淺談工藝標準化與產(chǎn)品可制造性的提升

趙莉 陳政伯 董瓊

（1北京機械設(shè)備研究所，北京，100039；2中國航天科工集團公司第二研究院產(chǎn)品保證部，北京，100854）

文 摘：針對工藝標準化工作在航天產(chǎn)品可制造性中的應(yīng)用實踐進行分析和闡述。將工藝標準化應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計制造過程中，可在產(chǎn)品設(shè)計階段有效提升其可制造性評估的準確性，并提升產(chǎn)品本身的設(shè)計品質(zhì)；在工藝設(shè)計階段可提升模型可制造性的檢查效率，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的快速響應(yīng)。

近年來隨著航天工業(yè)的發(fā)展，航天產(chǎn)品設(shè)計走向了批量化生產(chǎn)，注重 “三化”為采用先進制造技術(shù)提供了基礎(chǔ)?？v觀應(yīng)用于先進制造體系下的產(chǎn)品均具備標準化程度高、可互換性強、機械裝置操作簡便的特點。為實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的快速響應(yīng)，標準化是先進制造體系發(fā)展的必然結(jié)果，是現(xiàn)代化工業(yè)的基礎(chǔ)。

可制造性設(shè)計 （DFM，Design for manufacturability）主要是通過研究產(chǎn)品本身的物理特性與制造系統(tǒng)各部分之間的相互關(guān)系，在進行產(chǎn)品設(shè)計時通過考慮產(chǎn)品制造的要求，使其具有良好的可制造性，以最低的成本、最短的時間和最高的質(zhì)量實現(xiàn)產(chǎn)品的制造。

工藝標準化是根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)特點，運用標準化的手段把產(chǎn)品制造的工藝過程、操作方法及加工的工藝要求等進行統(tǒng)一和規(guī)范，通過提高工藝文件質(zhì)量、縮短工藝文件編制周期、加強工藝科學管理來提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的一系列活動。工藝標準化可以有效促進產(chǎn)品的可制造性設(shè)計提升，是產(chǎn)品脫離手工化生產(chǎn)的必經(jīng)之路。

1 可制造性設(shè)計與工藝標準化相結(jié)合促進航天產(chǎn)品的智能化、自動化生產(chǎn)

在產(chǎn)品設(shè)計階段，產(chǎn)品設(shè)計師通過應(yīng)用可制造性設(shè)計技術(shù)，可以對產(chǎn)品的可制造性進行評估，提升產(chǎn)品本身的可制造性，為后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)的可制造性打下基礎(chǔ)；在工藝設(shè)計階段，工藝師應(yīng)用工藝標準化工作形成的審查規(guī)則對模型的可制造性進行檢查，可以加快工藝審查效率，有效避免產(chǎn)品設(shè)計可制造性缺陷，使得產(chǎn)品能夠以最低的成本、最短的時間和最高的質(zhì)量制造出來，實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的快速響應(yīng)，提高生產(chǎn)效率，打破生產(chǎn)孤島，暢通溝通橋梁，并為在線檢測提供測試基礎(chǔ)。

中國航天科工集團第二研究院各單位在面向批生產(chǎn)、發(fā)展先進制造技術(shù)的同時，結(jié)合新設(shè)備、新工藝、新方法的引進和應(yīng)用，正在逐步加強產(chǎn)品可制造性審查細則方法的應(yīng)用，形成相應(yīng)的標準并定期修訂完善。細則方法在編制過程中注意細分條目并明確量化可測量的指標，將產(chǎn)品可制造性設(shè)計細則條目集成到設(shè)計工藝協(xié)同平臺上，實現(xiàn)工藝審查過程數(shù)字化。工藝師在進行設(shè)計工藝性審查時，對照細則條目逐條確認是否滿足。通過這些可制造性設(shè)計與工藝標準化相結(jié)合的工作促進了產(chǎn)品的標準化、系列化、模塊化設(shè)計，提高了產(chǎn)品設(shè)計的可制造性，實現(xiàn)提質(zhì)降本增效。

