淺談工藝標準化與產品可制造性的提升

趙莉 陳政伯 董瓊

（1北京機械設備研究所，北京，100039；2中國航天科工集團公司第二研究院產品保證部，北京，100854）

文 摘：針對工藝標準化工作在航天產品可制造性中的應用實踐進行分析和闡述。將工藝標準化應用于產品的設計制造過程中，可在產品設計階段有效提升其可制造性評估的準確性，并提升產品本身的設計品質；在工藝設計階段可提升模型可制造性的檢查效率，有利于實現產品制造過程的快速響應。

近年來隨著航天工業的發展，航天產品設計走向了批量化生產，注重 “三化”為采用先進制造技術提供了基礎。縱觀應用于先進制造體系下的產品均具備標準化程度高、可互換性強、機械裝置操作簡便的特點。為實現產品制造過程的快速響應，標準化是先進制造體系發展的必然結果，是現代化工業的基礎。

可制造性設計 （DFM，Design for manufacturability）主要是通過研究產品本身的物理特性與制造系統各部分之間的相互關系，在進行產品設計時通過考慮產品制造的要求，使其具有良好的可制造性，以最低的成本、最短的時間和最高的質量實現產品的制造。

工藝標準化是根據企業的生產特點，運用標準化的手段把產品制造的工藝過程、操作方法及加工的工藝要求等進行統一和規范，通過提高工藝文件質量、縮短工藝文件編制周期、加強工藝科學管理來提高產品質量和降低成本的一系列活動。工藝標準化可以有效促進產品的可制造性設計提升，是產品脫離手工化生產的必經之路。

1 可制造性設計與工藝標準化相結合促進航天產品的智能化、自動化生產

在產品設計階段，產品設計師通過應用可制造性設計技術，可以對產品的可制造性進行評估，提升產品本身的可制造性，為后續產品生產的可制造性打下基礎；在工藝設計階段，工藝師應用工藝標準化工作形成的審查規則對模型的可制造性進行檢查，可以加快工藝審查效率，有效避免產品設計可制造性缺陷，使得產品能夠以最低的成本、最短的時間和最高的質量制造出來，實現產品制造過程的快速響應，提高生產效率，打破生產孤島，暢通溝通橋梁，并為在線檢測提供測試基礎。

中國航天科工集團第二研究院各單位在面向批生產、發展先進制造技術的同時，結合新設備、新工藝、新方法的引進和應用，正在逐步加強產品可制造性審查細則方法的應用，形成相應的標準并定期修訂完善。細則方法在編制過程中注意細分條目并明確量化可測量的指標，將產品可制造性設計細則條目集成到設計工藝協同平臺上，實現工藝審查過程數字化。工藝師在進行設計工藝性審查時，對照細則條目逐條確認是否滿足。通過這些可制造性設計與工藝標準化相結合的工作促進了產品的標準化、系列化、模塊化設計，提高了產品設計的可制造性，實現提質降本增效。

隨著生產信息化水平的提高、數字化生產線的建設和發展，自動化和智能化已成為生產能力發展的必然方向。要實現生產自動化和智能化，就必須實現制造技術與信息化的深度融合，開展面向智能化、自動化生產的設計工藝規范研究，設計方法與工藝過程的深度融合是其重要前提。例如：設計模型的三維標注，設計模型生成方式與數控加工設備加工過程的一致性，EBOM（設計物料清單）與PBOM （計劃材料清單）的相融性等方面，通過對設計模型的工藝性進行全面規范，加強對數字化設計模型 （數字化產品）的全息化 （包括生產、工藝信息）要求，提高設計與工藝信息轉化的效率，以縮短工藝設計和生產準備的周期。

