型號產(chǎn)品總裝工藝量化控制的探索與實(shí)踐

歐春峰 /貴州航天風(fēng)華精密設(shè)備有限公司

隨著我國制造能力的增強(qiáng)，國防軍工也得到了快速發(fā)展，國防工業(yè)的工藝技術(shù)水平得到極大提升，有效促進(jìn)了型號產(chǎn)品的研制生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提高。型號產(chǎn)品總裝方面，雖然在制造業(yè)整體發(fā)展潮流的推動下正在向精益化、自動化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，但由于產(chǎn)量規(guī)模、投資效益、行業(yè)特殊性等因素限制，先進(jìn)制造應(yīng)用于型號產(chǎn)品的總裝還處在探索研究階段，傳統(tǒng)制造模式仍占據(jù)型號產(chǎn)品總裝的主流。

型號產(chǎn)品總裝測試是武器裝備研制生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，總裝工藝對武器裝備的性能及品質(zhì)有重要影響。要提高總裝工藝的可靠性，必須實(shí)現(xiàn)“以定性控制為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙远靠刂茷橹鳌?。型號產(chǎn)品總裝工藝量化控制，既是解決研制生產(chǎn)瓶頸問題的迫切需要，也是實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品總裝測試精益化、數(shù)字化、智能化的必要基礎(chǔ)條件。由于傳統(tǒng)制造模式粗放，主要依靠工人技能、經(jīng)驗及素質(zhì)，總裝工藝的可靠性不高，已成為制約武器裝備研制生產(chǎn)的一大瓶頸。特別是在當(dāng)前多型號并舉、研制生產(chǎn)周期短、質(zhì)量可靠性高等要求下，總裝工藝可靠性問題非常突出，經(jīng)常會因此發(fā)生質(zhì)量問題而歸零?？傃b工藝可靠性不高主要是由于工藝不量化造成的，主要表現(xiàn)為：工藝參數(shù)設(shè)置不足；工藝文件多為定性化描述，指導(dǎo)性不強(qiáng)；操作依據(jù)和檢驗依據(jù)不唯一等。

一、工藝量化控制的內(nèi)涵

工藝量化控制是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程及其質(zhì)量控制的具體化，是將過程控制分解到一定程度或使其能夠數(shù)字化表達(dá)的過程。量化控制是在對型號產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程正確認(rèn)識的基礎(chǔ)上，以滿足設(shè)計指標(biāo)及提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)，提出具體的量化要求、進(jìn)行過程化記錄、開展量化評價分析、形成量化反饋的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，包括需求量化、流程量化、工作要求量化、過程記錄集數(shù)據(jù)管理量化。

工藝量化是指在某一產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的作業(yè)過程，應(yīng)識別出各環(huán)節(jié)量化控制要素，并作出一系列要求，展現(xiàn)在工藝文件或作業(yè)指導(dǎo)書上應(yīng)是定量的參數(shù)、細(xì)分的流程，同時應(yīng)固化且無歧義。量化控制要素是指對產(chǎn)品質(zhì)量有絕對影響，一旦不加以限制、超出工藝裕度范圍，將導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足設(shè)計指標(biāo)或可靠性要求的過程環(huán)節(jié)、參數(shù)等，包括人員控制要素、設(shè)備（工裝、工具）控制要素、原材料控制要素、工藝參數(shù)控制要素和生產(chǎn)環(huán)境控制要素。通過工藝量化控制，確保產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)化、流程化、規(guī)范化，并且可追溯到最小環(huán)節(jié)，工藝可靠性能夠?qū)崿F(xiàn)定量評價。

二、思路及實(shí)施方案

1.總裝工藝現(xiàn)狀及問題

總裝工藝設(shè)計現(xiàn)狀為：制定粗放的工藝路線、作業(yè)流程和工序要求，甚至只為解決“有無”問題。由于基本采用手工作業(yè)形式，設(shè)備、工裝、工具、檢具等大都較為傳統(tǒng)，總裝工藝基本沿襲原有的“工藝技術(shù)+操作技術(shù)”模式，而操作技能對產(chǎn)品質(zhì)量起決定性影響。由于工藝要求粗放，描述模糊，作業(yè)過程隨意性較大，質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性無法保證，在產(chǎn)品復(fù)雜、任務(wù)繁重等情況下，經(jīng)常會出現(xiàn)低層次問題。另外，由于工序不夠細(xì)化，需要的控制參數(shù)沒有充分識別和設(shè)置，檢驗缺乏數(shù)據(jù)，質(zhì)量記錄無法反映出操作細(xì)節(jié)，致使無法進(jìn)行追溯和事后分析。