隨著生產(chǎn)信息化水平的提高、數(shù)字化生產(chǎn)線的建設(shè)和發(fā)展，自動化和智能化已成為生產(chǎn)能力發(fā)展的必然方向。要實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和智能化，就必須實現(xiàn)制造技術(shù)與信息化的深度融合，開展面向智能化、自動化生產(chǎn)的設(shè)計工藝規(guī)范研究，設(shè)計方法與工藝過程的深度融合是其重要前提。例如：設(shè)計模型的三維標注，設(shè)計模型生成方式與數(shù)控加工設(shè)備加工過程的一致性，EBOM（設(shè)計物料清單）與PBOM （計劃材料清單）的相融性等方面，通過對設(shè)計模型的工藝性進行全面規(guī)范，加強對數(shù)字化設(shè)計模型 （數(shù)字化產(chǎn)品）的全息化 （包括生產(chǎn)、工藝信息）要求，提高設(shè)計與工藝信息轉(zhuǎn)化的效率，以縮短工藝設(shè)計和生產(chǎn)準備的周期。

2 面向智能化、自動化生產(chǎn)的可制造性案例研究

2.1 面向自動彎管機的液壓管路可制造性設(shè)計

依托數(shù)字化和自動化設(shè)備實現(xiàn)液壓系統(tǒng)集成制造，編制液壓部件可制造性設(shè)計規(guī)范，明確液壓產(chǎn)品的可制造性設(shè)計要求，實現(xiàn)液壓產(chǎn)品自動化生產(chǎn)和在線檢測。

在液壓管路設(shè)計過程中，應(yīng)遵循防差錯、簡單路徑優(yōu)先、管路平行優(yōu)先、路徑最短優(yōu)先、同一平面優(yōu)先、拐點最少、設(shè)備邊沿優(yōu)先等原則。并需要綜合考慮整車布局和液壓設(shè)備布局的合理性。在液壓設(shè)備總圖中體現(xiàn)管路布局，并在圖樣中明確各硬管、軟管、接頭、管卡的名稱、代號、位置和數(shù)量。管路布局應(yīng)與液壓設(shè)備管路連接圖等設(shè)計圖樣相符，管路走向應(yīng)盡量一致，避免交叉、重疊，管路零件設(shè)計要考慮運動干涉、結(jié)構(gòu)變形等因素，應(yīng)在管路布局中合理設(shè)置管卡?？偟膩碚f，為提升產(chǎn)品可制造性，液壓管路可制造性設(shè)計規(guī)范主要從硬管和軟管兩方面明確了具體要求。

a）硬管。對硬管設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸、間隔要求和固定方式進行詳細要求。①硬管的彎曲半徑和直線段長度應(yīng)符合QJ 918—1985的要求，并考慮采用數(shù)控彎管機加工，數(shù)控彎管機應(yīng)配置彎管半徑相應(yīng)的彎管模具。②設(shè)計時應(yīng)當考慮到防差錯特性、安裝便捷性、維護便利性，管路的兩端接頭處應(yīng)考慮設(shè)計標識。③管路布局應(yīng)對并列管路、交叉管路的間隔作出規(guī)定，并應(yīng)考慮與相鄰結(jié)構(gòu)和電器線路的分層設(shè)計。④明確管路固定方式和管卡數(shù)量、間距和布局等要求。

