基于“四化”的標準實施應用探索與實踐

包勇 楊蓉 施愛蓮

（上海航天電子技術研究所， 上海， 201109）

引言

自20 世紀90 年代開始， 以波音公司為代表的國外先進企業先后搭建飛機構型定義及控制／制造源管理系統 （DCAC／MRM） 和全球協同設計環境（GCE） 等先進的數字化網絡信息系統， 采用基于模型定義 （Model Based Definition， MBD） 技術， 實現了百分之百的數字化產品定義， 最終使得其產品波音777 和波音787 的研制周期大幅縮短。其中， 波音777 比波音767 的研制周期縮短近50%， 設計更改和返工率減少一半， 裝配時出現的問題數量減少50%～80%。

MBD 技術是產品數字化定義的最新階段， 它是用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法， 通過三維實體模型、 屬性參數和三維注釋等圖文信息， 詳細描述產品形狀、 尺寸公差、制造要求、 檢驗要求等完整設計與制造信息[1]。MBD 技術是將標準量化實施的一個極具代表性的案例， 在國內外先進制造行業已得到充分的認可及關注。

我所是從事電子產品研發、 制造和系統集成的專業技術研究所， 尤其以研制電子單機、 印制電路板組裝件等為主。 而電子元器件有著量級大、尺寸小、 分布密、 約束多、 要求細的特點， 面臨質量提升難、 工藝保證難、 標準化審查難的局面，亟待研究新型標準實施應用模式， 取代傳統的紙面貫標機制， 以滿足當前的科研生產實際。

1 “四化” 的含義

目前， 大部分標準展現形式為純文本， 依靠人的知識、 經驗難以達到統一的理解和共識， 存在標準實施方法簡單、 手段落后、 監督不力的問題， 標準要求存在橫向不一致、 縱向不到底、 執行不到位的情況， 面臨審不出、 審不全、 審不快、 審不嚴的窘境[2]。 為更精準地量化標準的實施， 航天八院提出了標準實施 “四化” 的概念， 分別為 “管理類標準流程化、 操作類標準可視化、 工藝類標準結構化、 技術類標準工具化”，具體含義如下。

1.1 管理類標準流程化

管理類標準是指用于規范產品設計、 生產制造、 問題改進等的指導型標準， 例如GB／T 29076 《航天產品質量問題歸零實施要求》、 航天行業標準 《設計文件的編制和管理規定》 等。 而實施此類標準的關鍵是要將標準條款要求納入過程管理， 宜使用流程管理類的軟件， 將各個管理過程細分為考核節點或審批節點， 以一個或多個流程來牽引管理標準的實施[3-5]。

1.2 操作類標準可視化

操作類標準是指用于規范指導產品生產過程中人為操作環節的標準。 操作過程通過可視化操作規范將一些用語言表達容易產生歧義的內容， 用圖片和正反案例直觀說明操作方法、 裝配要點及產品的合格判據， 便于理解的統一， 操作的規范[6-7]。

1.3 工藝類標準結構化

工藝類標準主要分為工藝基礎標準、 工藝技術標準及工藝管理標準[3]。 工藝基礎標準是指適用面廣的通用性工藝標準， 一般包括： 術語、 符號、代號、 分類編碼、 工藝文件等標準。 工藝技術標準是直接涉及產品制造質量的標準， 如工藝材料、 工藝要求、 工藝方法、 工藝參數、 工藝試驗、 工藝檢驗等。 工藝管理標準是對工藝工作程序、 內容、 應達到的要求作出的規定， 如工藝文件管理標準、 工藝準備管理標準等。 本文所涉及需結構化實施的主要為工藝技術類標準， 可將該類標準的工藝要求條款化、 規則化、 數值化， 利用Excel、 產品數據管理（PDM） 系統數據等方式， 對結構化數據進行管理， 以強制實施標準， 提高工藝要求、 工藝方法等的數據傳遞及落實管控。

1.4 技術類標準工具化

技術類標準是指科研、 設計、 工藝、 檢驗等技術工作中共同遵守的技術依據， 是目前大量存在的、 具有重要意義和廣泛影響的標準。 再將標準中的技術依據、 標準條款剛性嵌入設計軟件，開發形成標準強制執行的軟件工具。

