航空工艺标准研制方法探索

梁 勇

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

航空工艺标准是规范航空产品实现过程中原材料、零部件等加工、装配的方法及相关条件要求的一类标准。航空工艺标准作为工艺施工的依据，是航空制造技术应用于生产实践的经验结晶。随着航空制造技术向多学科化、系统化、集成化、网络化、虚拟化、自动化、智能化、精密化、高速化的方向发展以及新型结构、精密、高效、低成本、绿色制造技术的迅速应用，航空工艺标准急需提升技术水平。航空工艺标准迫切的提升需求，要求航空工艺标准由“总结编制”向“创新研制”跃迁，标准项目选择、技术内容提出、指标范围确定、贯彻实施预测等内容成为航空工艺标准研制的重要环节，同时要重新进行航空工艺标准研制流程设定，解决专利、验证、试行等问题。

开展航空工艺标准研制时，可采用“6维因素法”、“流程建型法”、“最佳实例法”、“影响因素法”等分析方法，从标准项目、技术内容、指标范围以及贯彻实施等方面进行综合分析，并充分考虑设计要求与工艺实现、材料性能与加工方法、工艺方法与设备环境以及技术专利与工艺参数等方面的相互约束。

1 采用“6维因素法”选择标准项目

标准项目的选择，是开展标准化工作的重要环节。标准项目名称应能够反映标准化的主要对象、内容和适用范围。对于航空工艺标准，标准项目对象和内容主要从加工工艺方法、零件材料特性、典型零件类型等3方面确定，标准项目适用范围主要从标准的内容范围、属性定位、发布主体等3方面确定。这6个方面共同构成了影响航空工艺标准项目选择的“6维因素”，如图1所示。“6维因素”中每个纬度因素均可以依据具体工艺技术进行细化，如在“W1——加工工艺”中“钣金成形”可以细化为“超塑成形、旋压成型、喷丸成形、压弯成形、时效成形”等。

选择标准项目时，可以直接选择某个或某几个纬度因素确定标准项目，如：航空行业标准《钛合金零件电解加工工艺》是采用“W1——加工工艺”与“W2——零件材料”确定；也可以通过建立“航空工艺标准属性空间”更准确地定位标准项目的适用范围。建立“航空工艺标准属性空间”时，选择“W1——加工工艺”、“W2——零件材料”、“W3——典型零件”作为标准项目选择属性空间坐标轴，选择“W4——内容范围”、“W5——属性定位”、“W6——发布主体”作为标准项目适用范围属性空间坐标轴，建立“航空工艺标准属性空间”，如2图所示。

图1 航空工艺标准6维因素

图2 航空工艺标准属性空间

“航空工艺标准属性空间”可以细化到航空制造技术某一具体领域，如：针对“W1——加工工艺”在“连接”技术领域细化，即可确定具体“连接”工艺标准项目所采用的具体方法、适用对象、材料范围、典型零件等。另外，利用“航空工艺标准属性空间”可对多个标准项目进行分析，明确各标准的协调关系、层级关系，为该技术领域的工艺标准体系构建提供依据。

2 采用“流程建模法”提出标准内容

标准由具体条款构成，每个条款都对应一项技术内容。对标准技术内容的分析，就是确定标准具体条款的过程。“流程建模法”主要包括工艺过程分析、标准化对象分析、标准项目分析、标准内容分析等环节。

2.1 工艺过程分析

工艺过程分析需要依据具体工艺方法建立工艺过程模型。以钛合金零件激光快速成形工艺为例，激光快速成形工艺过程包括零件设计、工艺建模、激光成形、加工处理等几个环节，其工艺原理模型如图3所示。采用IDEF建模方法对工艺过程进行建模，如图4所示。

通过工艺过程模型分析，可以确定具体工艺实施过程中有不同环节的各类“约束条件”。由于各类“约束条件”的延续情况不同，研制航空工艺标准应从全局出发，综合考虑各环节，分析“约束条件”在整个工艺实施中的影响，为进一步进行标准化对象分析奠定基础。

图3 工艺原理

2.2 标准化对象分析

标准化（的）对象是“需要标准化的主题”。对于航空工艺标准，其标准化对象主要是工艺实施过程中各项活动及其所涉及的资源。可采用系统工程建模方法对其可能的标准化对象开展分析。将“知识维”具体定义为所需的技术基础，反映关键技术对各项活动影响情况，以确定标准化关键控制点；将“逻辑维”定义为各项活动的判断控制，反映各项活动之间能够继续开展的约束条件；将“时间维”定义为零件加工的生命周期，反映不同阶段的活动内容及其依赖关系。以钛合金零件激光快速成形工艺为例，标准化对象分析结论如图5所示。

通过标准化对象分析，可以从影响工艺实施的主要活动及其使用资源中确定工艺标准化的对象及其关联关系，为进一步明确各标准化对象所对应的标准项目提供依据。

2.3 标准项目分析

图4 工艺过程模型

标准项目是标准化活动的主要载体，集中反映了各个环节的各种要求及相互关系。某一项工艺技术所涉及的标准化对象可能需要在不同的标准中进行规范，应分别针对每一个标准化对象进行分析，从而确定标准的引用关系。工艺标准化对象一般可以分为两个层面，一部分属于工艺施工的基本活动，另一部分属于开展活动的需求资源。这两部分通过各种使能工具相互关联。依据标准化对象的描述，可以确定标准化对象所需标准化的内容，进而提出对应的标准项目。以钛合金零件激光快速成形工艺为例，标准项目分析结论如图6所示。

通过标准项目分析，可以确定各标准化对象所依存的标准属性，如基础标准、产品标准、材料标准、工艺标准、工装标准、检验标准等类别。为进一步确定标准项目之间的引用关系，应分别从“W4——内容范围”、“W5——属性定位”、“W6——发布主体”等因素确定标准的适用范围，并查找可直接遵循国家或行业等相关标准，在标准体系中明确该项标准的位置及其关联关系。

