩(wěn)定，設(shè)計(jì)更改較少，但因?yàn)槟承┰颍热绺纳飘a(chǎn)品性能或降低生產(chǎn)成本而進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的情況，因此仍然需要開(kāi)展評(píng)估工作。

2.4.1 評(píng)估方法

工程定型期的設(shè)計(jì)更改要比設(shè)計(jì)定型期的更改更加慎重。因?yàn)樵诠?yīng)商內(nèi)部，針對(duì)該產(chǎn)品的各個(gè)加工系統(tǒng)已經(jīng)成熟，不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)更改可能會(huì)極大增加加工成本，而導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位和供應(yīng)商的合作不能正常進(jìn)行。這個(gè)階段的評(píng)估主要通過(guò)審核方式和更改單來(lái)開(kāi)展。

設(shè)計(jì)工程師在發(fā)布更改單前，首先會(huì)進(jìn)行如下2類現(xiàn)場(chǎng)審核，便于設(shè)計(jì)工程師直觀了解零件加工狀態(tài)，并結(jié)合零件工作狀態(tài)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

2.4.1.1 PPR審核

重點(diǎn)產(chǎn)品審核 PPR（Priority Part Review,），一般是用于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在制造或使用過(guò)程中的問(wèn)題，但是不能明確是哪些因素引起的，因此設(shè)計(jì)工程師到加工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展審核，組織供應(yīng)商制造工程師和質(zhì)量工程師參與，確認(rèn)產(chǎn)品制造是否完全符合設(shè)計(jì)意圖。審核零件和內(nèi)容的確定是在供應(yīng)商所承接的產(chǎn)品范圍內(nèi)，由設(shè)計(jì)工程師根據(jù)設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)來(lái)確定的，檢查文件資料、審核從投料到產(chǎn)出全加工過(guò)程。

2.4.1.2 AWO審核

AWO(Action Work Out）,類似于六西格瑪項(xiàng)目，設(shè)計(jì)工程師針對(duì)產(chǎn)品的某一方面，如降低成本或是提高加工效率等等，由設(shè)計(jì)方的設(shè)計(jì)工程師、制造工程師和質(zhì)量工程師，聯(lián)合供應(yīng)商方的設(shè)計(jì)工程師、制造工程師和質(zhì)量工程師組成綜合團(tuán)隊(duì)。通過(guò)審核加工過(guò)程、對(duì)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、組織團(tuán)體頭腦風(fēng)暴等形式，一起評(píng)估并提出設(shè)計(jì)或者制造方面的改進(jìn)點(diǎn)。

2.4.2 更改單

一般采用更改單反饋來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)更改的評(píng)估和落實(shí)。設(shè)計(jì)更改單評(píng)估見(jiàn)表5。更改單是交流單的拓展，設(shè)計(jì)通過(guò)更改單傳遞設(shè)計(jì)更改信息，并通過(guò)更改單反饋在設(shè)計(jì)和制造之間建立溝通渠道，要求制造供應(yīng)商在一定時(shí)間內(nèi)反饋相關(guān)信息，以收集設(shè)計(jì)更改信息對(duì)產(chǎn)品工藝、驗(yàn)收和貫徹情況等信息。比如：產(chǎn)品的工藝驗(yàn)收：是否改變工藝路線/加工程序？是否修改制造、裝配和檢驗(yàn)規(guī)范？是否需要重新設(shè)計(jì)或制造工裝/測(cè)具？設(shè)計(jì)更改貫徹：由哪個(gè)車(chē)間負(fù)責(zé)貫徹？計(jì)劃從何時(shí)開(kāi)始貫徹？目前已經(jīng)有多少在制品和庫(kù)存？實(shí)際從哪批產(chǎn)品開(kāi)始貫徹？

3 可制造評(píng)估的實(shí)例展示

實(shí)例1 尺寸公差合理性

針對(duì)美國(guó)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)靜子機(jī)匣，其初始設(shè)計(jì)外型面輪廓度公差較為嚴(yán)格，導(dǎo)致加工成本很高。筆者公司通過(guò)設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估并根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)必要性，說(shuō)服國(guó)外設(shè)計(jì)師更改凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，放寬輪廓度要求，增加退刀槽，更改噴丸丸粒要求等，有效地降低了加工成本。

針對(duì)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪機(jī)匣，其管道鏡凸臺(tái)在焊接管子后無(wú)法再加工，且焊接可能會(huì)引起變形，輪廓度公差較難滿足。筆者公司在制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了該問(wèn)題，向設(shè)計(jì)師建議增大輪廓度值。設(shè)計(jì)師評(píng)估滿足設(shè)計(jì)要求后，同意將公差放寬。