2 實施“四化” 的思路

a） 特征提取： 將標準化要求剛性嵌入 “二維、 三維” 模型， 規范編制設計圖樣， 實施 “設計、 審查、 改進” 過程一體化， 構建設計、 工藝、標準化審查動態聯動機制。

b） 規則梳理： 利用知識管理方法， 篩選、甄別審查規則， 將標準化規則柔性嵌入模型， 實施 “設計規范性、 工藝可制造性、 產品可加工性” 審查一體化。

c） 數據互聯： 以結構化數據為基礎， 搭建標準化管理平臺， 實施 “設計、 生產、 調試” 監督一體化。

d） 多方協同： 實現多部門協同管理， 多措并舉， 提質增效， 所有管理環節完全透明化， 實施 “設計、 管理、 制造” 管控一體化。

3 標準實施“四化” 的實踐

3.1 標準 “四化” 實施措施表

開展 “四化” 實施工作， 以開發應用標準實施工具建設為重點的探索與實踐， 成功研究開發了標準剛性嵌入科研生產全流程的模板和軟件工具， 見表1。

表1 標準 “四化” 實施措施表

3.2 研究開發設計軟件接口工具， 確保設計BOM 數據的規范性

針對投產BOM 數據與圖紙信息不一致的問題， 對標研究相關電氣制圖標準， 將圖形符號及封裝形式等標準化要求， 通過AD 接口進行提前預警， 實現圖形符號庫、 封裝形式庫的在線管理。 在集成環境下直接讀取PDM 內物料庫進行設計， 實施物料庫在線管理。 同時， 以標準件、緊固件標準為依據， 建立三維模型庫， 通過Creo接口工具對標準件的三維模型實行在線管控。 將標準模板嵌入PDM 系統， 保證設計文件模板的準確性[8-9]。 設計完成后， 通過接口一鍵式提取BOM 結構、 裝配圖、 零件圖同步至PDM 系統，并發起在線審簽與歸檔。

3.3 實現技術文件編制和管理標準剛性嵌入PDM 系統

按照航天行業標準《航天產品設計文件管理制度》 《航天產品工藝文件管理制度》 等技術文件編制和管理規定， 通過PDM 系統信息化改造， 成功地將技術文件的編號、 模板、 簽署、 更改、 偏離等標準化要求， 明細表、 明細欄、 元件表編制的一致性要求， 元器件、 原材料、 緊固件、 所標件的規范化選用等剛性嵌入整個設計工作流程[10]。

3.4 實現基于BPM 的物資編碼庫、 選用庫規范化管控

結合本所物資編碼專項整理工作， 根據物資分類規則， 基于BPM 系統建立管控流程， 對各類物資編碼的申請、 維護進行標準化審查。 各流程中所涉及的生產廠家、 質量等級、 計量單位等通用屬性均源自科研生產管理 （CAMP） 系統字典庫。 建立規范、 標準號等的常用字典庫， 并指定專人專崗審查維護， 確保后續新增編碼的規范性與準確性。 通過BPM 管控流程申請的各類物資， 在完成審查、批準后， 將同步至PDM 系統與CAMP 系統， 供設計、 采購和生產等環節選用， 確保數據的一致性，實現物資信息的結構化數據管理。 同時， 為固化物資管理實踐成果， 總結物資信息化建設經驗， 將成果、 經驗轉化為標準， 編制 《物資編碼管理要求》系列所標， 進一步規范物資編碼管理工作。

3.5 研究建立可視化典型工藝標準， 提高工藝要求的直觀理解性

傳統的工藝規程難以表達且復雜， 不能起到良好現場指導作用， 針對此問題開展了可視化工藝文件的編制。 通過可視化工藝文件的編制和知識庫的梳理， 工藝要求由 “扁平化” 向 “可視化”轉變， 以達到提高工藝文件編制效率、 縮短工藝文件編制周期的目的， 也可滿足現場操作人員對通用要求的理解， 并統一、 規范操作， 提高產品生產能力和質量保障能力。

3.6 建立標準工序庫， 提高工藝文件的編制質量與效率

歸納總結工序實例， 形成標準工序庫， 從類型、 專業等多個維度實現對大量復雜工藝知識的層次化與結構化存儲， 實現工藝編制從基于經驗到基于知識的轉變。 編制工藝時， 直接從標準工序庫調用， 方便快捷且表述一致。 最終達到工藝設計的可控規范化管理， 保證工藝知識的可繼承性， 提高工藝設計質量的目的。

