民用飛機主制造商制造工程體系構(gòu)建

文/中航西飛民用飛機有限責(zé)任公司 韓 煒

制造工程是民用飛機制造商主價值鏈上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制造技術(shù)的優(yōu)劣、制造能力的高低，直接影響到飛機型號的實物質(zhì)量和產(chǎn)品水準，是飛機產(chǎn)品具備競爭力的重要保證。

民機主制造商的制造工程涵蓋從材料準備、工裝保證、零件制造、部件裝配、總裝集成到試飛驗證的飛機制造全過程，以制造技術(shù)能力為基礎(chǔ)，進行整機制造總體規(guī)劃、技術(shù)協(xié)調(diào)與管控，完成整機對接和系統(tǒng)集成，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計要求，確保制造符合性，滿足適航規(guī)章、質(zhì)量體系的規(guī)定，并持續(xù)發(fā)展和提升制造技術(shù)，不斷提高主制造商價值創(chuàng)造能力。

民用飛機研制體系是以整機制造商為頂尖的覆蓋全球范圍的塔形構(gòu)架，國內(nèi)外民機制造企業(yè)普遍采用主制造商—供應(yīng)商的研制模式。因此，民機主制造商的制造工程體系構(gòu)建，主要包括三個方面：面向整機制造的工藝規(guī)劃和設(shè)計能力、必須具備的制造技術(shù)基礎(chǔ)能力、重點掌握的總裝集成核心能力，作為技術(shù)能力支撐的制造技術(shù)標準，以及組織機構(gòu)保證體系。

圖1 民機主制造商運營主價值鏈示意圖Fig.1 Main value chain of operation system of civil aircraft main manufacturer

1 制造技術(shù)能力構(gòu)建

制造技術(shù)能力是民機主制造商的核心能力之一，主要包括實現(xiàn)主機廠制造牽引的頂層工藝規(guī)劃與設(shè)計能力、制造構(gòu)型技術(shù)能力、工業(yè)工程發(fā)展能力、基礎(chǔ)工藝技術(shù)能力，和面向飛機總裝集成的詳細工藝設(shè)計能力等方面。

1.1 頂層工藝規(guī)劃與設(shè)計

新研民用飛機型號全面應(yīng)用MBD技術(shù)，制造工藝也已進入數(shù)字化時代，應(yīng)借助信息化手段完成工藝設(shè)計從二維到三維的全面跨越，形成與工程設(shè)計模式相匹配的工藝設(shè)計能力。因此，應(yīng)構(gòu)建適應(yīng)全新研發(fā)模式的整機工藝流程規(guī)劃、裝配協(xié)調(diào)方法設(shè)計、適度智能生產(chǎn)線規(guī)劃、全機制造數(shù)據(jù)構(gòu)建與制造構(gòu)型控制等能力，形成對全機制造過程的工藝規(guī)劃與協(xié)調(diào)控制能力。

頂層工藝規(guī)劃與設(shè)計主要圍繞型號研制三大方案（制造工程組織方案、工藝總方案、生產(chǎn)線建設(shè)方案）和一個規(guī)范（工作包交付規(guī)范）展開，隨著研制進程推進對各方案進行細化、優(yōu)化。

◆ 規(guī)劃并論證飛機制造工藝及其可行性，制定基于主制造商—供應(yīng)商模式的制造技術(shù)、裝配協(xié)調(diào)總體要求和實施路徑，規(guī)劃和構(gòu)建工藝規(guī)范體系；明確機體結(jié)構(gòu)供應(yīng)商技術(shù)評估及準入標準，使其有效貫徹主制造商制造體系控制和技術(shù)協(xié)調(diào)要求；建立技術(shù)、質(zhì)量問題決策處理機制，在并行協(xié)同、工藝準備、現(xiàn)場試制、批產(chǎn)交付等階段，及時準確地制定問題解決措施和后續(xù)改進規(guī)劃。

