航天產(chǎn)品生產(chǎn)流程精細(xì)化再造探索與實踐

萬越等 /北京航天長征飛行器研究所

為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)新形勢下武器裝備質(zhì)量更高的要求，結(jié)合武器裝備產(chǎn)品生產(chǎn)的特點，在軍工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中開展質(zhì)量精細(xì)化管理是適應(yīng)目前形勢的重要舉措，只有推行質(zhì)量精細(xì)化管理，才能改變目前管理粗放的狀況。應(yīng)用于產(chǎn)品的質(zhì)量精細(xì)化管理，更強調(diào)“零缺陷”理念，強調(diào)質(zhì)量管理能力的系統(tǒng)提升，強調(diào)對于關(guān)鍵環(huán)節(jié)和變化的控制，要求細(xì)化和量化管理過程。只有通過建立穩(wěn)定的保證產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)過程，利用必要的手段對生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗、監(jiān)督、考核，做好信息反饋工作，循序糾正、落實質(zhì)量控制措施并持續(xù)改進(jìn)，才能有效規(guī)避生產(chǎn)過程中的質(zhì)量風(fēng)險，提高質(zhì)量管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，增強裝備研制單位的核心競爭力。

北京航天長征飛行器研究所針對當(dāng)前設(shè)計與制造分離、制造效率低等短板問題，選取了以金屬結(jié)構(gòu)、總裝任務(wù)為主的重要戰(zhàn)略合作伙伴為試點單位，該戰(zhàn)略合作伙伴承擔(dān)了研究所大批量的生產(chǎn)任務(wù)，隨著裝備承制任務(wù)陡增，面臨著極高的進(jìn)度和質(zhì)量風(fēng)險。研究所基于確保高效率、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)地完成型號科研生產(chǎn)任務(wù)，以三維模型在型號研制全過程應(yīng)用為主線，重點推進(jìn)數(shù)字化集成設(shè)計為代表的設(shè)計制造一體化，并借助信息化手段從精細(xì)化質(zhì)量管理、生產(chǎn)效率提高、效益提升3 個方面開展了管理方面新的探索與實踐，以達(dá)到精細(xì)管理、固化流程、提高效益的目標(biāo)。

一、協(xié)同設(shè)計與平臺搭建

研究所與某廠作為多年的合作伙伴，有著堅實的設(shè)計與生產(chǎn)、研發(fā)與制造協(xié)同基礎(chǔ)，其打破了設(shè)計生產(chǎn)聯(lián)合為一體的常規(guī)模式，形成異地以設(shè)計推生產(chǎn)、以生產(chǎn)促研制的創(chuàng)新模式。為推進(jìn)廠所協(xié)同設(shè)計與生產(chǎn)流程精細(xì)化再造，廠所聯(lián)合成立了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)流程精細(xì)化再造工作領(lǐng)導(dǎo)組和工作組。

通過選取某一型具有產(chǎn)品化、系列化、模塊化等特點的拳頭產(chǎn)品作為試點項目，搭建廠所協(xié)同平臺，打通數(shù)字模型在設(shè)計、生產(chǎn)全過程中的應(yīng)用。在前期批生產(chǎn)工作的基礎(chǔ)上，按照過程維度與崗位維度相結(jié)合的“二維度”，梳理產(chǎn)品形成過程、梳理節(jié)點工作內(nèi)容、梳理流程崗位組成、梳理控制要求的“四梳理”，以及流程梳理分解、流程問題分析、流程優(yōu)化完善、流程有效控制、流程效果評價、流程要素固化、流程配套設(shè)計、流程迭代改進(jìn)的“八步驟”，開展航天產(chǎn)品生產(chǎn)流程精細(xì)化再造工作。

基于信息化系統(tǒng)，按照產(chǎn)品生產(chǎn)流程精細(xì)化再造的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了流程梳理，形成信息化條件下總體業(yè)務(wù)流程圖，據(jù)此搭建廠所數(shù)字化協(xié)同研制平臺，實現(xiàn)了生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳遞、產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管理的有效性管理，生產(chǎn)信息傳遞和產(chǎn)品質(zhì)量問題處理及時，其總體架構(gòu)如圖1 所示。

