航空產品設計成熟度驅動的制造工藝審查工作模式構建

摘 要：工藝審查是制造工藝部門參與產品設計的一項重要工作，但當前工藝審查效率低，工作缺乏有效管控。為提高航空產品研制過程中設計制造并行協同的效率，以產品數字化模型設計成熟度為研制時間標尺，融合飛機研制相關制造專業，規劃產品設計與制造工藝審查并行矩陣，構建產品設計成熟度驅動的制造工藝審查工作模式。該模式通過飛機設計和制造專業之間并行關系的明確細化來實現工藝審查工作的高效管控。在航空產品研制中采用上述工作模式后，使制造部門的不同專業能夠有效、準確地介入并開展工藝審查工作，達到縮短研制時間、提升研制質量、降低研制成本的目標。

關鍵詞：航空產品；設計成熟度；制造專業；工藝審查；工作模式

中圖分類號：V260文獻標志碼：B文章編號：1671-5276（2024）03-0105-04

Working Mode Construction of Manufacturing Process Review Based on Aviation Product Design Maturity

Abstract：Review of manufacturing process is an important task for manufacturing departments participating in aviation product design， its efficiency， however， is low and lack of effective methods to control the task. In order to increase the concurrent and collaborative development efficiency， this paper constructs a working mode regarding design maturity level as timeline， blends different majors in aircraft manufacturing， and plans product design and process review parallel matrix. With the mode， the control efficiency of process review is realized through more granular and specific parallel relationship between aircraft design and manufacturing major. Upon the application of the mode in aviation product development， different aircraft manufacturing majors are able to duly intervene process review， hereby achieving the goals of cycle time reduction， quality improvement and cost cutting.

Keywords：aviation product; design maturity; manufacturing majors; process review; working mode

0 引言

航空工業是技術密集型產業，產品研制過程需多專業并行協同以達到縮短研制周期、降低研制成本、提高研制質量的目的。產品設計階段進行制造工藝審查是研制過程中的重要工作，直接影響產品設計的質量。因此，如何有效實現設計、制造工藝審查并行協同，對于提高航空產品研制效率、降低制造風險和研制成本有著重要的意義。

1 工藝審查

工藝審查通常指基于現有制造資源條件，對產品的各設計屬性滿足制造約束的程度進行分析［1］，即在并行工作中對零件的可制造性、產品的可裝配性等方面進行審查分析，將不利于產品制造和質量保證的因素及早找出，避免或減少設計返工，是有效保證產品制造性、高效性、經濟性的有效手段。

隨著數字化技術與制造技術深度融合發展，基于模型的數字化定義（MBD）逐步成為航空企業廣泛應用的數字化設計方法，MBD 數字化設計模型繼而成為產品設計制造過程的唯一依據，貫穿于產品研發、工藝審查、工藝設計、生產制造以及檢驗等的全過程。

圖1所示的MBD設計模型工藝審查過程是產品制造工藝技術人員對模型中設計定義的零件幾何尺寸、加工精度、材料、熱處理以及其他特殊要求等三維幾何結構信息和制造信息進行工藝分析，并向設計部門反饋工藝審查意見，從而提高產品的可制造性。

國內外專家學者在MBD數字化模型工藝自動審查系統［2-5］、可制造性分析評價［6-9］方面開展了大量研究。然而由于國內數字化制造技術發展尚未成熟，自動工藝審查系統適用性有限，目前航空產品MBD設計模型的工藝審查工作仍主要依靠工藝人員憑借個人技術經驗來開展。但是，不同工藝人員經驗水平不同，工藝審查過程中容易出現效率低、審查不全面等問題。如何降低工藝審查工作對工藝人員經驗水平的要求、提高工藝審查效率、規避工藝審查不全面風險已成為工藝審查工作研究的主要內容。

2 產品設計成熟度

國內航空產品設計采用數字化設計與制造并行協同研發模式，在產品設計階段，制造工藝部門要對零件的可制造性、產品的可裝配性等制造要素進行審查。為高效實現產品設計、制造并行協同，設計成熟度控制是關鍵環節。