3.7 研究開發DFMA 工具， 提高產品設計工藝性

進一步提高產品設計工藝性， 針對印制電路板、 電纜接線、 層間安全間距、 精密裝配可制造性設計及審查的現狀和問題， 分別從基礎技術、 標準化和產品生產流程優化等方面， 通過數字化應用模式創新， 提升審查的全面性和統一性。 對標分析相關標準， 將設計工藝性審查前提， 提高DFMA 工具的管控水平及審查效率。 以印制電路板為例， 從標準梳理、 調研分析、 經驗提煉等多個維度， 深入分析、 技術解讀， 形成印制板電路設計及審查規則15 個大類、 250 余項， 研究開發基于規則的DFMA工具， 將其與設計軟件深度集成， 便于設計師快速調用， 實現邊設計邊審查， 提高設計效率和設計質量。 操作界面及相關功能演示如圖1 所示。

圖1 基于規則的DFMA 工具界面示意圖

4 發展前景展望

4.1 加大標準實施工具的開發應用力度

系統總結應用經驗， 在動態完善印制電路板、 電纜接線、 層間安全間距、 精密裝配可制造性設計及DFMA 工具的基礎上， 針對電纜網設計、 天線陣列設計、 裝備車輛人機工程等， 繼續探索其他適宜進行DFMA 管理的基礎專業， 將DFMA 工具系統化、 體系化， 并研究實施將工具軟件剛性嵌入PDM 系統及型號產品研制流程。

4.2 實施三維設計標準工具化

三維設計標準的工具化基礎是從標準／規范中提煉檢查規則。 檢查規則實質上是通過對標準條款、 工作經驗的整理和提煉， 形成對模型數據質量要求的具體描述和數據指標， 也就是“標準建模”。 檢查規則要強調指向具體、 指標可量化、信息結構化， 以便于執行。 通過檢查規則， 原本文字化的、 描述性的文字和內容， 可以直接用于軟件產品的開發， 實現標準化檢查的工具化、 自動化。

4.3 標準件、 外購件的特征化選用

近些年來， 由于元器件、 緊固件等選用不當而造成低層次質量問題頻發， 我們通過配置元器件的封裝形式， 實現了利用設計軟件進行提前預警。 在此經驗的基礎上， 進一步研究開發標準緊固件的選用工具， 將機械設計準則、 技術制圖規范等有效轉化為緊固件選用尺寸鏈， 通過自動驗算配置選用合理的緊固件。

4.4 開發基于文件編制規定的文檔自動編輯工具

當前航天型號常態化高密度發射、 型號研制生產任務緊迫， 各類型號研制支撐性技術文件的編制量大幅增加， 給型號設計師系統帶來 “不是在寫報告， 就是在寫報告的路上” 的困擾， 嚴重壓縮了設計師做科研、 搞設計、 做驗證的時間。亟待研究開發一款基于各類文檔編制條款章節的自動編輯工具， 因大部分的技術文件存在很多類似的章節， 可按照各類文檔的規定章節配置邏輯引用關系， 類似的內容只需編寫一次， 并在輸出文檔時， 在文檔中予以關鍵重要內容的編寫提示， 而這部分內容才應是每份文檔的核心。 同時， 配以標準化審查工具予以輔助， 保證自動編輯形成的文檔符合標準化要求。

4.5 構建標準實施多媒體應用新模式

探索實施制作動畫、 視頻等多媒體形式標準， 進一步提升標準實施的可視化程度， 研究方向可先定位于結構設計、 機械裝配、 電子裝聯、軟件使用和機裝檢驗等。 目前， 首批試點編制的多媒體形式標準已成功立項， 見表2。 同時， 進一步研究將可視化標準嵌入生產操作環節， 構建基于標準的實時預警機制。

表2 多媒體標準立項清單

4.6 加強標準化與數字化有機融合

以數字化手段持續開展標準實施監督方法、數據的標準化管理和貫標工具應用等研究， 用數字化支撐標準實施監督， 用標準促進數字化管理轉型， 進一步加強標準化與數字化的協調發展。

5 小結

研究探索標準實施應用的新模式， 已成為建標、 選標、 用標、 控標的必由之路， 而標準 “四化” 實施是在新機制探索的過程中提出的一種極具操作性且體系化的思路。 新時期的標準實施必須是以創新為思維， 以需求為牽引， 以問題為導向， 持續改進， 迭代提升， 建立更加高效的標準化工作機制， 全力推動標準化與業務深度融合，推進標準強制執行， 保證標準實施精準落地。