試制加工過程的設計與制造協同探討

徐瑩　許承新

摘要：文章以航空發動機的部分產品試制加工為例，根據中國航空發動機試制加工的現狀與特點，提出了試制加工過程的設計制造協同工作業務流程，依據統一的協同平臺利用，縮短了航空發動機零部件的研制周期。

關鍵詞：新產品；試制加工；設計與制造協同；航空發動機；協同平臺 文獻標識碼：A

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

試制加工廣泛應用于各行各業，主要存在于各大科研院所，多應用于多種類、小批量的新產品的研制。試制加工過程包括產品設計完成、各級計劃的制定、原材料采購供應、生產計劃安排、生產設備調試、工裝準備、工藝準備、加工裝配性能測試、質量控制和成本控制以及生產周期的控制。為了使新產品快速轉換為定型產品，如何利用現有資源，建立優化的工作業務流程，達到試制加工過程縮短研制周期、提高質量、降低成本的目的，成為當代企業管理在試制加工過程領域中的重要研究內容。

航空發動機工業，是一項知識密集、技術密集、高投入、高風險、高附加值的高科技產業。航空發動機試制加工是航空工業發展的重要環節。由于航空發動機試制加工過程具有多項目、多產品單件生產的特點，且航空發動機產品對于制造的敏捷性及精益制造的高要求使其對周期、質量、生產成本控制等均具有較高的要求，因此需要針對研制過程中涉及毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長，具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品進行按階段并行協同研制，通過協同平臺的資源共享，將傳統的串行工作方式轉變為并行工作方式，從而縮短研制周期，提高質量，降低研制生產成本。

1 航空發動機試制加工過程介紹

航空發動機試制加工過程主要涵蓋如下四個階段：結構方案設計階段、結構詳細設計階段、工程圖設計階段、試制加工階段。傳統的研制過程是按階段順序進行序列化設計研制，業務流程中從方案設計、工藝設計到加工制造采用串行工作方式，只能單向傳遞。其弊端為每個環節局限于自身階段，設計部門只考慮其產品的設計性能，設計出的產品可能存在可生產性差的現象，帶著問題的設計方案傳遞到生產制造部門，生產制造部門按工作流程將問題層層反饋到設計部門，由設計部門進行修改圖紙，修改后再按原流程逐步進行；制造部門只考慮自身條件局限性從而要求降低產品設計技術要求，迫使設計被動更改，更改后再重新按流程順序進行。諸多方面導致對設計方案的反復更改，每次修改后又一次從方案設計、工藝設計到加工制造的串行工作方式進行，產生了設計制造加工的大循環，嚴重地影響了研制周期。且工藝部門不能提前進行工藝準備工作，也是導致進一步延長周期，提高研制成本的因素。

2 航空發動機試制加工過程的設計與制造協同意義

協同制造是現代制造模式，它是敏捷制造、協同商務、智能制造、云制造的核心內容。在航空發動機試制加工中，對研制過程中涉及毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長，具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品，通過組建協同工作組，利用產品數據管理PDM、科研管理平臺等集成統一的信息化手段，使制造部門能夠提前參與，共享產品設計階段的相關信息，提前完成對設計的工藝審查。通過協同實現產品的可制造性、工藝可達性、產品可維護性，避免后期出現不必要的返工，同時可對新型結構形式、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計與制造協調時間，促進新技術、新材料、新工藝的應用水平的提高。通過面向工藝的設計、面向生產的設計、面向成本的設計最終實現了產品設計水平和可制造性的提升，縮短產品研制周期，提高質量，降低成本的目標。

3 航空發動機試制加工過程的設計與制造協同業務流程及主要工作

3.1 試制加工過程的設計與制造業務流程中各部門主要工作

生產策劃部門也是生產管理部門。對研制過程中涉及毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長，具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品進行識別，確定設計與制造協同項目后，合理高效的使用生產管理技術開展生產策劃。

設計部門根據接收設計任務和生產策劃部門發出的設計制造協同任務，開展設計工作。在協同流程中將在設計與制造協同工作流程中產生的反饋結果，考慮納入設計中，進行設計優化，完成設計方案定型。

試制加工部門將接到設計制造協同任務，列入本部門項目計劃工作。依據專業分工、技術團隊、任務平衡等完成內部分工，組織專業技術人員，按相關制度要求提出技術落實、工藝技術研究。在設計階段進行工藝性審查，以便達到減少設計錯誤，使產品設計階段就可考慮到加工裝配和工藝等問題，提高設計的可生產性。在協同過程中試制加工部門按階段進行工藝準備，從而縮短研制周期。

