航空产品设计成熟度驱动的制造工艺审查工作模式构建

摘 要：工艺审查是制造工艺部门参与产品设计的一项重要工作，但当前工艺审查效率低，工作缺乏有效管控。为提高航空产品研制过程中设计制造并行协同的效率，以产品数字化模型设计成熟度为研制时间标尺，融合飞机研制相关制造专业，规划产品设计与制造工艺审查并行矩阵，构建产品设计成熟度驱动的制造工艺审查工作模式。该模式通过飞机设计和制造专业之间并行关系的明确细化来实现工艺审查工作的高效管控。在航空产品研制中采用上述工作模式后，使制造部门的不同专业能够有效、准确地介入并开展工艺审查工作，达到缩短研制时间、提升研制质量、降低研制成本的目标。

关键词：航空产品；设计成熟度；制造专业；工艺审查；工作模式

中图分类号：V260文献标志码：B文章编号：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

航空工业是技术密集型产业，产品研制过程需多专业并行协同以达到缩短研制周期、降低研制成本、提高研制质量的目的。产品设计阶段进行制造工艺审查是研制过程中的重要工作，直接影响产品设计的质量。因此，如何有效实现设计、制造工艺审查并行协同，对于提高航空产品研制效率、降低制造风险和研制成本有着重要的意义。

1 工艺审查

工艺审查通常指基于现有制造资源条件，对产品的各设计属性满足制造约束的程度进行分析［1］，即在并行工作中对零件的可制造性、产品的可装配性等方面进行审查分析，将不利于产品制造和质量保证的因素及早找出，避免或减少设计返工，是有效保证产品制造性、高效性、经济性的有效手段。

随着数字化技术与制造技术深度融合发展，基于模型的数字化定义（MBD）逐步成为航空企业广泛应用的数字化设计方法，MBD 数字化设计模型继而成为产品设计制造过程的唯一依据，贯穿于产品研发、工艺审查、工艺设计、生产制造以及检验等的全过程。

图1所示的MBD设计模型工艺审查过程是产品制造工艺技术人员对模型中设计定义的零件几何尺寸、加工精度、材料、热处理以及其他特殊要求等三维几何结构信息和制造信息进行工艺分析，并向设计部门反馈工艺审查意见，从而提高产品的可制造性。

国内外专家学者在MBD数字化模型工艺自动审查系统［2-5］、可制造性分析评价［6-9］方面开展了大量研究。然而由于国内数字化制造技术发展尚未成熟，自动工艺审查系统适用性有限，目前航空产品MBD设计模型的工艺审查工作仍主要依靠工艺人员凭借个人技术经验来开展。但是，不同工艺人员经验水平不同，工艺审查过程中容易出现效率低、审查不全面等问题。如何降低工艺审查工作对工艺人员经验水平的要求、提高工艺审查效率、规避工艺审查不全面风险已成为工艺审查工作研究的主要内容。

2 产品设计成熟度

国内航空产品设计采用数字化设计与制造并行协同研发模式，在产品设计阶段，制造工艺部门要对零件的可制造性、产品的可装配性等制造要素进行审查。为高效实现产品设计、制造并行协同，设计成熟度控制是关键环节。

成熟度概念提出是为了在工程研制初期识别、控制进入批产阶段的制造风险［10］。产品设计成熟度是从最初产品设计方案研究，经过团队协同设计的中间状态到最终产品设计趋于完善的过程中，对产品数字化模型不同状态时的阶段性评估与量化，用于表达产品相关设计活动和任务被有效执行的程度［11-12］。简单来说，是对产品设计模型的数字化定义完成情况和详细程度进行等级划分［13］，直观反映产品设计具体进展。

航空工业是典型离散性制造业，产品构型复杂、工程更改频繁、涉及专业广［14-15］，成熟度等级应依据企业设计、制造能力和产品复杂程度来合理分级。基于现有航空产品研制流程，确立7个成熟度等级，具体产品成熟度等级划分及成熟度状态定义如表1所示。

产品设计成熟度定义和划分是实现并行协同设计的关键。基于航空产品设计成熟度等级，可实现产品整个研制流程中制造工艺部门介入的准确控制。在产品设计阶段，工艺部门介入后，制造工艺审查工作开展直接影响产品研制周期。因此，由设计成熟度驱动的高效制造工艺审查工作模式的构建对航空制造并行工程研究有着重要的作用。

3 产品设计成熟度驱动的制造工艺审查工作模式

航空产品数字化模型成熟度是制造工艺审查工作并行的基础，在不同成熟度阶段，工艺审查工作内容有所不同。当某一成熟度阶段工艺审查通过时，数字化模型的成熟度等级MM1—MM7提升并进行下一阶段的设计工作，同时开展工艺、工装等并行工作，产品设计成熟度M1—M3驱动的并行工艺审查流程如图2所示。

飞机研制是一项复杂的系统工程，需统筹复材、数控加工、结构装配、特设等多类制造技术专业全程协同参与。在工艺审查工作中，不同专业审查内容大相径庭，且在飞机设计阶段，各制造专业何时介入开展工艺审查依赖于产品数字化模型的成熟度。

为提高现有飞机研制流程中并行工艺审查效率，以产品数字化模型成熟度为时间标尺，策划产品设计成熟度与制造专业工艺审查并行矩阵（表2），制定不同成熟度阶段各制造专业介入工艺审查要求，形成由成熟度驱动的高效工艺审查工作模式。

以国内典型航空企业为例，在飞机设计过程中参与工艺审查主要有工艺总体、冶金、钣金、数控加工、复材制造、结构装配、特设等10个专业。表2中，○表示在产品设计某个成熟度阶段参与工艺审查的制造专业；●表示重点开展工艺审查工作的制造专业。

在航空产品设计成熟度驱动的制造工艺审查工作模式中，明确飞机研制专业参与工艺审查工作的成熟度阶段，但目前工艺审查工作主要依赖于工艺人员技术经验，工艺审查质量、效率无法得到保证，直接影响航空产品设计与制造并行协同效率。

因此，为降低工艺审查工作对工艺人员经验水平的要求，提高各制造专业工艺审查的效率，基于航空企业工艺审查专家积累的经验知识，形成产品工艺审查专家知识库，用于支持不同专业在不同成熟度阶段高效开展工艺审查工作（图3）。参考表2，以结构装配专业为例简单说明在MM6成熟度阶段开展详细工艺审查的内容如表3所示。

在航空产品设计并行工艺审查流程中融入飞机制造专业、工艺审查专家的知识，明确细化不同成熟度阶段不同制造专业工艺的审查工作，时间标尺清晰，审查内容具体，降低审查工作对工艺人员经验水平的要求，提高并行工艺审查的质量和效率，同时有效地支撑产品设计成熟度升级转段，加快推进航空产品的研制进程。

4 结语

工艺审查是产品设计与制造工艺衔接的桥梁，对航空产品研制有着至关重要的作用。通过将产品数字化模型设计成熟度和飞机制造专业工艺审查的深度融合，规划产品设计与制造工艺审查并行矩阵，以航空企业积累的各制造专业工艺审查专家知识为支撑，构建由产品设计成熟度驱动的高效工艺审查工作模式，规避当前工艺审查不全面、工作效率低等缺点，降低工艺审查对工艺人员的经验要求。通过在某型号研制过程的应用发现，不同制造专业能够有效、准确地介入并开展工艺审查工作，实现了设计、制造工艺审查并行协同，在提高航空产品研制效率、降低制造风险和研制成本方面取得了一定成效。

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