2.總裝工藝量化的思路

以型號產(chǎn)品為對象，以問題為導(dǎo)向，關(guān)注重點(diǎn)環(huán)節(jié)，基于現(xiàn)有條件對型號總裝全過程開展梳理，從作業(yè)工序中分析總結(jié)量化控制要素，再通過理論分析、專家評審、一線建議、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、頭腦風(fēng)暴等方式研究確定量化控制的指標(biāo)和要求，并通過工藝試驗驗證后完善工藝。

總裝工藝量化主要是實(shí)現(xiàn)總裝作業(yè)過程的量化控制，核心是將傳統(tǒng)的定性化工藝描述轉(zhuǎn)變?yōu)槎炕瘏?shù)表達(dá)。工藝文件除了要規(guī)定“做什么”，還應(yīng)明確“怎么做”，流程要細(xì)化，關(guān)鍵環(huán)節(jié)要設(shè)置參數(shù)控制，質(zhì)量情況應(yīng)通過實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行定量判斷和評價。

3.總裝工藝量化實(shí)施方案

為保證總裝制造過程工藝量化控制要素梳理的準(zhǔn)確性、必要性和具體要求的可指導(dǎo)性，應(yīng)按照以下流程開展相關(guān)工作：

一是總裝工藝符合性復(fù)查及工藝問題梳理分析。一方面，應(yīng)對照設(shè)計文件及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，復(fù)查工藝是否落實(shí)設(shè)計要求，工藝是否能夠保證設(shè)計指標(biāo)及產(chǎn)品功能性能的實(shí)現(xiàn)；另一方面，梳理分析近年因總裝工藝不量化而導(dǎo)致的型號產(chǎn)品質(zhì)量問題。通過復(fù)查和問題梳理，發(fā)現(xiàn)總裝工藝薄弱環(huán)節(jié)。

二是總裝工藝流程及工序梳理。要全面、系統(tǒng)梳理型號產(chǎn)品總裝工藝流程，覆蓋每一工序、工位，清理每一作業(yè)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)設(shè)置情況、細(xì)化程度、工藝風(fēng)險，并征求生產(chǎn)一線的建議和客戶代表的意見。通過工藝流程及工序梳理，發(fā)現(xiàn)工藝存在的不足。

三是總裝工藝量化控制要素梳理。根據(jù)總裝工藝符合性復(fù)查、工藝質(zhì)量問題梳理、工藝流程梳理情況，進(jìn)一步分析總裝工藝存在的薄弱環(huán)節(jié)，識別出工藝風(fēng)險，分析和提煉關(guān)鍵環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)控制、人員控制、設(shè)備與工裝控制、原材料控制、環(huán)境控制及多余物控制等方面的控制要素。

四是制定工藝量化改進(jìn)措施。針對梳理出的量化控制要素，通過理論分析、仿真計算、經(jīng)驗總結(jié)、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等方法，制定具體的量化控制要求。

五是開展工藝實(shí)驗。工藝量化改進(jìn)措施制定后，需要通過實(shí)際產(chǎn)品總裝來進(jìn)行工藝驗證，并進(jìn)一步完善量化控制要求。

六是工藝量化控制措施確認(rèn)并發(fā)布實(shí)施。工藝量化控制措施通過驗證和完善后需要進(jìn)行固化，一般以評審形式進(jìn)行確認(rèn)，并將其落實(shí)到工藝文件或工藝規(guī)范中。

某單位以某型號總裝為對象，以問題為導(dǎo)向，以工藝細(xì)化、量化為目標(biāo)，關(guān)注重點(diǎn)，按照上述流程開展了總裝工藝量化控制要素梳理。表1 為工藝量化控制要素清單示例。

三、典型案例分析

1.設(shè)置必要的工藝參數(shù)

現(xiàn)有的總裝工藝文件大多為定性化描述，除設(shè)計文件提出明確規(guī)定外，其它定量的工藝控制要求非常少，裝配質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性較差，而且質(zhì)量評價也缺乏量化依據(jù)。某單位在型號產(chǎn)品總裝過程中一直存在緊固件安裝、線纜敷設(shè)不量化現(xiàn)象，是工藝量化控制需要重點(diǎn)解決的問題。

緊固件安裝。原有工藝中對大部分緊固件安裝只提了“擰緊”要求，但對擰緊力矩?zé)o明確規(guī)定，使得過擰或欠擰的現(xiàn)象客觀存在。為準(zhǔn)確設(shè)置緊固件擰緊力矩參數(shù)，首先按照規(guī)格、材質(zhì)對緊固件進(jìn)行梳理，并依據(jù)HB6586-1998《螺栓螺紋擰緊力矩》、HB/Z251《螺栓連接擰緊力矩與軸向力的關(guān)系》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對各類緊固件的擰緊力矩進(jìn)行理論計算。