在業(yè)務(wù)管理流程方面，以廠所審簽流程為例，原先的二維圖紙需要設(shè)計人員和工藝人員現(xiàn)場會簽，效率和準(zhǔn)確度都不高，其流程見圖2。現(xiàn)在的三維模型會簽，基于廠所協(xié)同的PDM 系統(tǒng)實現(xiàn)了點對點異地線上會簽，工藝人員的意見以反饋確認(rèn)單的形式反饋給設(shè)計人員，由設(shè)計人員決策是否修改并反饋回工藝人員，其流程見圖3。

通過該流程的構(gòu)建，首先，廠所會簽?zāi)Ｊ接涩F(xiàn)場會簽轉(zhuǎn)變?yōu)榛诮y(tǒng)一數(shù)據(jù)源的異地點對點實時會簽，比二維圖紙流程增加了生產(chǎn)可行及質(zhì)量可控的反饋意見，提高了工作效率。其次，加深了工藝人員、生產(chǎn)管理人員、質(zhì)量管理人員對設(shè)計意圖和設(shè)計指標(biāo)的理解。此外，工藝人員能夠在線對設(shè)計要求的不細(xì)化、不量化問題進(jìn)行反饋，使設(shè)計文件更趨于合理。

二、生產(chǎn)流程精細(xì)化再造實踐

1.流程梳理分解

以試點產(chǎn)品一級生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，梳理出了6 個二級流程和74 個三級流程，將原流程及崗位細(xì)化到可獨立操作的單元，并形成了流程清單，為后續(xù)“一本通”崗位作業(yè)書細(xì)化程度的編制提供了依據(jù)。

圖1 廠所數(shù)字化協(xié)同研制平臺總體架構(gòu)

圖2 二維圖紙會簽流程圖

以梳理出的流程清單為基礎(chǔ)，整理出整個生產(chǎn)過程涉及到技術(shù)、管理、操作、檢驗4個一級崗位，又具體細(xì)分為8 個二級崗位和32 個三級崗位。以生產(chǎn)流程為橫軸，各崗位組成為縱軸，橫軸和縱軸交匯點為該崗位具體工作內(nèi)容，編制形成二維度流程圖，某艙段金屬殼體機(jī)加工二維度流程見圖4。

2.流程問題分析

結(jié)合流程梳理的過程，研究所與生產(chǎn)單位共同對流程問題進(jìn)行分析，全面梳理試點產(chǎn)品基于三維模型的形成過程所涉及到的機(jī)加和裝配工藝流程，找出制約產(chǎn)能和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成試點產(chǎn)品精細(xì)化流程再造關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析表，分析出8 個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制定了可執(zhí)行的優(yōu)化措施并落實于“一本通”崗位作業(yè)書中。

其中，制約產(chǎn)能關(guān)鍵環(huán)節(jié)有3 個（見表1），主要由于這些環(huán)節(jié)占用五軸等關(guān)鍵設(shè)備，致使整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)在此處形成瓶頸，造成等待使用設(shè)備的問題，影響了生產(chǎn)進(jìn)度。通過制作鉆模、將五軸工序轉(zhuǎn)化為立、臥式銑床組合加工的辦法，有效解決了設(shè)備依賴的問題，緩解了五軸使用壓力，恢復(fù)了正常生產(chǎn)節(jié)拍。

物理特性關(guān)鍵環(huán)節(jié)有4 個（見表2），主要為機(jī)加結(jié)構(gòu)件的接口尺寸、重要尺寸，這些尺寸的超差會影響整個產(chǎn)品的性能和整體對接的成功率。通過細(xì)化加工工藝參數(shù)、優(yōu)化加工工藝方法、制定關(guān)鍵工序，有效控制這些尺寸的加工精度。

