面向航天硬件產品的工藝規范體系框架構建思路

劉蘇 孫千惠 王勇 馬建波

（首都航天機械有限公司，北京，100076）

工藝規范作為企業工藝技術知識的載體和重要表現形式，受到國內外航天航空制造類企業的高度重視，與產品設計文件處于同等重要地位，是產品制造、驗收的依據。通過長期的努力，工藝技術標準化工作取得了長足的進步，各大企業均初步建立了工藝規范體系框架以及相關標準化工作系統和機制，基本以面向專業建立模式為主、工藝內容相對通用、作為指導性參考資料進行使用。

然而，隨著航天型號研制進度不斷加快以及型號批產及發射次數大幅增加，工藝問題導致的產品質量一致性問題日益凸顯，原有粗獷式的工藝規范體系框架已無法適應精細化工藝設計需求?，F有工藝規范的編寫與申報，沒有統一的體系規劃作為指導，通常是應對當前形勢等需要，補充和編制工藝規范，存在較大的隨意性，加大了企業工藝規范的管理和未來知識庫建立難度。為解決該類問題，作者結合國內外工藝規范體系建設發展情況，提出面向航天硬件產品的工藝規范體系構建方法。

1 國內外工藝規范體系建設發展現狀

1.1 國外企業情況

國外先進航空企業，如飛機制造工業，經過幾十年的發展，早已形成較完整的標準系統。美軍標中技術規范體系分為系統規范、研制規范、產品規范、工藝規范、材料規范等5 類，其中工藝規范主要規范產品生產過程控制要求。波音公司最主要的工藝規范是波音工藝規范（BAC），共有約1200 項標準，每份工藝規范圍繞工藝過程有著極其明確和嚴格要求，包含“范圍”“分類”“引用文件”“目錄”“材料控制”“設施控制”“質量控制”“要求”“測試方法”和“鑒定”等13 個章節內容[1]，組成了完整的波音工藝規范體系，體系框架主要由零部件制造、檢測、結構裝配和系統安裝等10 個專業領域組成，產品制造過程完整、技術內涵豐富，可操作性強。在外包生產時，將工藝規范提供轉包商，要求轉包商嚴格按工藝規范要求生產和制造。

歐洲空中客車公司不同組成國公司均有自己的工藝規范，如英國BPS、法國ADET 等，要求也不盡相同。主要表現在一些工藝參數、工藝控制要求方面，目前正在逐步統一。與波音公司的工藝規范不同，它不提供詳細工藝過程說明，包括工藝參數也不提供，只提工藝技術要求、工程設計要求和質量要求等，對于工藝過程詳細要求由供應商自行制定，便于讓供應商充分利用現有生產線開展生產，但是強調工藝鑒定，需按工藝通用規范要求完成工藝鑒定，來證實工藝過程的結果滿足產品要求。

國外飛機制造的工藝規范體系建立均采用了“主制造商-供應商”研制模式，主制造商是工藝規范體系構架建立的策劃者與組織者。其體系建立初期，主制造商依據工程要求首先策劃出工藝規范編制目錄，目錄中涉及的工藝技術代表著研制項目制造的發展方向。其次，通過對供應商工藝技術、制造能力的了解與分析確定工藝規范所應用的產品制造階段和產品層級。其體系搭建順序一般從零件制造推進至部件裝配，最后至總裝試飛逐級搭建，同時結合專業領域進行細化工藝規范類別，形成主體框架，再由供應商根據工藝過程細化至下一層級。

1.2 國內企業情況

以國內飛機制造業為例，國內商用飛機制造行業的工藝規范是規定產品加工環節和對象的制造技術及制造要求，是對工藝技術總結、提煉和提高[2]。相關公司工藝規范的建立是在承擔國外飛機制造分承包任務轉化而來，或是從引進、消化吸收國外飛機制造技術過程中學習借鑒來的。

ARJ21 研制時，消化吸收國際先進飛機制造工藝標準，建立了滿足適航要求的商用飛機工藝規范體系，制定了600 份工藝標準。內容包括“范圍”“引用文件”“材料與設備”“要求”“說明/程序”“質保條款”“目錄”等7 個章節[3]，其中“要求”章節明確主要人員、工程、工藝各種要求，“說明/程序”章節中，對于工藝過程和方法進行了描述和說明。

C919 研制過程中制定了460 項工藝規范，涵蓋了切削加工、成形加工技術、熱加工技術、表面處理技術、復合材料制件制造技術、非金屬材料成型技術、連接技術、裝配技術、檢驗檢測技術、標識技術等10 個專業。工藝規范內容由“范圍”“引用文件”“材料控制”“設備控制”“定義”“技術要求”“制造程序/說明”“維護控制”和“質量控制”等9 個章節構成[2]。涉及工藝流程設計、材料選擇、工藝參數選擇、工裝選擇、設備選擇、加工環境控制和質量保證等方面要求。工藝規范在使用要求上與工程圖樣、材料規范同為產品生產制造和檢驗的依據，也是對供應商制造質量控制及產品交付驗收的工作依據。