◆ 制定工藝設(shè)計總體要求、制造各專業(yè)技術(shù)要求、生產(chǎn)線建設(shè)原則、制造分工，完成全機工藝規(guī)劃、確定裝配流程，明確互換、協(xié)調(diào)手段，規(guī)定制造數(shù)據(jù)管控方式，制定工裝設(shè)計、制造原則和控制要求，確定“三新”項目。再進一步，編制外緣容差分配方案、全機裝配與協(xié)調(diào)方案、互換協(xié)調(diào)圖表、互換檢查技術(shù)條件等指令性工藝文件。

◆ 明確生產(chǎn)線建設(shè)目標，產(chǎn)能規(guī)劃，生產(chǎn)線總體布局，各裝配站位工作內(nèi)容、物流設(shè)計、產(chǎn)能分析、能源需求、關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備、工裝和工具配置、人力配置，信息化應(yīng)用等內(nèi)容，用于指導(dǎo)部、總裝生產(chǎn)線的建設(shè)。民機生產(chǎn)線規(guī)劃以滿足高質(zhì)量、高效率、低成本為目的，注重價值創(chuàng)造能力，合理使用先進制造裝備。

◆ 明確各機體結(jié)構(gòu)工作包產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，將大部件對接協(xié)調(diào)要求、互換協(xié)調(diào)規(guī)定、對接區(qū)工藝控制措施、各類測量要求等傳遞到機體部件的工藝設(shè)計、制造和交付過程中，完成機體部件的工藝規(guī)劃以滿足整機制造協(xié)調(diào)要求和實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制。

1.2 制造構(gòu)型技術(shù)

制造構(gòu)型技術(shù)承接產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)型要求，實現(xiàn)制造狀態(tài)控制和相關(guān)制造數(shù)據(jù)集成，確保制造符合性。

總體上，依據(jù)不同飛機型號的設(shè)計構(gòu)型要求，基于主制造商—供應(yīng)商模式規(guī)劃好制造構(gòu)型業(yè)務(wù)流程與技術(shù)體系，提出制造構(gòu)型管控平臺應(yīng)用需求，定義制造構(gòu)型數(shù)據(jù)控制流程，確定廠際制造分工編碼、頂層制造數(shù)據(jù)架構(gòu)、工藝組件構(gòu)型設(shè)計與管理、制造構(gòu)型生產(chǎn)配置等業(yè)務(wù)。

操作層面主要包括：

面向設(shè)計制造協(xié)同，基于設(shè)計構(gòu)型成熟度，開展面向裝配的模塊協(xié)同定義、數(shù)據(jù)審簽控制、制造分工與維護，準確掌握全機數(shù)據(jù)更改狀態(tài)，進行制造構(gòu)型更改紀實，保障數(shù)據(jù)的交互和追溯性，實現(xiàn)設(shè)計制造并行協(xié)同和清晰、準確的制造構(gòu)型控制。

供應(yīng)商制造構(gòu)型管控方面，準確定義制造構(gòu)型數(shù)據(jù)基線（SPS-BOM），按照統(tǒng)一的流程和規(guī)范對制造數(shù)據(jù)進行傳遞，滿足主-供模式下制造構(gòu)型管控要求。

具體而言，是以MBOM為核心進行制造構(gòu)型數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、維護與應(yīng)用，完成PBOM構(gòu)建、全機裝配單元與裝配流程創(chuàng)建、設(shè)計數(shù)據(jù)分配、單機MBOM提取、廠際間SPS-BOM編制與維護、全機BBOM構(gòu)建與維護，全機制造完整性檢查和分析等工作，強化與保障制造數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

1.3 工業(yè)工程

民機主制造商的工業(yè)工程主要包括以下方面：

跟蹤國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)，開展智能制造等前沿技術(shù)應(yīng)用研究，制定實施方案并推進。

