基于“四化”的标准实施应用探索与实践

包勇 杨蓉 施爱莲

（上海航天电子技术研究所， 上海， 201109）

引言

自20 世纪90 年代开始， 以波音公司为代表的国外先进企业先后搭建飞机构型定义及控制／制造源管理系统 （DCAC／MRM） 和全球协同设计环境（GCE） 等先进的数字化网络信息系统， 采用基于模型定义 （Model Based Definition， MBD） 技术， 实现了百分之百的数字化产品定义， 最终使得其产品波音777 和波音787 的研制周期大幅缩短。其中， 波音777 比波音767 的研制周期缩短近50%， 设计更改和返工率减少一半， 装配时出现的问题数量减少50%～80%。

MBD 技术是产品数字化定义的最新阶段， 它是用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法， 通过三维实体模型、 属性参数和三维注释等图文信息， 详细描述产品形状、 尺寸公差、制造要求、 检验要求等完整设计与制造信息[1]。MBD 技术是将标准量化实施的一个极具代表性的案例， 在国内外先进制造行业已得到充分的认可及关注。

我所是从事电子产品研发、 制造和系统集成的专业技术研究所， 尤其以研制电子单机、 印制电路板组装件等为主。 而电子元器件有着量级大、尺寸小、 分布密、 约束多、 要求细的特点， 面临质量提升难、 工艺保证难、 标准化审查难的局面，亟待研究新型标准实施应用模式， 取代传统的纸面贯标机制， 以满足当前的科研生产实际。

1 “四化” 的含义

目前， 大部分标准展现形式为纯文本， 依靠人的知识、 经验难以达到统一的理解和共识， 存在标准实施方法简单、 手段落后、 监督不力的问题， 标准要求存在横向不一致、 纵向不到底、 执行不到位的情况， 面临审不出、 审不全、 审不快、 审不严的窘境[2]。 为更精准地量化标准的实施， 航天八院提出了标准实施 “四化” 的概念， 分别为 “管理类标准流程化、 操作类标准可视化、 工艺类标准结构化、 技术类标准工具化”，具体含义如下。

1.1 管理类标准流程化

管理类标准是指用于规范产品设计、 生产制造、 问题改进等的指导型标准， 例如GB／T 29076 《航天产品质量问题归零实施要求》、 航天行业标准 《设计文件的编制和管理规定》 等。 而实施此类标准的关键是要将标准条款要求纳入过程管理， 宜使用流程管理类的软件， 将各个管理过程细分为考核节点或审批节点， 以一个或多个流程来牵引管理标准的实施[3-5]。

1.2 操作类标准可视化

操作类标准是指用于规范指导产品生产过程中人为操作环节的标准。 操作过程通过可视化操作规范将一些用语言表达容易产生歧义的内容， 用图片和正反案例直观说明操作方法、 装配要点及产品的合格判据， 便于理解的统一， 操作的规范[6-7]。

1.3 工艺类标准结构化

工艺类标准主要分为工艺基础标准、 工艺技术标准及工艺管理标准[3]。 工艺基础标准是指适用面广的通用性工艺标准， 一般包括： 术语、 符号、代号、 分类编码、 工艺文件等标准。 工艺技术标准是直接涉及产品制造质量的标准， 如工艺材料、 工艺要求、 工艺方法、 工艺参数、 工艺试验、 工艺检验等。 工艺管理标准是对工艺工作程序、 内容、 应达到的要求作出的规定， 如工艺文件管理标准、 工艺准备管理标准等。 本文所涉及需结构化实施的主要为工艺技术类标准， 可将该类标准的工艺要求条款化、 规则化、 数值化， 利用Excel、 产品数据管理（PDM） 系统数据等方式， 对结构化数据进行管理， 以强制实施标准， 提高工艺要求、 工艺方法等的数据传递及落实管控。

1.4 技术类标准工具化

技术类标准是指科研、 设计、 工艺、 检验等技术工作中共同遵守的技术依据， 是目前大量存在的、 具有重要意义和广泛影响的标准。 再将标准中的技术依据、 标准条款刚性嵌入设计软件，开发形成标准强制执行的软件工具。