航天企業如航天五院北京衛星制造廠按照集團公司工藝規范體系建設要求，形成了復材加工、熱表處理、數控加工、焊接等專業企業工藝規范子體系。對工藝文件、工藝要素和工藝過程要求形式進行統一、簡化，并建立工藝規范標準的結構化模型、對參數類要求進行參數化建模，內容相對固定進行模塊化描述等，將工藝規范標準嵌入流程中，建立產品、崗位、工藝文件與工藝規范內容要素之間的映射關系。目前在電裝、數控加工等專業取得了一定應用成效，促進了工藝規范體系落地實施。

1.3 國內外情況分析

從調研情況來看，國內外航空制造企業均十分重視工藝規范體系建設，工藝規范的地位十分突出。面向具體產品或一類產品，與產品設計文件處于同等重要地位，是制造、驗收的依據。有的直接用于生產，有的用于指導編制工藝規程（制造或裝配指令），其應用執行情況與能否取得適航證建立了聯系。

目前，國外航空企業制定的工藝規范基本等同于國內產品制造技術條件或要求與工藝規范內容的結合，其體系建設一般采用面向專業建立工藝規范方式，工藝內容相對通用，但存在約束性不強、其體系的建設模式缺少與知識推送相結合等問題。

2 工藝規范體系構建原則

面向制造型企業，工藝規范體系是生產制造的“大腦”，是指導企業生產的核心技術價值。其組織架構應形成一套健全的體系，為此在搭建工藝規范體系框架時，應圍繞4 大原則展開。

a）系統完整：圍繞產品的工藝制造方法、制造技術全面梳理，形成完整的工藝技術規范體系，科學設置、分類精準、涵蓋全面、層級到底、要素完整。

b）結構明確：合理搭建體系架構，處理好規范項目間接口關系，統一規范內容顆粒度，做到橫向一致、縱向貫通。

c）實用精細：工藝技術規范體系的搭建是以各單位生產實踐應用為基礎，用于指導工藝人員編制專用工藝規程；應打破現有流程化工藝技術規范，重點突出其技術性、知識性、經驗性內容，其顆粒度應與工藝規程編制保持一致，工藝要求均參數化，后續工藝技術規范的建設將逐漸取代現有通用工藝規程的設立。

d）落實密級：工藝技術規范體系的建設是將具有自主知識產權的技術成果和先進的制造技術固化形成標準，納入體系表；同時為保護核心和關鍵技術秘密，按照保密要求規劃體系表中的標準項目，合理設置體系表中標準項目的保密級別。

3 面向航天硬件產品的工藝規范體系框架構建方法

3.1 構建過程

面向航天硬件產品的工藝規范體系圍繞產品為核心的框架搭建。完整的體系框架主要由3 個子體系依次構成，分別為：產品分級分類子體系、產品工藝規范子體系、標準工序規范子體系，其邏輯關系如圖1 所示。體系框架建設搭建之初首先開展產品分級分類子體系建設工作，這是體系建設的核心和基礎。通過對企業承擔的產品開展分級分類，將企業承制核心產品通過制造特征識別的方法實現產品歸類成組。其次，在產品分級分類子體系框架的基礎上，搭建產品工藝規范子體系，其作用是明確具體某項產品加工的工藝流程，找到屬于某一類別的產品工藝規范。其建設方法是對同一類產品的工藝流程及制造方案進行統型，確立一類產品最優的產品工藝規范。最后，在產品工藝規范子體系的框架下，進一步分析每道工序設計的工藝方法、工藝要素，形成標準工序規范子體系框架，其作用是確定工序的加工步驟、操作方法、設備工具使用等。其建設方法是對同一工種或操作，建立工藝參數庫，通過特征搜索到標準工序規范。

圖1 工藝規范體系構建方案

當產品分級分類子體系、產品工藝規范子體系、標準工序規范子體系全部搭建完成后將形成企業完整的產品的工藝規范體系。此體系的建設將實現智能化工藝設計的應用目標。新產品到達工廠后，將率先由產品分級分類子體系確認產品類別，通過制造特征由系統檢素產品工藝規范，自動生成工序1 至工序N，再通過標準工序規范子體系快速匹配到每道工序的標準工序規范內容，每道工序內容的疊加則智能化完成工藝設計工作。

3.2 航天硬件產品分級

航天硬件產品分級分類工作，應做到先分級，再分類。產品分級應覆蓋從系統到組成系統的最小單元的全部產品。以產品的結構層次為基礎，按產品復雜程度劃分層級，劃分時要保持產品的所屬層級唯一，采取“就低不就高”原則。

