數字化條件下航天產品工藝文件管理標準的適用性研究

湯中恒 李建華 馮春霞 毛堅英 魏冬邦

（中國航天科技集團九院七〇四所， 北京， 100076）

工藝標準化是規范和簡化工藝設計與管理的基礎性工作， 通過工藝標準化可以保障產品設計與工藝設計的協調性。 對于典型產品來說， 可以減少重復性工作量， 規范工作程序， 提高產品研制過程的工藝設計質量， 縮短工藝準備時間， 優化工藝裝備配置。

航天行業標準 《航天產品工藝文件管理制度》 是航天企業組織科研生產的基本技術管理制度， 是技術管理的重要支撐標準之一， 規范了航天產品研制的工作程序， 提高了研制過程的工藝設計質量[1]。

近年來， 以結構化工藝為核心的數字化工藝的迅猛發展， 將制造過程中所需的人、 機、 料、 法、環等要素， 以樹狀結構的方式組織起來， 可對工序進行串行、 并行、 多路徑等流程規劃， 體現了結構化、 協同化工藝設計理念， 大幅提高了航天產品生產過程中設計和制造的管理水平。 數字化工藝文件脫離了卡片模板的限制， 而是以顆?；?模塊化、精準化且能被計算機直接解構的工藝數據， 直接用來指導工人操作和組織生產。 面對全新的航天生產組織模式和工藝文件形式， 需要對現行航天工藝文件管理標準再次開展適用性研究。

1 概述

1.1 數字化工藝設計的特點

a） 工藝數據顆粒化。工藝數據顆?；菍崿F結構化工藝的基礎， 將指導工藝生產的工藝數據分解成顆粒單元。 工藝數據的顆粒度由系統能解析的最小數據單元決定， 包括以下3 類： ①屬性： 用于描述被管理對象的集合， 可以直接被系統精準解析。 ②對象： 指對象數據庫中管理中的模型、 圖紙、 工藝、 設備、 刀具、 物料等， 可以精準地被數字化平臺解析。 ③數據集： 指在系統結構化工藝內存放工藝需求數據文件的集合， 需借助第三方平臺進行查看。

b） 工藝流程模塊化。數字化工藝將工藝數據顆粒單元以固化的流程進行組織， 最終將所有工藝數據顆粒單元以樹狀結構的方式組織起來，其主要流程包括： 工藝路線編制， 材料定額編制， 創建專業工藝， 創建工序， 創建工步。 在組織工藝數據顆粒單元時， 可以多人同時參與設計活動， 從而大幅提高數字化工藝的編制效率。

c） 工藝數據接口標準化。工藝數據接口標準化通過工藝數據以規定的規則存儲和傳遞， 實現工藝數據的復用性和可傳遞性。 工藝數據接口不僅包括數字化平臺與工藝顆粒單元知識庫之間的接口， 還包括與上下游軟件之間的接口， 如ERP 系統、 MES 系統。 根據數字化平臺的解析規則制定工藝知識單元存儲方式， 實現系統與工藝顆粒單元知識庫之間接口的標準化； 根據上下游數據需求及數據類型， 建立標準化的軟件接口協議， 從而最大限度地提高工藝數據在產品全生命周期內利用率。

1.2 工藝文件管理標準數字化適用性分析方法

在數字化工藝條件下， 航天產品科研生產模式和工藝文件形式有了顛覆性的改變， 需要對現行航天工藝文件管理標準開展科學全面系統的適用性研究。 既要繼承現行管理標準的成熟經驗，又要考慮到數字化工藝的特點。 目前， 各單位使用的數字化系統風格各異， 結合具體數字化系統提出要求難以脫離主觀因素； 按 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準逐條提出數字化管理要求， 難以充分融入數字化工藝設計的特點。