進行總裝生產(chǎn)線詳細設(shè)計，建設(shè)大部件數(shù)字化對接系統(tǒng)，實現(xiàn)大部件自動調(diào)姿對接和數(shù)字化測量；采用線纜自動化檢測技術(shù)，實現(xiàn)整機電纜導(dǎo)通、絕緣等功能的集成測試；采用系統(tǒng)自動化測試技術(shù)，利用仿真激勵設(shè)備，實現(xiàn)對整機或部分系統(tǒng)功能的集成檢測；采用數(shù)字化安裝設(shè)備，實現(xiàn)起落架、發(fā)動機的精確安裝；總裝生產(chǎn)線搭建MES系統(tǒng)，利用信息管控手段提升生產(chǎn)線自動化程度。

鑒于民機研制對成本控制的嚴格要求，在工藝規(guī)劃、設(shè)計制造并行、工藝設(shè)計、工藝改進等階段，規(guī)劃并逐步完善制造成本控制模型，研究制造成本控制的標準化方法。

1.4 基礎(chǔ)工藝技術(shù)

飛機制造是多領(lǐng)域、多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程，作為主制造商必須在復(fù)材、特設(shè)、冶金、機加、鈑金、工藝裝備等制造專業(yè)擁有基本的技術(shù)識別能力、型號發(fā)展所需的規(guī)劃能力、工藝規(guī)范編制驗證能力、全制造流程所需的供應(yīng)商技術(shù)審定和管控能力等。

1.4.1 復(fù)材工藝

復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)中的占比越來越高，應(yīng)用程度越來越深，復(fù)材構(gòu)件成型和裝配已成為飛機機體制造的主流。

考慮到復(fù)材材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計高度并行的特性以及適航驗證要求，在材料設(shè)計階段就要分析材料工藝性能，進行積木式試驗件制造和數(shù)據(jù)積累，開展工藝規(guī)范編制、適航驗證和工藝鑒定工作。

1.4.2 特設(shè)技術(shù)

重點在機電、航電、飛控、供電等方面構(gòu)建保障型號研制及型號規(guī)劃的特設(shè)工藝技術(shù)能力，全局規(guī)劃特設(shè)工藝技術(shù)并引領(lǐng)實施。

1.4.3 冶金技術(shù)

作為飛機制造工藝的重要組成，主制造商應(yīng)建設(shè)冶金技術(shù)能力，主要是掌握飛機結(jié)構(gòu)常用金屬、非金屬材料的基本性能。

1.4.4 零件制造技術(shù)

盡管復(fù)材應(yīng)用日新月異，但機加工、鈑金等傳統(tǒng)工藝仍將保持重要地位。

機加工藝方面，應(yīng)重點掌握加工工藝，精密制造等加工技術(shù)。鈑金工藝數(shù)控輪廓銑切技術(shù)，熟悉鈦合金零件超塑成形/擴散連接、充液成型技術(shù)。

1.4.5 工藝裝備

工藝裝備是飛機制造的基礎(chǔ)，是主制造商制定制造標準、確定尺寸鏈協(xié)調(diào)方法、構(gòu)建質(zhì)量控制體系、進行自用工裝外委、對供應(yīng)商制造方案審核和全機制造成本核算的基礎(chǔ)。

1.5 詳細工藝設(shè)計

民機主制造商要熟練應(yīng)用先進工藝設(shè)計手段完成大部件數(shù)字化對接、起落架與發(fā)動機快速精確安裝、復(fù)材組部件裝配、系統(tǒng)集成測試與故障分析、飛行準備、飛行測試與故障排除等內(nèi)容的工藝設(shè)計，深入開展裝配模擬仿真并以此優(yōu)化工藝設(shè)計。

2 制造技術(shù)標準能力構(gòu)建

制造技術(shù)標準主要包括技術(shù)規(guī)范和工藝規(guī)范兩部分，圍繞飛機制造全過程進行管理，舊稱“生產(chǎn)說明書”，規(guī)定了制造程序、材料控制、設(shè)備控制、工具鑒定、加工解決方法、質(zhì)量保證、工藝鑒定等內(nèi)容，也可以將工藝規(guī)范理解為制造工藝的技術(shù)標準。