產品分級原則，主要參考航天行業標準 《航天產品項目工作分解結構》、航天行業標準 《航天產品設計文件管理制度》、航天科技集團標準《航天產品分級分類指南》中相關要求與方法。同時結合實際生產需求，將航天硬件產品組成關系、產品制造裝配流程、產品制造狀態屬性、不同階段產品所屬主體制造方案，最終將硬件產品劃分為“系統級”“分系統級”“單機／部件級”“組件級”“零件級”“毛坯級”等6 個產品層級。

a）系統級：由分系統、單機等組成，能夠完成某項任務的組合體。

b）分系統級：由單機、零部組件等組成，能夠完成系統內某項使用功能，并且是系統的組成部分。

c）單機／部件級：由一個或多個零部組件連接而成或聯合使用，能夠完成某項使用功能，并能獨立交付總裝的產品單元?！安考庇啥鄠€零組件裝配而成，并直接交付總裝的大型復雜連接件。

d）組件級：由若干零件裝配而成，用于部件裝配或直接交付總裝的小型簡單連接件。

e）零件級：不采用裝配工序制成的產品，一般由同一名稱和牌號的材料組成。

f）毛坯級：材料經過初步加工，需要進一步加工才能制成零件的半成品。

3.3 航天硬件產品分類

航天硬件產品分類應根據產品特點和屬性對各層級產品開展分類工作，產品分類應根據生產實際，打破型號與領域界限，實現產品優化整合。

對本單位現有的產品一般采用成組技術的相似性原則進行歸類分析，提取具有的主要制造特征，比如功能、結構分析相似性。圍繞產品研制實際和功能特性，對具有共性的產品進行合并，形成產品類別。①功能相似性：產品的功能及用途的相似性（可從產品名稱等作粗略判定，功能相似產品在形狀、材質等方面往往具有相似性）。②結構相似性：主要幾何形狀（內形、外形、腔體特征、加強筋、窗口、網格等以及裝配相同或相似零件等）和輔助幾何形狀（圓角等過渡特征）的相似性。

3.4 基于制造特征的產品成組

將產品分級分類后，對每一類產品，基于產品制造特征進行成組分類。同類產品成組劃分原則為：制造方案相同、主要硬件條件需求相同、工序鏈相同。建立產品與特征映射關系[4]。一般通過具體制造特征展開識別，建議從以下6 個方向展開分析。

a）材料特征：產品所屬材料對于制造方案的影響。例如鑄造專業，所屬不同材料的毛坯，其制造方案差異較大，因此在劃分產品類別時建議按材料牌號劃分；而對于鉚接裝配專業，其裝配制造方案對不同金屬材料牌號敏感度不高，因此在劃分產品類別時僅需要劃分為金屬材料、非金屬材料即可。

b）尺度特征：產品尺度對于制造方案的影響。例如機加專業中不同直徑大小、不同形狀差異都會對整體制造方案有很大影響，因此應該界定不同產品類別的尺度范圍；而對于表面處理專業而言，與尺度特征幾乎無關。

c）整體結構特征：產品整體結構對于制造方案的影響。例如機加專業需要劃分為整體鑄造成形，且為回轉體殼段；針對鉚接裝配專業歸類為整體成形殼段即可（與鑄造、鍛造成形無關）

d）局部結構特征：產品局部結構對于制造方案的影響。例如機加專業局部特征包含V 型削弱槽、帶軸向對接孔系，其制造流程有較大差異。

e）質量要求特征：產品制造質量要求對于制造方案的影響。例如鉚接裝配專業要求上裝件整體定位精度不高于0.5mm 時，則不采用型架工裝定位。

f）典型局部結構：典型局部結構為可選擇性特征，不影響方案和主流程，僅影響工步的特征。

3.5 產品工藝規范層級

基于制造特征分類成組的產品，每一類對應一份產品工藝規范。

產品工藝規范是明確某類具有相同或相似制造特征的典型產品制造工藝全過程相關技術要求的工藝規范。主要規定產品制造的工藝方法和工藝流程，并通過引用標準工序工藝規范方式規定工序的詳細技術要求，用于支持產品工藝規程編制中的工藝方法、工藝流程及工序詳細內容的確定。其內容主要包括：適用產品范圍、產品制造方案、主要工藝方法、工序流程設計。

3.6 標準工序規范層級

工序設計應覆蓋從原材料（鍛鑄件、元器件、配套件等）準備到產品交付制造全過程，包括協作生產過程。工序名稱應采用統一規范名稱命名規則進行命名，配套工序名稱庫進行輔助支撐。

針對產品工藝規范中工藝流程的每一個流程節點（工序），制定標準工序規范。明確某一典型工序（工步）要素及內容要求的工藝規范。用于支持產品工藝規程工序（工步）內容的編制。其編制內容主要包括：適用對象特征、制造過程以及工序詳細設計。工序詳細設計是標準工序規范的重點，主要包括：明確工序基本信息及關聯要素（材料、設備、環境、人員等）、劃分工步、工步的命名及工步內容設計，明確工步關聯要素（工裝、工具、材料、工藝參數等）和檢驗及記錄要求等。

4 結束語

本文在借鑒國內外工藝規范體系建設工作經驗基礎上，結合企業制造生產，初步形成了面向航天硬件產品的工藝規范體系框架構建思路，從制造特征索引產品歸類、確定產品工藝流程、推送標準工序3 大步驟劃分框架。工藝規范體系的建設將指導航天產品在制造過程中基礎工藝數據分析、整理與積累，這將作為智能化工藝設計的基礎制造數據來源。