圖3 三維模型會簽流程圖

質(zhì)量問題點有1 個（見表3），主要是伺服艙組合裝配續(xù)航發(fā)動機(jī)時艙內(nèi)電纜敷設(shè)的方法和狀態(tài)，電纜敷設(shè)不合理或方法不合適極易導(dǎo)致電纜被擠壓，因此優(yōu)化了裝配方法，設(shè)計了電纜保護(hù)工裝，固化了裝配工藝，并將電纜裝配后的狀態(tài)要求以注意事項和多媒體的形式編入“一本通”崗位作業(yè)書中，有效控制了電纜擠壓風(fēng)險。

3.流程優(yōu)化完善

產(chǎn)品生產(chǎn)流程優(yōu)化以8 個關(guān)鍵環(huán)節(jié)為問題導(dǎo)向，按照流程問題分析中的辦法進(jìn)行優(yōu)化完善。以過程為節(jié)點，將崗位要求、技術(shù)要求、檢驗要求、工藝文件融為“一本通”式的崗位作業(yè)書，主要體現(xiàn)在機(jī)加“一本通”式的崗位作業(yè)書編制、裝配“一本通”式的崗位作業(yè)書編制以及關(guān)鍵工序控制方面。

已形成的“一本通”式崗位作業(yè)書將機(jī)加的切削參數(shù)、吃刀量、工步視圖等進(jìn)行了新增和完善，并在模型上增加了裝卡位置、裝夾方式的標(biāo)注，以及機(jī)加工裝和工件裝配關(guān)系的體現(xiàn)。

同時，在“一本通”崗位作業(yè)書編制過程中加強了對關(guān)鍵工序的控制，通過信息化平臺實現(xiàn)了對“定工序、定設(shè)備、定人員”三定的控制。首先，在TC 系統(tǒng)中勾選已確認(rèn)的關(guān)鍵工序，并編制要控制的內(nèi)容和方法；其次，在質(zhì)控卡的設(shè)備欄中填寫關(guān)鍵工序所使用的設(shè)備；最后，MES系統(tǒng)在派工時，確保此工序是派給具有關(guān)鍵工序上崗證ID 的工人，將關(guān)鍵工序主要控制內(nèi)容在“一本通”作業(yè)書中量化并圖視顯示。

圖4 某艙段金屬殼體加工二維度流程圖

表1 制約產(chǎn)能關(guān)鍵環(huán)節(jié)

表2 物理特性關(guān)鍵環(huán)節(jié)

表3 質(zhì)量問題點

4.流程有效控制

首先，通過制度規(guī)范、信息化手段在實施過程中強化關(guān)鍵點及風(fēng)險點控制，提出量化控制要求，并以驗收檢查表進(jìn)行落實，實現(xiàn)節(jié)點控制，實現(xiàn)了產(chǎn)品驗收檢查表和產(chǎn)品合格證關(guān)聯(lián)，一并交付產(chǎn)品驗收。

其次，通過現(xiàn)場測量記錄、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、三單統(tǒng)計，并適時通過MES 反饋到TC 中的功能，實現(xiàn)對產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)和生產(chǎn)現(xiàn)場的控制，數(shù)據(jù)傳輸流程控制見圖5。

5.流程效果評價

工藝管理規(guī)范性評價模型。按照優(yōu)化流程及控制實施的具體情況，以及規(guī)范設(shè)計、生產(chǎn)和量化過程控制2 個要素建立評價指標(biāo)，形成評價制度。從成熟度、繼承性、控制性等方面建立評價模型，形成矩陣評價法，作為規(guī)范工藝管理的評價模型（見圖6）。

生產(chǎn)流程優(yōu)化程度評價模型。按優(yōu)化流程及控制實施的具體情況，從優(yōu)化流程和健全崗位規(guī)范2 個要素進(jìn)行評價指標(biāo)的建立，以研制模式的高效性、生產(chǎn)節(jié)拍的合理性、節(jié)點要求的可控性為基礎(chǔ)建立評價模型，形成矩陣評價法，作為生產(chǎn)流程優(yōu)化程度的評價模型（見圖7）。

產(chǎn)品良率評價模型。按優(yōu)化流程及控制實施的具體情況，從產(chǎn)品尺寸、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、產(chǎn)品良率、檢驗記錄的完備性等方面對比優(yōu)化前的實際情況建立評價模型，形成矩陣評價法，作為產(chǎn)品良率提高程度的評價模型（見圖8）。