2 实施“四化” 的思路

a） 特征提取： 将标准化要求刚性嵌入 “二维、 三维” 模型， 规范编制设计图样， 实施 “设计、 审查、 改进” 过程一体化， 构建设计、 工艺、标准化审查动态联动机制。

b） 规则梳理： 利用知识管理方法， 筛选、甄别审查规则， 将标准化规则柔性嵌入模型， 实施 “设计规范性、 工艺可制造性、 产品可加工性” 审查一体化。

c） 数据互联： 以结构化数据为基础， 搭建标准化管理平台， 实施 “设计、 生产、 调试” 监督一体化。

d） 多方协同： 实现多部门协同管理， 多措并举， 提质增效， 所有管理环节完全透明化， 实施 “设计、 管理、 制造” 管控一体化。

3 标准实施“四化” 的实践

3.1 标准 “四化” 实施措施表

开展 “四化” 实施工作， 以开发应用标准实施工具建设为重点的探索与实践， 成功研究开发了标准刚性嵌入科研生产全流程的模板和软件工具， 见表1。

表1 标准 “四化” 实施措施表

3.2 研究开发设计软件接口工具， 确保设计BOM 数据的规范性

针对投产BOM 数据与图纸信息不一致的问题， 对标研究相关电气制图标准， 将图形符号及封装形式等标准化要求， 通过AD 接口进行提前预警， 实现图形符号库、 封装形式库的在线管理。 在集成环境下直接读取PDM 内物料库进行设计， 实施物料库在线管理。 同时， 以标准件、紧固件标准为依据， 建立三维模型库， 通过Creo接口工具对标准件的三维模型实行在线管控。 将标准模板嵌入PDM 系统， 保证设计文件模板的准确性[8-9]。 设计完成后， 通过接口一键式提取BOM 结构、 装配图、 零件图同步至PDM 系统，并发起在线审签与归档。

3.3 实现技术文件编制和管理标准刚性嵌入PDM 系统

按照航天行业标准《航天产品设计文件管理制度》 《航天产品工艺文件管理制度》 等技术文件编制和管理规定， 通过PDM 系统信息化改造， 成功地将技术文件的编号、 模板、 签署、 更改、 偏离等标准化要求， 明细表、 明细栏、 元件表编制的一致性要求， 元器件、 原材料、 紧固件、 所标件的规范化选用等刚性嵌入整个设计工作流程[10]。

3.4 实现基于BPM 的物资编码库、 选用库规范化管控

结合本所物资编码专项整理工作， 根据物资分类规则， 基于BPM 系统建立管控流程， 对各类物资编码的申请、 维护进行标准化审查。 各流程中所涉及的生产厂家、 质量等级、 计量单位等通用属性均源自科研生产管理 （CAMP） 系统字典库。 建立规范、 标准号等的常用字典库， 并指定专人专岗审查维护， 确保后续新增编码的规范性与准确性。 通过BPM 管控流程申请的各类物资， 在完成审查、批准后， 将同步至PDM 系统与CAMP 系统， 供设计、 采购和生产等环节选用， 确保数据的一致性，实现物资信息的结构化数据管理。 同时， 为固化物资管理实践成果， 总结物资信息化建设经验， 将成果、 经验转化为标准， 编制 《物资编码管理要求》系列所标， 进一步规范物资编码管理工作。

3.5 研究建立可视化典型工艺标准， 提高工艺要求的直观理解性

传统的工艺规程难以表达且复杂， 不能起到良好现场指导作用， 针对此问题开展了可视化工艺文件的编制。 通过可视化工艺文件的编制和知识库的梳理， 工艺要求由 “扁平化” 向 “可视化”转变， 以达到提高工艺文件编制效率、 缩短工艺文件编制周期的目的， 也可满足现场操作人员对通用要求的理解， 并统一、 规范操作， 提高产品生产能力和质量保障能力。

3.6 建立标准工序库， 提高工艺文件的编制质量与效率

归纳总结工序实例， 形成标准工序库， 从类型、 专业等多个维度实现对大量复杂工艺知识的层次化与结构化存储， 实现工艺编制从基于经验到基于知识的转变。 编制工艺时， 直接从标准工序库调用， 方便快捷且表述一致。 最终达到工艺设计的可控规范化管理， 保证工艺知识的可继承性， 提高工艺设计质量的目的。

