新產品研制問題及改進建議

曹魏、沈汝澄、張璁、韓威、趙陽 /中國運載火箭技術研究院

新產品研制是將科技成果轉變為現實可靠產品的重要階段，對新技術的實現和應用具有至關重要的作用。新產品采用了較多具有創造性的新技術、新工藝、新材料、新工裝等，在技術認識、工程實踐方面存在一定的不確定性，因此在新產品研制生產過程中存在風險。筆者從新產品設計和制造等環節分析可能存在的問題并提出改進建議，為高效開展新產品研制、實現精細化管理提供參考。

一、 新產品研制特點

新產品是指采用新技術原理、新設計構思研制和生產的全新產品；在結構、材料和工藝等某一方面有明顯改進，從而顯著提高性能或擴大使用功能的產品。新產品研制是一項風險性實踐活動，是將研發人員的隱性知識通過設計分析、工藝制造、裝配測試等環節，形成顯性產品的過程，也是將研發、設計、工藝、操作、檢驗、測試等崗位人員的多專業知識共享、集成和融合的過程。新產品研制具有以下5 個方面特點：是一項技術驗證的試驗活動，使用的新技術、新材料、新工藝、新工裝等比例較大，存在某些未認知的事項，具有較大的風險和不確定性；本質是研發而不是生產；目的是將設計意圖變為真實產品；是一項長期的活動，需要多次反復迭代改進；實施主導的設計、工藝和生產人員具有豐富的工程應用經驗和解決問題的能力。

二、遇到的問題

新產品設計制造等環節采用了新技術、新材料和新工藝，提高了產品研制的技術難度，在設計方案形成圖樣、按圖樣生產為零件、零件組裝成組件等產品研制生產過程中，由于技術未完全掌握造成風險和不確定性較大，容易發生以下2 個方面的問題。

1.材料選用合理性不足

任何產品的研制，設計是主導，材料是基礎。合理選材一定意義上決定了設計思想是否能夠完美實現，是實現產品研制至關重要的環節，設計選材可能存在以下問題：一是未充分識別產品的使用特點和工作環境，選用材料的物理和化學性能未達到要求。例如：未充分考慮產品使用時存在高溫、摩擦等工況，未考慮鹽霧、濕度等對金屬材料的腐蝕作用，給產品的使用留下極大的質量隱患。二是在滿足使用性能和質量要求的前提下，未充分考慮選用材料的經濟性。例如：一律使用合金鋼材料替代普通鋼材。三是未考慮不同材料之間的相容性。例如：碳纖維復合材料與金屬材料接觸使用時，未考慮電偶腐蝕給金屬材料帶來的腐蝕失效問題，存在產品實際使用壽命低于預期壽命的風險。四是為追求高性能選用較多新材料。例如：某些新材料是進口材料的國產化，國產化材料的反向設計和研制得到的技術指標并不能完全反映進口材料的設計思想，加上新材料制造批量少、性能穩定性差，少量批次的性能數據代表性不足，造成產品性能不穩定，增加質量風險。

2.設計與工藝實現結合不足

設計圖樣是產品工藝實現的重要依據之一，設計與工藝和制造的結合程度，決定新產品制造的可行性、制造難度、制造經濟性等。新產品研制過程中設計與制造的結合不足，主要體現在材料、工藝、設備、場地、環境條件以及后續使用要求等方面。

一是技術要求過高，與現有的制造工藝、設備等能力不匹配，在制造時很難實現甚至根本無法實現，由此造成返工既浪費人力，又延誤工期。例如：產品加工精度要求過高，制造無法實現或需要使用特種加工設備，增加了產品制造難度、周期和成本；產品結構為大型整體構架，無法直接采購貨架原材料，需要定制生產，增加了原材料供貨周期和成本。