《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準作為在航天單位得到廣泛貫徹實施的工藝文件管理制度， 經過實踐的長期檢驗， 其管理邏輯是成熟有效的。 以 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準的管理邏輯為基礎， 提出數字化工藝文件管理要求， 不僅沒有脫離現行管理標準的成熟經驗， 又考慮到了數字化工藝的特點。 工藝文件管理標準數字化適用性分析方法架構如圖1 所示。

圖1 工藝文件管理標準數字化適用性分析方法架構圖

為直觀形象地表達抽象的管理邏輯， 將 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準的管理邏輯解構成細化的管理要素。 管理要素是從 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準中抽象出的管理對象和管理維度， 直觀反映了具體條款規定的內容和提出要求的角度。 管理要素在管理邏輯和標準條款之間承擔著承上啟下的作用， 管理邏輯由所有管理要素構成， 標準條款是管理要素的具體要求。 通過逐條款提煉管理要素保證管理要素的全面系統性， 從而保證管理邏輯的全面和系統性。

在提煉 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準管理要素的基礎上， 按管理要素重組所有的標準條款， 開展以管理要素為主線的適用性分析方法。 結合數字化工藝和傳統工藝的區別， 依次對每個管理要素下的所有標準條款開展適用性分析， 保留所有適用的標準條款， 結合數字化工藝設計的特點， 針對不適用的條款和適用但需補充的條款， 提出數字化工藝文件標準修訂建議， 為形成數字化工藝文件管理標準草案提供基礎。

2 工藝文件管理要素梳理

管理要素是細化的管理邏輯， 由于 《航天產品工藝文件管理制度》 管理類系列標準和編制類系列標準管理邏輯差異性大， 將管理要素細分成管理要求類管理要素和編制規則類管理要素。

2.1 管理要求類管理要素提煉方法

《航天產品工藝文件管理制度》 管理類系列標準包括工藝文件的一般性要求、 完整性、 簽署、 更改、 編號等， 保證了工藝文件的完整性、齊套性、 協調性。 具體標準需進一步對標準化內容和事項進行討論和明確。

具體條款圍繞管理對象和管理維度制定管理要求， 管理對象是標準提煉出的內容， 管理維度是管理對象涉及的維度。 以管理對象和管理維度組合的方式提煉管理要求類管理要素， 既脫離了具體要求， 又能保證管理內容的全面性。 逐條對條款內容逆向解構， 按 “管理對象” + “的” +“管理維度” 的方式命名管理要素。 如 《航天產品工藝文件管理制度 第6 部分： 工藝文件更改規定》 的條款4.2： “設計文件更改引起的工藝文件更改， 應以產品設計文件更改單為依據。”該條款屬于原則性要求， 對應的管理對象為工藝文件更改， 涉及的管理維度是依據， 最終提煉出的管理要素為工藝文件更改的依據。

2.2 編制規則類管理要素提煉方法

《航天產品工藝文件管理制度》 編制類系列標準主要規定了各專業工藝卡片細化量化的工藝數據和卡片格式， 數字化工藝編制將離散在傳統卡片式工藝文件中的工藝數據以結構化的形式組織起來，在編制內容維度上具備一致性， 因此， 按編制內容進行提煉， 編制規則類管理要素具備數字化條件下的適用性。

2.3 工藝文件管理要素匯總

對 《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準的33 個組成部分進行逐條款的分析， 共梳理了標準條款265 項， 工藝卡片的欄位和填寫內容1571 項。 重組所有標準條款， 以管理要素為主線進行匯總整理， 對相同的管理要素進行合并，最終梳理出管理要素142 項。 管理要素匯總表示意見表1。

表1 管理要素匯總表示意

3 數字化條件下的適用性分析

3.1 管理要求類管理要素對應條款的適用性

根據數字化工藝的特點， 對管理要素下所有標準條款進行數字化適用性分析。 以管理要素簽署者的技術責任為例， 結合數字化工藝設計的特點， 說明管理要求類管理要素對應條款的適用性分析過程， 形成簽署者的技術責任所屬條款的適用性分析表， 見表2。