3.7 研究开发DFMA 工具， 提高产品设计工艺性

进一步提高产品设计工艺性， 针对印制电路板、 电缆接线、 层间安全间距、 精密装配可制造性设计及审查的现状和问题， 分别从基础技术、 标准化和产品生产流程优化等方面， 通过数字化应用模式创新， 提升审查的全面性和统一性。 对标分析相关标准， 将设计工艺性审查前提， 提高DFMA 工具的管控水平及审查效率。 以印制电路板为例， 从标准梳理、 调研分析、 经验提炼等多个维度， 深入分析、 技术解读， 形成印制板电路设计及审查规则15 个大类、 250 余项， 研究开发基于规则的DFMA工具， 将其与设计软件深度集成， 便于设计师快速调用， 实现边设计边审查， 提高设计效率和设计质量。 操作界面及相关功能演示如图1 所示。

图1 基于规则的DFMA 工具界面示意图

4 发展前景展望

4.1 加大标准实施工具的开发应用力度

系统总结应用经验， 在动态完善印制电路板、 电缆接线、 层间安全间距、 精密装配可制造性设计及DFMA 工具的基础上， 针对电缆网设计、 天线阵列设计、 装备车辆人机工程等， 继续探索其他适宜进行DFMA 管理的基础专业， 将DFMA 工具系统化、 体系化， 并研究实施将工具软件刚性嵌入PDM 系统及型号产品研制流程。

4.2 实施三维设计标准工具化

三维设计标准的工具化基础是从标准／规范中提炼检查规则。 检查规则实质上是通过对标准条款、 工作经验的整理和提炼， 形成对模型数据质量要求的具体描述和数据指标， 也就是“标准建模”。 检查规则要强调指向具体、 指标可量化、信息结构化， 以便于执行。 通过检查规则， 原本文字化的、 描述性的文字和内容， 可以直接用于软件产品的开发， 实现标准化检查的工具化、 自动化。

4.3 标准件、 外购件的特征化选用

近些年来， 由于元器件、 紧固件等选用不当而造成低层次质量问题频发， 我们通过配置元器件的封装形式， 实现了利用设计软件进行提前预警。 在此经验的基础上， 进一步研究开发标准紧固件的选用工具， 将机械设计准则、 技术制图规范等有效转化为紧固件选用尺寸链， 通过自动验算配置选用合理的紧固件。

4.4 开发基于文件编制规定的文档自动编辑工具

当前航天型号常态化高密度发射、 型号研制生产任务紧迫， 各类型号研制支撑性技术文件的编制量大幅增加， 给型号设计师系统带来 “不是在写报告， 就是在写报告的路上” 的困扰， 严重压缩了设计师做科研、 搞设计、 做验证的时间。亟待研究开发一款基于各类文档编制条款章节的自动编辑工具， 因大部分的技术文件存在很多类似的章节， 可按照各类文档的规定章节配置逻辑引用关系， 类似的内容只需编写一次， 并在输出文档时， 在文档中予以关键重要内容的编写提示， 而这部分内容才应是每份文档的核心。 同时， 配以标准化审查工具予以辅助， 保证自动编辑形成的文档符合标准化要求。

4.5 构建标准实施多媒体应用新模式

探索实施制作动画、 视频等多媒体形式标准， 进一步提升标准实施的可视化程度， 研究方向可先定位于结构设计、 机械装配、 电子装联、软件使用和机装检验等。 目前， 首批试点编制的多媒体形式标准已成功立项， 见表2。 同时， 进一步研究将可视化标准嵌入生产操作环节， 构建基于标准的实时预警机制。

表2 多媒体标准立项清单

4.6 加强标准化与数字化有机融合

以数字化手段持续开展标准实施监督方法、数据的标准化管理和贯标工具应用等研究， 用数字化支撑标准实施监督， 用标准促进数字化管理转型， 进一步加强标准化与数字化的协调发展。

5 小结

研究探索标准实施应用的新模式， 已成为建标、 选标、 用标、 控标的必由之路， 而标准 “四化” 实施是在新机制探索的过程中提出的一种极具操作性且体系化的思路。 新时期的标准实施必须是以创新为思维， 以需求为牵引， 以问题为导向， 持续改进， 迭代提升， 建立更加高效的标准化工作机制， 全力推动标准化与业务深度融合，推进标准强制执行， 保证标准实施精准落地。