2.4 标准内容分析

航空工艺标准应涵盖工艺实施过程中人员、工装设备、加工对象、工艺方法、环境等要素的技术要求。在航空工艺标准研制时，需要按一定的格式要求确定标准的各项要素具体要求，典型航空工艺标准要素见表1。

“一般要求”是对施工条件约束要求。其中，“材料要求”一般用表格形式描述，包括工艺施工过程中所涉及的工艺辅助材料、零部件等，如润滑、冷却、清洗、溶液、标准件等；“设备要求”一般以列项形式描述，包括设备的性能、操作、维护等；“工装要求”一般用表格形式描述，包括工艺实施过程中所涉及的工具、量具、模具、夹具、刀具等；“环境要求”包括施工场地的温度、湿度、通风、电源、气源、光源以及环境保护措施和安全防护要求等。

表1 典型航空工艺标准要素

图5 标准化对象分析图标

图6 标准项目分析图表

“工艺控制要求”是对施工操作约束要求。其中，“工艺流程”一般按照工艺方法施工程序用工艺流程图形式描述，提出工序安排原则或要求；“施工要求”一般依据工艺流程各个环节，提出实施、操作要求，包括材料、设备的利用，可以针对典型零件加工要求给出详细操作要求。

“质量控制要求”是依据工艺特点提出需要严格控制的操作、重要工艺参数选择、工艺试验要求、质量检验方法等要求。

“人员与安全要求”是针对特殊技术工种提出人员经培训以及其它应注意的安全事项。

为了便于工艺施实施，可以将补充说明性、资料性内容作为附录，如：典型工装结构图、典型工艺参数、典型工艺试验程序等。

3 依据工艺特点设定标准研制流程

标准应“经协商一致制定并由公认机构批准”。因此，标准项目及其技术内容基本确定后，需要应遵循一定的流程开展标准制定。对于航空工艺标准，应在标准制定一般流程中增加“专利披露”、“工艺试验”、“试行试用”3个环节，如图7所示。

“专利披露”、“工艺试验”、“试行试用”等3个环节在工艺标准研制过程中有着重要的作用。“专利披露”内容包括对可能涉及到专利的查询、公布，并与专利持有人进行有效沟通，协商解决。“工艺试验”是进行工艺参数和其他技术指标验证的一种方法，保证标准中所规定的技术要求能够实现。“试行试用”工艺标准制定过程中的必要环节，特别是对新方法新工艺，通过试行试用，用生产实践检验技术指标，为标准修改提供依据，为标准的贯彻实施奠定基础。

在具体工艺标准项目研制时，可以依据技术的成熟度对流程环节进行剪裁。如：减少“草案编写”、“征求意见稿编写”等环节，进入“快速制定程序”。

4 采用“最佳实例法”确定指标范围

在航空工艺标准研制过程中，确定各项标准条款指标范围是十分重要的工作。对成熟工艺技术，经验做法是对现有的工艺实施情况进行统计分析，综合分析成本、周期、质量等给出一个推荐的范围，具体标准实施时可以依据企业的工业基础、技术水平、产品性能、研制需求等方面进行剪裁。对于新工艺、新方法，由于缺乏数据积累，很难用统计分析确定指标范围，应采用“最佳实例法”给定工艺标准中的具体指标，如图8所示。

将航空工艺标准具体指标（如工艺参数）与工艺实施具体环境（如零件特征、环境要求、工装设备及其对应的检验方法、施工效果等）关联在同一表格中，给出不同环境下的指标。当工业基础、技术水平、产品性能、工艺技术、研制需求等方面有所提升时，在“工艺试验”和“试行试用”基础上更新具体指标，以指导工艺实施。

5 采用“影响因素法”开展实施预测

图7 航空工艺标准制定流程

图8 “最佳实例法”图表

图9 航空工艺标准实施影响因素

航空工艺标准研制过程中，还应对标准的实施情况进行预测评估，为标准贯彻做好前期准备工作。影响航空工艺技术标准实施的因素主要有设计需求、经济性要求、工艺技术水平、加工能力水平、专利许可和材料配套等6个方面，如图9所示。这6个因素对标准实施的影响效果各不相同，可采用覆盖面积方法确定实施条件的成熟度。按照满足航空工艺标准实施的程度划分，条件越成熟，所覆盖的区域越多。

“设计需求”反映产品设计中对采用某种工艺方法的需求程度；“经济性要求”反映某种工艺方法实施的运行成本、加工效率等情况；“工艺技术水平”反映某项工艺技术研究和应用的成熟度情况；“加工能力水平”反映具体企业的设备能力、人员技能等情况；“专利许可”反映标准中涉及技术专利的使用权问题；“材料配套”反映指符合工艺技术标准要求的资源工程化问题。

在具体标准项目实施预测时，提出其它的影响因素进行综合分析。通过“影响因素法”分析后，提出具体问题的解决措施，可以为企业贯彻航空工艺标准进行技术改造、能力提升、人员培训、生产准备等提供指导。

6 结束语

随着我国大飞机项目立项，新一代航空产品研制工作开始，新工艺、新方法不断涌现，对航空工艺标准化工作提出了更高的要求。同时，标准的作用已经不再局限于“规范、统一、协调”，而更加重视“引导、支撑、带动”作用。因此，研制具有自主知识产权的航空工艺标准将成为航空工业核心能力建设的重要内容，在新一代航空产品研制过程中发挥重要作用。对航空工艺标准研制方法的研究也将随着航空制造技术的发展以及标准存在形式和服务模式的变化而更加深入。