2 面向智能化、自動化生產的可制造性案例研究

2.1 面向自動彎管機的液壓管路可制造性設計

依托數字化和自動化設備實現液壓系統集成制造，編制液壓部件可制造性設計規范，明確液壓產品的可制造性設計要求，實現液壓產品自動化生產和在線檢測。

在液壓管路設計過程中，應遵循防差錯、簡單路徑優先、管路平行優先、路徑最短優先、同一平面優先、拐點最少、設備邊沿優先等原則。并需要綜合考慮整車布局和液壓設備布局的合理性。在液壓設備總圖中體現管路布局，并在圖樣中明確各硬管、軟管、接頭、管卡的名稱、代號、位置和數量。管路布局應與液壓設備管路連接圖等設計圖樣相符，管路走向應盡量一致，避免交叉、重疊，管路零件設計要考慮運動干涉、結構變形等因素，應在管路布局中合理設置管卡。總的來說，為提升產品可制造性，液壓管路可制造性設計規范主要從硬管和軟管兩方面明確了具體要求。

a）硬管。對硬管設計的結構尺寸、間隔要求和固定方式進行詳細要求。①硬管的彎曲半徑和直線段長度應符合QJ 918—1985的要求，并考慮采用數控彎管機加工，數控彎管機應配置彎管半徑相應的彎管模具。②設計時應當考慮到防差錯特性、安裝便捷性、維護便利性，管路的兩端接頭處應考慮設計標識。③管路布局應對并列管路、交叉管路的間隔作出規定，并應考慮與相鄰結構和電器線路的分層設計。④明確管路固定方式和管卡數量、間距和布局等要求。

b）軟管。對軟管的安裝和布局進行詳細要求。①軟管在安裝后不應使其承受機械載荷，尤其是軟管平直連接時，應保證軟管有足夠松弛度，彎曲半徑不宜過小。無論在自然狀態下，還是在運動狀態中，其彎曲半徑均不能小于軟管制造廠規定的最小彎曲半徑，通常為軟管外徑的5倍或更大。②軟管的彎曲段應遠離軟管接頭處，其最短距離應大于其外徑的1．5倍。軟管應避免自身重力作用或有阻擋物而造成的在接頭部位急劇、反復彎曲，應通過優化管路走向，合理選用彎接頭或直接頭，使管路自然彎曲。③運動軟管應具有足夠彎曲及運動空間，以保證零部件活動時不會對管路增加應力。在使用過程中如不可避免有與硬物接觸或摩擦的部位，應增加螺旋保護套、彈簧護套或橡膠保護套等保護措施。④在布局中應將高壓軟管和低壓軟管隔離，軟管和硬管隔離。

通過對以上液壓管路可制造性設計規范進行標準化，可有效提升液壓管路的設計和制造規范性，避免液壓管路彎制失敗，防止液壓管路與車、液壓管路與液壓管路、液壓管路與管卡、液壓管路與管接頭之間的干涉，避免液壓管路與液壓管路連接不上、液壓管路與接頭連接不上的問題，提高了液壓管路的制造和安裝質量和效率，并有效提升了液壓管路的可制造性。

2.2 面向地 （艦）面裝備的腐蝕控制可制造性設計

腐蝕控制作為環境適應性設計的重要工作，應納入到裝備海洋大氣環境的總體設計中。工藝人員從方案論證階段就應充分了解裝備使用環境需求，包括服役環境以及可能出現的極限服役環境等，依據裝備腐蝕控制設計規范規定的設計準則、選用規定、結構設計規定、電氣系統特殊設計規定和維修維護設計要求等，對裝備長期在高溫、高濕、高鹽霧環境下服役的設計、使用維護等階段中腐蝕控制設計過程進行工藝性審查。通過大量的工藝試驗及裝備實際使用反饋來看，材料選用和裝備結構設計是提升裝備腐蝕控制可制造性設計的重要因素。