3.2 試制加工過程的設計與制造協同業務流程

對研制過程中涉及毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長、具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品試制加工過程的設計與制造協同業務工作流程是以發動機制加工過程中四個階段（結構方案設計階段、結構詳細設計階段、工程圖設計階段、試制加工階段）為主線，以四個設計階段M0初始方案設計階段、M1方案設計階段、M2技術設計階段、01詳細設計階段詳為基線，建立的適應試制加工特點的設計和制造協同工作流程。在不同的階段下，原材料供應部門、工藝部門和生產部門通過適時的參與，從而達到協同目的。生產策劃部門根據年度計劃，確定由制造部門試制加工的項目，同時下達設計制造協同任務給設計部門、試制加工部門。設計部門接收生產策劃部門下達的設計任務和設計制造協同任務，開展設計工作；在M0設計階段（初步完成結構設計方案，應包含項目總體結構、材料等概貌信息）時，向試制加工部門提出協同要求（工藝咨詢、方案評審、節點等）；生產部門工藝根據工藝技術難點，按相關要求提出技術落實、工藝技術研究，并行開展相關工作。在M1設計階段，設計部門完成M1設計，工藝技術人員對M1數據進行確認，按試制加工工作流程進行毛料準備（鍛鑄件、毛料尺寸等）；設計部門向生產策劃部門提出毛料準備任務申請。在M2設計階段，設計部門發起協同要求并將工藝反饋結果考慮納入設計中，生產部門工藝針對設計協同要求，開展項目相關工藝工作。在01設計階段，生產部門將前期并行開展相關工藝工作結果反饋給設計并適時對設計工藝性審查，設計部門向生產策劃部門提出試制加工任務，申請生產圖紙（M1設計）發放；生產策劃部門依據設計部門提交的項目試制加工任務申請和生產圖（01設計）向生產部門和原材料供應部門下達目正式試制加工任務，最終完成試制產品的生產加工。建立的設計與制造協同業務流程如圖1所示：

3.3 試制加工過程的設計與制造協同數據管理

對研制過程中涉及毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長，具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品試制加工過程的設計與制造協同數據按其產生過程分為四個階段。第一階段數據（M0版本）是結構方案設計圖等項目概貌性信息，是設計制造協同的基礎性信息；第二階段數據（M1版本）是制造單位進行原材料毛料訂貨及毛坯設計生產的依據性文件；第三階段數據（M2版本）是制造單位進行工藝工裝設計的依據性文件；第四階段數據（01版本）是制造單位編制工藝規程、安排生產等制造過程使用的依據性文件。

各階段的數據統一采用產品數據管理PDM系統協同管理。第一階段需發放的數據是不需走審簽流程；第二階段需發放的數據為經設計單位、制造單位共同協商確認數據，應經工藝會簽；第三階段需發放的數據應包括第二階段確定的數據和第三階段共同協商確認的數據，該類數據應履行審簽手續，以保證相關工藝工作順利開展；第四階段需發放的數據應經工藝會簽，達到完整、準確，以保證產品制造和裝配需要。

基于協同工作平臺的運用，按照上述試制加工過程的設計與制造協同業務流程，通過多個項目的運行，使制造部門能夠提前參與，共享毛坯設計定貨、模具設計、加工工藝流程較長、具有相對較長研制周期的零組件以及關重件、新型結構形式、新工藝、新材料產品設計階段的相關信息，提前進行工藝研究，提前完成對設計的工藝審查，完成了設計過程的并行和及時發現設計缺陷，提高產品的可制造性、工藝可達性、產品可維護性，避免后期出現不必要的返工。同時工藝、工裝和材料的并行準備，精簡了設計過程，使制造系統與產品開發設計不構成大的循環，從而縮短開發周期，提高產品質量。整個協同過程成功實現對工作過程的監控和管理，流程優化，提高設計、生產的柔性，完成了快速響應，達到了預期目的。

4 結語

綜上所述，因航空發動機研制具有系統規模龐大、系統任務復雜、研制周期長等特點，設計與制造協同將隨著航空發動機工業的發展，逐漸成為主要工作模式和控制方法。試制加工過程的設計與制造協同的高效協作工作模式也將隨其日漸趨于成熟成為行業不斷提升創新力和核心競爭力的重要途徑。

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作者簡介：徐瑩（1981-），女，吉林敦化人，中國航發沈陽發動機研究所工程師，研究方向：機械加工技術管理。

（責任編輯：周 瓊）