表2 簽署者的技術責任所屬條款適用性分析表 （部分）

3.2 編制規則類管理要素對應條款的適用性

傳統工藝設計模式下， 所有指導實際加工生產的工藝數據以工藝卡片的形式組織起來， 而在數字化條件下， 工藝人員將工藝數據顆粒單元按模塊化的編制流程組織起來， 最終形成樹狀工藝結構樹。

編制規則類管理要素是以編制內容的角度提煉出的， 數字化工藝設計同樣需要編制相應工藝內容， 用來指導實際生產加工。 因此， 從編制內容的角度進行分析， 編制規則類管理要素所屬條款是適用的。

編制規則的差異性體現在工藝數據的組織方式， 相較于傳統工藝設計， 數字化工藝數據以屬性、 對象、 數據集的組織架構進行組織管理， 因此， 從組織架構的角度進行分析， 編制規則類管理要素所屬條款都是不適用的。

4 數字化條件下工藝文件管理制度建議

4.1 管理要求類管理制度建設

隨著數字化工藝文件編制模式的轉變， 數字化工藝文件不僅包括樹狀結構， 還包括工藝數據顆粒單元， 面對工藝文件的架構化和工藝數據的顆粒化， 需要細致化的工藝文件管理模式。

a） 工藝文件管理層次

管理層次要和顆粒化工藝數據的工藝流程相匹配， 依據管理要求類管理要素， 提出顆粒單元的管理辦法。 如工藝文件更改的實施管理條款中對更改方式進行了規定， 包括劃改、 刮改等， 數字化工藝文件的更改應圍繞工藝數據顆粒單元展開， 如對象的更改方式為重新到對象數據庫中選取。

b） 工藝文件管理范疇

數據接口的標準化拓寬了工藝文件的管理范疇， 需要建立工藝數據庫和接口協議相關管理細則。 數據接口的標準化依賴于標準化的工藝數據庫和接口協議， 依據工藝數據庫的種類建立規范化的工藝數據存儲和引用方式。 接口協議包括對外輸出數據的規則和工藝卡片模板庫， 根據上下游軟件數據交互方式， 建立系統對外輸出數據的標準化機制， 根據科研生產管理實際需求， 建立系統對外輸出工藝卡片模板庫。

c） 工藝文件管理職責

數字化系統在繼承傳統工藝文件管理標準的基礎上， 借助系統功能分擔了工藝人員的部分管理職責， 需要重新對數字化工藝文件管理職責進行界定。 如管理要素簽署者的技術責任， 對于部分以前需要簽署者進行檢查操作的技術責任， 信息化系統可以通過軟件的開發實現自動校驗。

4.2 編制規則類管理制度建議

數字化工藝文件編制規則不再局限于最后呈現的樹狀結構的管理， 還包括對編制過程的管理。

a） 顆粒單元編制規則

首先明確顆粒單元的屬性特點， 如數據集的數據類型， 對象數據庫的種類等， 還需明確具體細化量化的工藝參數所對應的顆粒單元類型。

b） 模塊化工藝編制規則

通過明確流程中所需編制的顆粒單元， 實現模塊化的工藝編制模式， 如在編制工序屬性時，要明確工序屬性的種類， 包括工序名稱、 工序特性、 協作單位等。 數字化工藝數據編制方法更加多樣化， 需要進一步明確， 編制方法包括繼承自其他數據源、 系統根據規則自動生成、 選取自數據庫， 工藝人員手動填寫等。

5 結語

通過工藝文件管理要素梳理， 全面分析了《航天產品工藝文件管理制度》 系列標準數字化條件下的適用性， 提出了數字化工藝文件管理制度建議， 為以后的標準制定和換版修訂提供了參考。 通過開展現有航天產品工藝文件管理標準的數字化適用性研究， 保證數字化工藝文件的完整、 正確、 統一、 協調。 通過數字化航天產品工藝文件管理標準指導工藝設計信息化系統的開發與建設， 系統優化工藝設計工作流程， 全面規范工藝文件的編制及管理， 全方位提升航天產品質量。