a）材料選用。明確金屬材料應采取適當的表面防護措施。除特殊要求外，原則上不允許裸材直接使用。①根據使用部位綜合考慮材料的強度、疲勞性能、斷裂韌性、耐蝕性、工藝性和經濟性等，給出不銹鋼、碳鋼和合金鋼選型推薦。②非金屬材料則應考慮材質的耐候性，給出工程塑料、橡膠、密封劑、絕緣材料等推薦。③應綜合考慮材料的特性、熱處理狀態、使用條件和部位、結構形狀和公差配合等因素。根據零件類型、特性、使用環境條件及壽命選用表面防護涂層，對常用金屬鍍覆層、化學覆蓋層、有機涂覆層的種類、特性和厚度進行推薦并提出結構件前處理要求。

b）裝備結構設計。①裝備結構設計過程中，避免出現 “大陰極—小陽極”的腐蝕結構。②要考慮應力和環境的聯合作用，采取措施避免或減少局部應力集中。③電氣產品箱體結構設計應充分考慮使用工況選擇密封或者除濕、防凝露和密封設計。④非密封結構腔體，要通過上排下泄的原則進行防排水設計，如設計好導流、排水通道或排水孔等。⑤對于易腐蝕部位，設計時需留有相應的維護和檢查空間，易腐蝕或老化材料零部件應便于拆卸、更換。

通過對材料選用和裝備結構設計進行標準化，可使長期在高溫、高濕、高鹽霧環境下服役的地（艦）面裝備通過設計和制造中，有效規避電偶腐蝕、密封性不足、排水性不夠、應力腐蝕、霉菌腐蝕、高溫氧化等問題，并為產品交付后的維護、防護、修復打下堅實的基礎，為武器裝備的維修和保養提供較強的可操作性和便利性。

2.3 電纜組裝件可制造性設計

在電纜的設計中，明確電連接器、導線、電纜及相關材料的選用原則，按系統工程的要求進行優化設計，盡可能壓縮電連接器、導線、電纜及相關材料品種、規格和顏色，減少轉接次數。對電纜組裝件進行匹配性設計，導線、電纜的芯線應與電連接器接觸件焊杯、壓接端子相匹配，電纜束外徑應與電連接器尾罩出線口內徑相匹配等。線纜布局應充分考慮電纜組裝件在產品上的敷設、安裝、防護與加固所需要合理的線路、位置、空間、距離，應保證電連接器插拔所必需的安全空間及安全距離，避免與周圍設備的干涉，特別是不能形成電連接器插拔盲區。并根據使用環境，對有密封、絕緣、防水、加固等要求的電纜組裝件，提出電連接器灌封要求。明確電纜組裝件可維修性設計、輕量化設計、經濟化設計要求。

電纜組裝件可制造性規范包括電纜組裝件設計依據、設計準則、設計方法及注意事項。通過對電連接器及尾罩選用，導線與電纜的選擇，電連接器接點分配，電連接器與電纜的匹配設計，導線束、電纜與電連接器尾罩出線口的匹配設計，導線、電纜屏蔽處理要求、標識要求，電連接器灌封膠的選用和電纜組裝件防護等方面進行標準化規范，可有效地減少制造過程中出現的導線、電纜、線芯與焊杯、壓接端子匹配性不夠，線徑與尾罩配合性差，線纜布局的線路、位置、空間、距離不合理，電連接器的操作易干涉，灌封后密封性、絕緣性不足等問題。

3 結束語

由制造端發起的可制造性設計規范，首先依據加工能力對產品設計提出設計要求和可制造性設計細則，在此基礎上形成標準細則細分條目并明確量化可測量的指標。在設計評審時，審查人按照可制造性設計規范提供的定制化表格對設計文件 （如方案報告、技術設計報告、圖紙等）進行檢查，逐項打分，量化評價產品的可制造性。同時，可進一步將產品可制造性設計細則條目應集成到設計工藝協同平臺上，實現工藝審查過程數字化。

隨著信息技術、智能制造技術為代表的新一輪科技革命和產業變革孕育興起，并加速滲透到工業發展的各個領域，為適應這一新的時代潮流，企業要在產品可制造性設計實踐和應用過程中繼續闊步前行，標準化作為一項助推創新發展、引領時代進步的工作必將發揮更大的作用。