二是內部布局緊湊，操作可達性差。在狹小空間布局零件、緊固件，存在無法安裝或操作不可達的風險。線纜布局設計時未充分考慮線纜直徑和折彎半徑，實際安裝時可能長度偏短或折彎時與其它產品干涉；零件或緊固件安裝在角落位置，可能存在操作者視線受阻、工具無法正常使用等問題。

三是技術交底不充分，工藝人員未能充分理解設計意圖，制造的產品與設計意圖有差異，從而造成產品質量問題。例如：產品基準定位于一個理論的空間位置，工藝人員會將之轉化到產品上，不同的轉化位置可能影響產品的定位基準，從而存在質量隱患。

三、解決措施

1.熟悉產品原材料特性，合理選用新材料

材料選用是產品設計非常關鍵的一步，要根據材料特性因地制宜，充分發揮材料的性能，揚長避短，使材料特性與設計需求統一協調。根據新產品的功能和性能，充分考慮材料的力學性能、使用溫度、密度、硬度、導電導熱性能、加工性、尺寸穩定性、耐腐蝕性、與其他材料相容性等特點。航空航天領域大量使用的碳纖維增強樹脂復合材料，相比傳統的鋼、鋁、鈦等金屬材料，具有強度高、密度低、熱膨脹系數小、可制造大尺寸一體化產品等優點。充分利用碳纖維增強樹脂復合材料的特性，相對金屬材料能夠實現20%～30%的減重，可制造出波音787 大型的復合材料筒段機身，一體化成型可減少大量的緊固件，從而縮短裝配環節成本，但在使用過程中也需要綜合考慮其耐沖擊性能差、使用溫度較低、價格較高、加工難度大、易變形、回收困難等缺點。碳纖維復合材料與金屬材料接觸使用時，需要考慮進行電偶腐蝕防護，選用相互相容的材料，從根本上防止電偶腐蝕，如緊固件應選用耐腐蝕且與碳纖維復合材料電位差小的材料；對于不能直接接觸又必須相連的碳纖維復合材料與金屬材料，應采取增加接觸電阻或增加絕熱材料隔離的方式。

選用新材料，不能一味的追求“新”，要確保新材料具有一定的成熟度，如制造工藝流程成熟，生產質量過程控制有效，材料的性能和功能穩定。一般情況下，新產品選用的新材料應不超過5%。

2.強化設計能力，做好產品設計方案

產品設計方案是新產品研制的“火車頭”，決定了新產品研制全流程的的正確性、經濟性和統一性。新產品設計前應充分了解各相關方對新產品性能和功能的需求，理解新產品的特點、關鍵性能，確保重點關注、統籌兼顧，才能設計出各相關方滿意的產品。因此新產品設計時需要設計人員具備以下能力。

一是掌握相關產品設計知識和行業標準規范，確保設計簡單、質量高、缺陷少、綠色環保、制造經濟性高等。建立合理的規章制度，規范研制管理流程，能夠有效提高新產品研制管理水平。合理、規范的研制管理要求是在各種產品研制完成后，將已發生的不合規、不合理、嚴重影響新產品質量、研制周期和經濟性等問題進行梳理，形成有效的解決方案，用以指導研制團隊統一、規范地開展新產品研制，確保新產品研制效率和經濟性。

合理規范的研制管理要求是基礎，關鍵在于嚴格執行，并做到獎懲分明。提高研制團隊對研制管理要求的執行度，要加強思想教育，提升團隊規范意識，做好管理要求培訓，確保團隊成員對管理要求的理解程度和一致性；加強對研制管理要求執行程度的績效考核，獎懲有度，從而在制度上提高要求執行的自覺性和堅定性。