6.流程要素固化

對需要固化的要素進(jìn)行分析，對實施效果好的要素進(jìn)行細(xì)化分類并歸并成不同類型和層次，分析固化要素構(gòu)成，將過程中涉及到的優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計協(xié)同、優(yōu)化生產(chǎn)流程、規(guī)范生產(chǎn)工藝、量化過程控制、健全崗位規(guī)范、接口關(guān)系協(xié)調(diào)通暢、完善流程管理、信息化平臺支撐等8 個二級要素在信息化平臺及廠級程序文件中進(jìn)行固化。

7.流程配套設(shè)計

圖5 基于MES的數(shù)據(jù)傳輸流程圖

圖6 規(guī)范工藝管理矩陣評價法

圖7 優(yōu)化生產(chǎn)流程矩陣評價法

在生產(chǎn)流程精細(xì)化再造過程中，同步開展基于流程的制度體系配套設(shè)計、知識庫配套設(shè)計、表單配套設(shè)計、信息化平臺配套設(shè)計，形成研究所專網(wǎng)與公司涉密內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸制度、廠所協(xié)同審簽規(guī)則、三維模型應(yīng)用管理辦法、協(xié)同工藝文件編制要求、協(xié)同工藝文件變更要求、協(xié)同工藝文件簽署要求、技術(shù)電子文檔管理辦法等管理要求。

完成與制度流程配套的表單設(shè)計，并將表單固化在信息化平臺中，實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計輸入到產(chǎn)品交付的全流程打通。主要成效為：一是流程再造前，生產(chǎn)進(jìn)度靠調(diào)度統(tǒng)計，費時費力，結(jié)果準(zhǔn)確性不高；流程再造后，生產(chǎn)實行看板式管理，快捷查詢車間生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度情況，開完工實時查詢，生產(chǎn)進(jìn)度透明化。二是流程再造前，車間生產(chǎn)看二維圖紙，存在識圖偏差，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品的風(fēng)險；流程再造后，模型三維下廠，提高了模型的利用率，更清晰直觀地展現(xiàn)產(chǎn)品的物理特征和結(jié)構(gòu)化信息，使得設(shè)計、工藝、生產(chǎn)認(rèn)識統(tǒng)一。

8.流程迭代改進(jìn)

通過對精細(xì)化流程的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)，豐富評價要素，擴(kuò)展評價手段，探索更加完備的評價模型。

二、實踐效果

1.質(zhì)量提高方面

工藝文件錯誤率下降為零。信息化條件下“一本通”崗位作業(yè)書按二維度要求將崗位和過程相結(jié)合，提高了作業(yè)書的準(zhǔn)確率。流程再造前，二維工藝編制時需轉(zhuǎn)化圖紙要求為工藝要求，存在人為操作錯誤的可能，據(jù)統(tǒng)計批生產(chǎn)產(chǎn)品工藝編制過程中出現(xiàn)3 處誤操作（工藝下發(fā)前已經(jīng)審核發(fā)現(xiàn)并校正）；再造后，工藝模型與設(shè)計模型為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，不存在二次轉(zhuǎn)化，避免了人為誤操作。同時，“一本通”崗位作業(yè)書把工藝流程、工裝裝卡方式、工藝參數(shù)、檢驗要求、注意事項等細(xì)化、量化，提升了作業(yè)書的指導(dǎo)性和可操作性。

實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)規(guī)范化，統(tǒng)計效率提高83%以上。檢驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時記錄和上傳，驗收檢查表和合格證實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)。流程再造前，某產(chǎn)品各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計時間平均需5 天；再造后，該試點產(chǎn)品統(tǒng)計時間約為0.85 天，統(tǒng)計時間縮短了83%以上，并且數(shù)據(jù)方便查詢，可追溯性強。