表5 設(shè)計(jì)更改單評(píng)估

實(shí)例2 提高可加工性

針對(duì)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室機(jī)匣組件，其初始設(shè)計(jì)方案為內(nèi)外機(jī)匣由電子束焊接成形。焊縫初始設(shè)計(jì)沿用原參考產(chǎn)品-法向焊縫。筆者公司經(jīng)過(guò)充分評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)自身焊接設(shè)備能力不足，且焊接有干涉。經(jīng)反饋后，設(shè)計(jì)師更改為水平焊縫，保證了制造。

同樣該型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室機(jī)匣，外型面上有多個(gè)安裝儀器的凸臺(tái)。其初始設(shè)計(jì)方案中凸臺(tái)安裝槽壁厚很薄，加工時(shí)容易變形，且這種設(shè)計(jì)并不能提供有效的保護(hù)作用，還導(dǎo)致加工刀路復(fù)雜，檢驗(yàn)成本增加,初始設(shè)計(jì)如圖3所示。建議將其改成通槽，設(shè)計(jì)師評(píng)估后接受，對(duì)該特征做了修改，顯著改善了設(shè)計(jì)的可加工性，最終設(shè)計(jì)如圖4所示。

又如英國(guó)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣組件，其前安裝邊沉頭孔初始設(shè)計(jì)為R=0.1±0.05，但是無(wú)法購(gòu)買(mǎi)到如此小R的鏜刀，通過(guò)與設(shè)計(jì)工程師交流裝配關(guān)系，并確認(rèn)R給定太嚴(yán)。因筆者公司精加工能做到R=0.4，所以建議改為R=0.3±0.1。經(jīng)設(shè)計(jì)師審核之后，確認(rèn)此處R改大后并不影響螺栓頭的裝配，最終改為R=0.3±0.1。

又如美國(guó)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)靜子機(jī)匣，對(duì)其有噴丸要求，但是筆者公司沒(méi)有配置相對(duì)應(yīng)的丸粒。如果重新購(gòu)買(mǎi)新丸粒，不僅會(huì)增加加工成本，還可能造成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，丸粒混淆的質(zhì)量事故。經(jīng)噴丸工程師提出專業(yè)意見(jiàn)，說(shuō)服了設(shè)計(jì)更改了丸粒，使用制造商已有的丸粒。

實(shí)例3 提高標(biāo)準(zhǔn)符合性

針對(duì)美國(guó)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣，其儀器接口螺紋的初始設(shè)計(jì)按宇航標(biāo)準(zhǔn)要求，但是產(chǎn)品實(shí)際厚度不能滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求的尺寸。筆者公司核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品實(shí)物后發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)要求的形體在產(chǎn)品實(shí)物中不存在。經(jīng)反饋后，設(shè)計(jì)工程師修改設(shè)計(jì)要求，取消該標(biāo)準(zhǔn)控制的尺寸。

案例4 提高產(chǎn)品特征可檢測(cè)性

針對(duì)美國(guó)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室機(jī)匣，內(nèi)機(jī)匣壁有2級(jí)溝槽。設(shè)計(jì)師提供了檢測(cè)要求,初始測(cè)具如圖5所示。但是筆者公司對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估后認(rèn)為測(cè)臂長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，影響尺寸測(cè)量精度，同時(shí)也不便于檢測(cè)操作。如果測(cè)具支撐面由大端端面改為第1級(jí)溝槽內(nèi)壁，那么測(cè)臂長(zhǎng)度將大大縮短，操作方便。將方案反饋后，設(shè)計(jì)師認(rèn)同筆者公司的設(shè)計(jì)方案，有效提高了零件的可檢測(cè)性。最終測(cè)具如圖6所示。

案例5 提高產(chǎn)品一次合格率

針對(duì)美國(guó)某成熟發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型的燃燒室機(jī)匣，其法蘭邊螺孔是壽命控制點(diǎn)之一。螺孔中位絲套、鎖片、墊圈3層密封，保證緊密配合不漏氣。但是在某次發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)操作中，所有操作動(dòng)作都合格了，燃燒室卻發(fā)生了漏氣。但是經(jīng)過(guò)檢測(cè)，各個(gè)零件均尺寸合格，無(wú)法定位問(wèn)題所在。通過(guò)開(kāi)展PPR，設(shè)計(jì)確認(rèn)裝配時(shí)應(yīng)選擇尺寸公差為上限的絲套進(jìn)行安裝。改進(jìn)后零件均一次合格。