二是熟悉產品制造和裝配流程，簡化設計要求，提高產品的可制造性。產品設計時盡量簡化生產裝配過程，提高制造的安全性和可靠性。例如：盡量減少零件數量，合并或設計多用途零件；減少緊固件類型和數量，選用標準化零件或供應商貨架產品；模塊化產品設計，把產品中多個相鄰零件合并成組件或模塊；產品容易操作，避免鋒利的邊角，具備較高的安全性；減少零件裝配方向，盡量利用自然重力或采用前后左右的裝配方向；設計導向特征，配合型面考慮使用導向銷或導向槽，增加限位或定位；避免裝配干涉、視線受阻，利用三維軟件進行動態模擬，充分考慮人員、設備、工具等操作空間；防差錯設計，放大相似零件差異特征，增加明顯標識等。

三是熟練使用新工具，提高面向產品的設計能力。面向產品的設計，不單指產品自身的設計，也指產品全生命周期的設計，面向產品的設計技術體現系統化的設計方法，在設計階段考慮產品的性能、質量、可制造性、可裝配性等因素，從而對產品進行設計優化?，F代設計技術中，各種新工具是實現面向設計的重要手段，熟練使用計算機輔助設計、并行設計及虛擬制造技術等現代設計技術，掌握面向制造、裝配、使用、拆卸的設計能力，能夠全面提高產品設計質量、縮短設計周期、提高產品制造性和經濟性。

虛擬制造等現代設計技術不但能提高設計效率，而且能盡早發現設計中的問題，從而優化產品設計，采用虛擬技術的產品設計，可隨時修改、評測；新產品裝配是產品研制易出現錯誤的環節，以往要到產品最后裝配時才能發現的不匹配、干涉等問題，導致零件報廢、工期延誤及巨大的經濟損失。采用三維圖樣的立體圖形，使得在設計時就可以確定產品的物理特性，通過裝配模擬軟件，可以提前檢查零件之間的間隙和干涉并便捷的更改，因此可以降低生產成本、避免返工。

四是與工藝協同，確保設計與制造統一協調。采用設計工藝協同的模式開展設計工作，使工藝介入產品設計，集中討論材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗檢測等環節，從而確保產品設計與工藝流程、制造過程協調統一。

采用協同模式進行新產品設計，在方案設計能力上可確保設計方案在可行的基礎上實現最優化；在研制進度控制能力方面，將制造期間的部分工裝設計、原材料采購、工藝方案制定提前到產品設計階段進行，有效減少了設計、制造信息的不一致，從而縮短設計制造周期、提升產品質量和提高產品合格率。

3.積極跟產跟試，善于總結，提高快速解決問題的能力

設計、工藝、操作等專業化分工，并不意味著設計人員只需要掌握產品設計的知識、工藝員只需要掌握工藝知識、工人只需要執行制造要求，而是需要相關專業緊耦合。生產現場是各專業要求實現的主戰場，生產現場跟產跟試，不僅能夠使設計人員、工藝員理論聯系實際、學習到更多工程應用知識，也有利于直接掌握現場發生問題第一手信息，結合設計、工藝流程、操作過程等多方面數據，準確定位現場發生問題原因，制定最佳的解決措施，從而確保問題的快速、高效處理，避免造成較大經費增加和工期延誤。

總結是對一定時期內研制工作全面系統的回顧和分析，檢查過程中做出的成績、存在的優點和不足，找出研制工作規律。需要將研制過程做一個比較具體和全面的剖析，對個人工作做客觀的評價和判斷，從這些分析和判斷中找出對后續工作有利的經驗或者教訓、處理問題的方法、新的知識和技能等，有利于個人成長和下一階段的研制工作。

新產品研制是科技成果轉化的重要環節，對科技成果走向成熟、形成可靠產品至關重要。在產品設計階段，產品研制團隊應利用豐富的專業知識和工程經驗，選用經濟、合理的材料，慎用新材料，通過現代設計技術，面向制造設計出功能、性能優秀的產品；通過合理的工藝方案和工藝流程，制定詳細的操作規程；按照圖樣和操作規程探索最優工藝參數和最佳技術路線，確保新產品順利研制，為其他產品的研制或批量生產提供指導。