在開展理論分析的同時，對手工擰緊的力矩進(jìn)行檢測和統(tǒng)計，抽取了不同人員安裝的產(chǎn)品，形成了各類緊固件共數(shù)十個統(tǒng)計樣本。通過將理論值與實(shí)測進(jìn)行對比和綜合分析，并在組織審查后最終確定了各類緊固件擰緊力矩參數(shù)。另外，對擰緊工具、擰緊順序等也進(jìn)行了明確。目前，擰緊力矩參數(shù)已在工藝文件中固化，并經(jīng)過多個批次產(chǎn)品驗證。

線纜敷設(shè)。線纜敷設(shè)采用手工方法，敷設(shè)過程因人而異，質(zhì)量一致性差。為實(shí)現(xiàn)線纜敷設(shè)工藝的量化控制，工藝人員依據(jù)設(shè)計圖樣、現(xiàn)場操作實(shí)際重點(diǎn)開展了樣版制作、參數(shù)梳理，對線纜走向、線纜排列方式、卡箍固定位置、端頭預(yù)留長度等工藝要素進(jìn)行細(xì)化、量化，并制作了樣板和圖示化工藝文件（見圖1）。經(jīng)工藝細(xì)化、量化后，線纜敷設(shè)的質(zhì)量一致性和美觀程度得到了極大提升。

2.工裝覆蓋性提升，實(shí)現(xiàn)工藝量化控制

目前，型號產(chǎn)品總裝基本為手工操作，關(guān)鍵部件裝配難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作，存在“盲操作”現(xiàn)象，容易因發(fā)生磕碰、誤操作而損傷價值昂貴的設(shè)備，影響產(chǎn)品功能性能。某型號產(chǎn)品的半柔性電纜安裝、儀器艙設(shè)備安裝曾因手工操作原因而發(fā)生了多個質(zhì)量問題，為此開展了工裝覆蓋性提升，通過配置工裝提高裝配工藝的可靠性。

圖1 線纜敷設(shè)示意圖

半柔性電纜安裝。半柔性電纜主要用于傳輸高頻指令信號，其信號傳輸性能對裝備功能、性能有至關(guān)重要的影響。半柔性電纜安裝于整機(jī)產(chǎn)品上時，會進(jìn)行彎曲操作，原工藝文件對該過程只提出了“電纜彎曲半徑不小于電纜直徑的5 倍”要求，對如何操作和檢驗并未進(jìn)行規(guī)定。手工彎折電纜時經(jīng)常發(fā)生因過度彎曲而損傷電纜的情況，電纜被過度彎折后，其駐波比、衰減會增大，嚴(yán)重影響信號傳輸。

為確保半柔性電纜彎折過程符合規(guī)范，工藝人員對柔性電纜的結(jié)構(gòu)特性及安裝過程進(jìn)行了分析，對工藝進(jìn)行了改進(jìn)：一是對電纜安裝路徑進(jìn)行了優(yōu)化，減少彎折部位；二是增加了彎折操作工裝和檢驗工裝，通過工裝保證半柔性電纜安裝時不會發(fā)生過度彎折，如圖2 所示。

圖2 半柔性電纜彎曲操作和檢驗工裝示意圖

圖3 某設(shè)備安裝定位工裝示意圖

通過2 個工裝配置實(shí)現(xiàn)了操作過程可量化控制、檢驗有依據(jù)且唯一，并在該工序中還增設(shè)了半柔性電纜駐波比、衰減測試的檢驗點(diǎn)，有效避免了半柔性電纜過度彎折的問題，極大提升了該部件裝配質(zhì)量。

儀器艙設(shè)備安裝。為保證儀器設(shè)備安裝過程精準(zhǔn)控制，提高設(shè)備安裝的“一次成功率”，并減少勞動強(qiáng)度、提高效率，工藝人員對設(shè)備安裝操作細(xì)節(jié)、裝配定位、空間尺寸、裝配約束等進(jìn)行了分析，設(shè)計了設(shè)備安裝的定位工裝（見圖3）。

利用工裝進(jìn)行定位，解決了原手工定位的“盲操作”問題，設(shè)備定位過程可精準(zhǔn)控制。其量化控制核心是將裝配對象的相對位置尺寸及精度、裝配操作位移、位置約束等通過工裝設(shè)計保證，需要量化控制的要素已預(yù)置于工裝。