案例6 有效降低加工成本

美國(guó)某成熟發(fā)動(dòng)機(jī)的1號(hào)軸承座后法蘭上有特殊結(jié)構(gòu)形體，加工工藝復(fù)雜：（包括車(chē)削、銑削和孔加工等），需要頻繁更換刀具和設(shè)備。初始設(shè)計(jì)如圖7所示。通過(guò)AWO審核，設(shè)計(jì)了解實(shí)際加工耗時(shí)費(fèi)力，于是在滿足產(chǎn)品工作性能的前提下，對(duì)產(chǎn)品形體結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，取而代之為完全車(chē)削加工的法蘭邊。據(jù)估計(jì)，更改后每個(gè)零件的加工工時(shí)降低了8 h，節(jié)約300美元左右；刀具損耗減少了近千元。此設(shè)計(jì)更改不僅節(jié)省了加工工時(shí)，降低刀具成本，同時(shí)也降低了產(chǎn)品采購(gòu)成本。最終設(shè)計(jì)如圖8所示。

4 成果展示

美英知名航空公司在研發(fā)新機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)零件時(shí)，通過(guò)和筆者公司開(kāi)展設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估，不僅縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期:某新機(jī)型的燃燒室機(jī)匣，在11個(gè)月即完成設(shè)計(jì)和制造交付。更是通過(guò)引入筆者公司的制造經(jīng)驗(yàn)，提前優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)圖樣，減少了批產(chǎn)后的不合格品審理。設(shè)計(jì)圖樣更改頻次統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。開(kāi)展可制造性不僅對(duì)設(shè)計(jì)部門(mén)有利，并且對(duì)制造供應(yīng)商也有幫助。除了提前完善加工，減少批產(chǎn)后的不合格品呈報(bào)外，還能在其他方面和設(shè)計(jì)部門(mén)商討，以節(jié)省產(chǎn)品制造和檢測(cè)成本。如在研發(fā)美國(guó)某新機(jī)型的燃燒室機(jī)匣期間，設(shè)計(jì)師要求采用某指定檢測(cè)設(shè)備檢查同軸度，指定的檢測(cè)設(shè)備售價(jià)高達(dá)100多萬(wàn)人民幣。筆者公司通過(guò)了解具體的設(shè)計(jì)意圖，調(diào)研了檢測(cè)原理，最終說(shuō)服設(shè)計(jì)師同意采用三坐標(biāo)來(lái)代替，節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)設(shè)備的費(fèi)用。

表6 設(shè)計(jì)圖樣更改統(tǒng)計(jì)表

同樣，針對(duì)英國(guó)某新機(jī)型的機(jī)匣組件前安裝邊，所提出的加工和檢測(cè)問(wèn)題共有65項(xiàng)，最終設(shè)計(jì)師同意修改58項(xiàng)，待定4項(xiàng)，拒絕3項(xiàng)。解決問(wèn)題的效率高達(dá)90%。

5 結(jié)論

以“更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量”進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)是各個(gè)企業(yè)追求的目標(biāo)，因此設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、特別是研發(fā)階段不可缺少的工作，也是滿足良好工藝性，提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研發(fā)周期，降低成本的重要手段。同時(shí)，開(kāi)展設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估不僅僅是工作需要和技術(shù)手段，從某種意義上講是1種思想，貫穿了產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)[11]，可以推廣運(yùn)用到產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中。因此我們有必要將可制造性評(píng)估工作在國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)-制造產(chǎn)業(yè)鏈中推廣應(yīng)用。

設(shè)計(jì)可制造性評(píng)估為設(shè)計(jì)-工藝之間建立了溝通渠道。開(kāi)展該項(xiàng)工作的優(yōu)點(diǎn)：（1）提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的有效性，將制造工藝要求和質(zhì)量要求提前引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，充分利用制造供應(yīng)商的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使圖紙更加完善，減少更改次數(shù)；（2）提高研發(fā)實(shí)施效率，縮短研發(fā)周期，提前工藝審查，使工藝性問(wèn)題在萌芽狀態(tài)就得以解決，設(shè)計(jì)修改接受率提高；（3）可以降低制造成本，有效利用現(xiàn)有工藝設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)盡可能考慮生產(chǎn)制造的通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化；（4）制造供應(yīng)商在保證產(chǎn)品使用功能的前提下，結(jié)合制造企業(yè)積累的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)資源，從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料選擇、設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)節(jié)優(yōu)化等各個(gè)方面對(duì)設(shè)計(jì)所的設(shè)計(jì)及時(shí)提出符合實(shí)際的改進(jìn)建議，或提供有關(guān)新材料，新技術(shù)的技術(shù)儲(chǔ)備，以便在設(shè)計(jì)中引進(jìn)先進(jìn)工藝、設(shè)備和專利，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和方案的持續(xù)優(yōu)化，設(shè)計(jì)從開(kāi)始就與工藝深度融合，有效提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝加工性，提高成本優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“雙贏”。（5）可以將設(shè)計(jì)制造性評(píng)估與信息化深度融合，建立設(shè)計(jì)與制造單位的信息化平臺(tái)，快速反饋制造優(yōu)化建議；建立設(shè)計(jì)可制造性數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

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