成熟度概念提出是為了在工程研制初期識別、控制進入批產階段的制造風險［10］。產品設計成熟度是從最初產品設計方案研究，經過團隊協同設計的中間狀態到最終產品設計趨于完善的過程中，對產品數字化模型不同狀態時的階段性評估與量化，用于表達產品相關設計活動和任務被有效執行的程度［11-12］。簡單來說，是對產品設計模型的數字化定義完成情況和詳細程度進行等級劃分［13］，直觀反映產品設計具體進展。

航空工業是典型離散性制造業，產品構型復雜、工程更改頻繁、涉及專業廣［14-15］，成熟度等級應依據企業設計、制造能力和產品復雜程度來合理分級。基于現有航空產品研制流程，確立7個成熟度等級，具體產品成熟度等級劃分及成熟度狀態定義如表1所示。

產品設計成熟度定義和劃分是實現并行協同設計的關鍵。基于航空產品設計成熟度等級，可實現產品整個研制流程中制造工藝部門介入的準確控制。在產品設計階段，工藝部門介入后，制造工藝審查工作開展直接影響產品研制周期。因此，由設計成熟度驅動的高效制造工藝審查工作模式的構建對航空制造并行工程研究有著重要的作用。

3 產品設計成熟度驅動的制造工藝審查工作模式

航空產品數字化模型成熟度是制造工藝審查工作并行的基礎，在不同成熟度階段，工藝審查工作內容有所不同。當某一成熟度階段工藝審查通過時，數字化模型的成熟度等級MM1—MM7提升并進行下一階段的設計工作，同時開展工藝、工裝等并行工作，產品設計成熟度M1—M3驅動的并行工藝審查流程如圖2所示。

飛機研制是一項復雜的系統工程，需統籌復材、數控加工、結構裝配、特設等多類制造技術專業全程協同參與。在工藝審查工作中，不同專業審查內容大相徑庭，且在飛機設計階段，各制造專業何時介入開展工藝審查依賴于產品數字化模型的成熟度。

為提高現有飛機研制流程中并行工藝審查效率，以產品數字化模型成熟度為時間標尺，策劃產品設計成熟度與制造專業工藝審查并行矩陣（表2），制定不同成熟度階段各制造專業介入工藝審查要求，形成由成熟度驅動的高效工藝審查工作模式。

以國內典型航空企業為例，在飛機設計過程中參與工藝審查主要有工藝總體、冶金、鈑金、數控加工、復材制造、結構裝配、特設等10個專業。表2中，○表示在產品設計某個成熟度階段參與工藝審查的制造專業；●表示重點開展工藝審查工作的制造專業。

在航空產品設計成熟度驅動的制造工藝審查工作模式中，明確飛機研制專業參與工藝審查工作的成熟度階段，但目前工藝審查工作主要依賴于工藝人員技術經驗，工藝審查質量、效率無法得到保證，直接影響航空產品設計與制造并行協同效率。

因此，為降低工藝審查工作對工藝人員經驗水平的要求，提高各制造專業工藝審查的效率，基于航空企業工藝審查專家積累的經驗知識，形成產品工藝審查專家知識庫，用于支持不同專業在不同成熟度階段高效開展工藝審查工作（圖3）。參考表2，以結構裝配專業為例簡單說明在MM6成熟度階段開展詳細工藝審查的內容如表3所示。

在航空產品設計并行工藝審查流程中融入飛機制造專業、工藝審查專家的知識，明確細化不同成熟度階段不同制造專業工藝的審查工作，時間標尺清晰，審查內容具體，降低審查工作對工藝人員經驗水平的要求，提高并行工藝審查的質量和效率，同時有效地支撐產品設計成熟度升級轉段，加快推進航空產品的研制進程。

4 結語

工藝審查是產品設計與制造工藝銜接的橋梁，對航空產品研制有著至關重要的作用。通過將產品數字化模型設計成熟度和飛機制造專業工藝審查的深度融合，規劃產品設計與制造工藝審查并行矩陣，以航空企業積累的各制造專業工藝審查專家知識為支撐，構建由產品設計成熟度驅動的高效工藝審查工作模式，規避當前工藝審查不全面、工作效率低等缺點，降低工藝審查對工藝人員的經驗要求。通過在某型號研制過程的應用發現，不同制造專業能夠有效、準確地介入并開展工藝審查工作，實現了設計、制造工藝審查并行協同，在提高航空產品研制效率、降低制造風險和研制成本方面取得了一定成效。

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