誤操作次數(shù)由0.16 次/發(fā)降為零。風(fēng)險點、易錯點以多媒體形式在“一本通”崗位作業(yè)書中重點關(guān)注，操作人員對操作注意事項、檢驗人員對檢驗要點理解更加清晰準(zhǔn)確。流程再造前，批生產(chǎn)的某產(chǎn)品誤操作次數(shù)平均為0.16 次；再造后，該試點產(chǎn)品誤操作次數(shù)為0，誤操作率大幅下降，產(chǎn)品合格率大幅提升。

圖8 提高產(chǎn)品良率矩陣評價法

2.效率提高方面

廠所信息化協(xié)同，會簽效率提升60%。實現(xiàn)了基于信息化平臺的設(shè)計工藝并行協(xié)同、基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的三維數(shù)據(jù)受控、三維工藝設(shè)計與更改，打通了基于TC系統(tǒng)的設(shè)計制造模式鏈路，構(gòu)建出統(tǒng)一、高效的協(xié)同環(huán)境。以會簽率提升為例，流程再造前，廠所異地會簽，平均一型產(chǎn)品有效會簽時間約為5 天；再造后，該型產(chǎn)品有效會簽時間為2 天，會簽時間縮短了60%。

基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，確保數(shù)據(jù)唯一性、正確性。建立了基于TC 系統(tǒng)多站點功能的數(shù)據(jù)異地分發(fā)模式，保證數(shù)據(jù)源的唯一性、數(shù)據(jù)分發(fā)準(zhǔn)確性與高效性、接收數(shù)據(jù)反饋的及時性，確保了設(shè)計、工藝、生產(chǎn)之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

工藝與生產(chǎn)協(xié)同，進(jìn)度風(fēng)險可控率提升56%。工藝與生產(chǎn)協(xié)同是通過TC 系統(tǒng)形成PBOM 信息，再進(jìn)行MES 排產(chǎn)。流程再造前，生產(chǎn)準(zhǔn)備、各級排產(chǎn)、節(jié)點控制全靠手工完成，而且生產(chǎn)過程中的變化情況難以及時準(zhǔn)確統(tǒng)計，造成進(jìn)度風(fēng)險可控率較低，批生產(chǎn)產(chǎn)品按要求進(jìn)度的完成率低于50%；再造后，生產(chǎn)準(zhǔn)備、各級排產(chǎn)、節(jié)點控制按PBOM 信息在MES 端完成，信息在系統(tǒng)中及時發(fā)布及交互，可及時調(diào)整生產(chǎn)方案，該型產(chǎn)品按要求進(jìn)度的完成率約為78%，比手工排產(chǎn)提高了生產(chǎn)組織、計劃及運行的效率，進(jìn)度風(fēng)險可控率較之前提升了56%。

3.效益提升方面

生產(chǎn)效率提升，單個產(chǎn)品總工期縮短33.3%。基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的各業(yè)務(wù)及生產(chǎn)部門綜合工作能力得到提升。流程再造前，單個產(chǎn)品平均生產(chǎn)總有效時間為45天；再造后，該產(chǎn)品生產(chǎn)總有效時間為30 天，單個產(chǎn)品總工期縮短33.3%。

生產(chǎn)成本得到有效控制。經(jīng)過生產(chǎn)流程精細(xì)化再造，對資源進(jìn)行了統(tǒng)一整合和利用，使物資、設(shè)備、人員利用率得到大幅提升，生產(chǎn)成本得到有效控制，提升了企業(yè)效益。

強化了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。

為實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理與技術(shù)狀態(tài)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)。

在流程再造過程中，研究所發(fā)現(xiàn)必須同時對相關(guān)配套業(yè)務(wù)的流程進(jìn)行梳理和完善，從企業(yè)層面全組織、全過程推動整個再造工程，實現(xiàn)優(yōu)化流程的變革。通過對精細(xì)化流程的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)，豐富評價要素，擴(kuò)展評價手段，探索更加完備的評價模型，并評估新流程的績效，發(fā)現(xiàn)流程中的待改進(jìn)點，進(jìn)行持續(xù)完善。此外，研究所將與該廠共同開展生產(chǎn)流程精細(xì)化再造工作的成果和經(jīng)驗推廣，并應(yīng)用到研究所其他相關(guān)生產(chǎn)單位的產(chǎn)品生產(chǎn)流程再造中。