2.1 技術(shù)規(guī)范

技術(shù)規(guī)范構(gòu)建，以滿足民機運營基本需求、貫徹外部體系要求（上級標準、質(zhì)量體系、適航法規(guī)等）為基礎(chǔ)，涵蓋主制造商和供應(yīng)商兩級技術(shù)管理來建設(shè)技術(shù)規(guī)范體系。見圖2。

圖2 技術(shù)規(guī)范體系Fig.2 Standard specification system

2.2 技術(shù)標準

作為主制造商必須構(gòu)建一套先進、完整的制造技術(shù)標準（工藝規(guī)范），包括裝配、復(fù)材、機加、鈑金、熱處理、表面處理、理化、無損、工裝等專業(yè)的工藝技術(shù)標準。

3 制造工程信息化應(yīng)用

制造工程業(yè)務(wù)的信息化應(yīng)用是貫通設(shè)計制造一體化、推進智能制造的基本條件，主要包括基于MBD技術(shù)的三維工藝設(shè)計、全機制造數(shù)據(jù)協(xié)同管控、總裝現(xiàn)場MES系統(tǒng)、標準文件和檔案管理系統(tǒng)等內(nèi)容。參考架構(gòu)見圖3所示。

圖3 制造工程信息化架構(gòu)Fig.3 IT architecture of manufacturing engineering

4 組織機構(gòu)構(gòu)建

組織機構(gòu)的設(shè)置沒有標準“模板”，總的來說應(yīng)圍繞核心業(yè)務(wù)鏈，基于主制造商定位，根據(jù)發(fā)展核心制造技術(shù)，掌握所需基礎(chǔ)專業(yè)的原則，兼顧型號研制與基礎(chǔ)研究的思路，規(guī)劃民機主制造商制造工程組織機構(gòu)。圖4是組織機構(gòu)范例。

圖4 制造工程組織機構(gòu)范例Fig.4 Example of ME organization

制造技術(shù)室主要負責(zé)飛機型號研制中的頂層工藝規(guī)劃與設(shè)計、生產(chǎn)線規(guī)劃與設(shè)計、總裝集成詳細工藝設(shè)計，同時負責(zé)裝配專業(yè)工藝研究和工藝規(guī)范編制。工藝研究室負責(zé)工藝技術(shù)研究、工藝規(guī)范體系建立，同時負責(zé)基礎(chǔ)工藝技術(shù)支持。制造構(gòu)型室負責(zé)飛機制造分工，構(gòu)建、維護PBOM、MBOM、SPS-BOM、BBOM、備件BOM等制造數(shù)據(jù)，進行制造構(gòu)型的控制與分析。標準技術(shù)室負責(zé)公司標準體系建立，上級與外來標準貫徹，構(gòu)建型號研制技術(shù)規(guī)范體系。

組織機構(gòu)是專業(yè)能力建設(shè)，構(gòu)成公司矩陣管理模式中的“橫軸”，為各個項目團隊輸送專業(yè)技術(shù)人才、提供技術(shù)能力支持。

5 總結(jié)

圍繞民機產(chǎn)業(yè)特點，制造工程體系構(gòu)建應(yīng)緊扣主制造商定位，在具備全局規(guī)劃控制能力、掌握核心技術(shù)、擁有基本專業(yè)的基礎(chǔ)上，關(guān)注開放、效率、成本、適航等因素，充分調(diào)動、利用全社會資源來補足飛機制造領(lǐng)域的全部元素，不追求“大而全”，整體目標是構(gòu)建完善、精干、開放的民機主制造商制造工程體系，為實現(xiàn)我國在全球民用航空制造領(lǐng)域的突破奠定堅實基礎(chǔ)。