3.基于測試數(shù)據(jù)的過程質(zhì)量分析評價

型號產(chǎn)品總裝過程會進(jìn)行大量的電性能測試，過程中會獲得大量的測試數(shù)據(jù)，可利用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量分析。電性能測試主要環(huán)節(jié)有：設(shè)備裝前測試、設(shè)備裝后測試、儀器艙綜合測試、振動篩選測試、全裝備產(chǎn)品綜合測試等。部分環(huán)節(jié)需要進(jìn)行多次測試，每次測試均會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，一方面可進(jìn)行符合性判斷，另一方面可對關(guān)鍵指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向?qū)Ρ燃熬C合分析，對產(chǎn)品質(zhì)量及性能的穩(wěn)定性和一致性進(jìn)行評價。傳統(tǒng)總裝工藝在電性能測試環(huán)節(jié)只提出了符合性判斷的要求，由于沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，部分潛在的質(zhì)量風(fēng)險、問題、惡化趨勢沒有及時暴露，流轉(zhuǎn)至后續(xù)工序發(fā)現(xiàn)問題后經(jīng)常會導(dǎo)致批次性的反向作業(yè)。表2 為某型號產(chǎn)品接收機(jī)靈敏度指標(biāo)測試值。

表2 某產(chǎn)品接收機(jī)靈敏度測試值（指標(biāo)：100±8dB）

根據(jù)各環(huán)節(jié)接收靈敏度測試值，開展批次一致性分析和單一產(chǎn)品穩(wěn)定性分析。對儀器艙綜合測試數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性分析，可發(fā)現(xiàn)5#產(chǎn)品靈敏度嚴(yán)重偏離均值，對5#產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定性分析后發(fā)現(xiàn)其靈敏度一直呈現(xiàn)下降趨勢，雖仍在指標(biāo)范圍內(nèi)，但已存在超差風(fēng)險，如圖4 所示。若5#產(chǎn)品繼續(xù)流轉(zhuǎn)，在后續(xù)環(huán)節(jié)可能會出現(xiàn)測試不合格，所以應(yīng)及早對5#產(chǎn)品存在異常現(xiàn)象進(jìn)行分析排查，找出原因。

為解決類似問題，對型號產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了梳理分析，并要求在各測試環(huán)節(jié)均要對相關(guān)指標(biāo)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并增設(shè)了均值、變化量、偏離值等量化控制參數(shù)，若在某環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，需要立刻排查原因，避免問題產(chǎn)品向下流轉(zhuǎn)，如在測試工藝中規(guī)定了“接收機(jī)靈敏度測試值相對于出廠測試值的變化量大于4dB 時，應(yīng)查明原因……”。通過基于測試數(shù)據(jù)的過程質(zhì)量分析評價并增加相應(yīng)工藝量化控制要素，極大減少了因故障或潛在風(fēng)險未及時發(fā)現(xiàn)而流轉(zhuǎn)、交付產(chǎn)品的情況，對最終產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性的提高也有極其重要的作用。

圖4 儀器艙綜合測試值的一致性和5#產(chǎn)品靈敏度值變化趨勢

4.以專項活動推進(jìn)總裝工藝量化

為全面系統(tǒng)推進(jìn)總裝工藝量化工作，單位組織開展了“工藝讀卡”活動。由工藝人員、設(shè)計人員、操作人員、檢驗人員及顧客代表等組成小組，在生產(chǎn)現(xiàn)場由工藝人員讀工藝卡片，操作人員及檢驗人員按照“指令”進(jìn)行操作，以此發(fā)現(xiàn)工藝存在問題并征集各方建議，然后由工藝人員綜合分析后對工藝進(jìn)行完善。通過該項活動，發(fā)現(xiàn)了工藝文件低層次錯誤、工藝不細(xì)化量化、工藝流程不合理等問題。經(jīng)過系統(tǒng)性完善后，型號產(chǎn)品總裝工藝指導(dǎo)性進(jìn)一步加強(qiáng)。另外，通過該項活動的開展，既實(shí)現(xiàn)了工藝培訓(xùn)，也增進(jìn)了一線工人的“量化控制”及規(guī)范化意識。

在型號任務(wù)繁重、技術(shù)難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量可靠性要求高的形勢下，依靠人工經(jīng)驗、技能及素質(zhì)的傳統(tǒng)總裝作業(yè)模式已無法滿足要求，需要推行精細(xì)化質(zhì)量管理，而工藝量化是精細(xì)化質(zhì)量管理的重要內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)型號產(chǎn)品精益總裝的基礎(chǔ)和前提。工藝量化是一個持續(xù)改進(jìn)的過程，在對現(xiàn)有工藝進(jìn)行完善的基礎(chǔ)上，還應(yīng)在三維結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計、裝配工藝仿真、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字化裝配、智能總裝等方面開展研究與應(yīng)用，以進(jìn)一步提升型號產(chǎn)品總裝工藝能力和技術(shù)水平。