b）軟管。對軟管的安裝和布局進行詳細要求。①軟管在安裝后不應(yīng)使其承受機械載荷，尤其是軟管平直連接時，應(yīng)保證軟管有足夠松弛度，彎曲半徑不宜過小。無論在自然狀態(tài)下，還是在運動狀態(tài)中，其彎曲半徑均不能小于軟管制造廠規(guī)定的最小彎曲半徑，通常為軟管外徑的5倍或更大。②軟管的彎曲段應(yīng)遠離軟管接頭處，其最短距離應(yīng)大于其外徑的1．5倍。軟管應(yīng)避免自身重力作用或有阻擋物而造成的在接頭部位急劇、反復彎曲，應(yīng)通過優(yōu)化管路走向，合理選用彎接頭或直接頭，使管路自然彎曲。③運動軟管應(yīng)具有足夠彎曲及運動空間，以保證零部件活動時不會對管路增加應(yīng)力。在使用過程中如不可避免有與硬物接觸或摩擦的部位，應(yīng)增加螺旋保護套、彈簧護套或橡膠保護套等保護措施。④在布局中應(yīng)將高壓軟管和低壓軟管隔離，軟管和硬管隔離。

通過對以上液壓管路可制造性設(shè)計規(guī)范進行標準化，可有效提升液壓管路的設(shè)計和制造規(guī)范性，避免液壓管路彎制失敗，防止液壓管路與車、液壓管路與液壓管路、液壓管路與管卡、液壓管路與管接頭之間的干涉，避免液壓管路與液壓管路連接不上、液壓管路與接頭連接不上的問題，提高了液壓管路的制造和安裝質(zhì)量和效率，并有效提升了液壓管路的可制造性。

2.2 面向地 （艦）面裝備的腐蝕控制可制造性設(shè)計

腐蝕控制作為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的重要工作，應(yīng)納入到裝備海洋大氣環(huán)境的總體設(shè)計中。工藝人員從方案論證階段就應(yīng)充分了解裝備使用環(huán)境需求，包括服役環(huán)境以及可能出現(xiàn)的極限服役環(huán)境等，依據(jù)裝備腐蝕控制設(shè)計規(guī)范規(guī)定的設(shè)計準則、選用規(guī)定、結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定、電氣系統(tǒng)特殊設(shè)計規(guī)定和維修維護設(shè)計要求等，對裝備長期在高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下服役的設(shè)計、使用維護等階段中腐蝕控制設(shè)計過程進行工藝性審查。通過大量的工藝試驗及裝備實際使用反饋來看，材料選用和裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計是提升裝備腐蝕控制可制造性設(shè)計的重要因素。

a）材料選用。明確金屬材料應(yīng)采取適當?shù)谋砻娣雷o措施。除特殊要求外，原則上不允許裸材直接使用。①根據(jù)使用部位綜合考慮材料的強度、疲勞性能、斷裂韌性、耐蝕性、工藝性和經(jīng)濟性等，給出不銹鋼、碳鋼和合金鋼選型推薦。②非金屬材料則應(yīng)考慮材質(zhì)的耐候性，給出工程塑料、橡膠、密封劑、絕緣材料等推薦。③應(yīng)綜合考慮材料的特性、熱處理狀態(tài)、使用條件和部位、結(jié)構(gòu)形狀和公差配合等因素。根據(jù)零件類型、特性、使用環(huán)境條件及壽命選用表面防護涂層，對常用金屬鍍覆層、化學覆蓋層、有機涂覆層的種類、特性和厚度進行推薦并提出結(jié)構(gòu)件前處理要求。

b）裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計。①裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，避免出現(xiàn) “大陰極—小陽極”的腐蝕結(jié)構(gòu)。②要考慮應(yīng)力和環(huán)境的聯(lián)合作用，采取措施避免或減少局部應(yīng)力集中。③電氣產(chǎn)品箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮使用工況選擇密封或者除濕、防凝露和密封設(shè)計。④非密封結(jié)構(gòu)腔體，要通過上排下泄的原則進行防排水設(shè)計，如設(shè)計好導流、排水通道或排水孔等。⑤對于易腐蝕部位，設(shè)計時需留有相應(yīng)的維護和檢查空間，易腐蝕或老化材料零部件應(yīng)便于拆卸、更換。

通過對材料選用和裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計進行標準化，可使長期在高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下服役的地（艦）面裝備通過設(shè)計和制造中，有效規(guī)避電偶腐蝕、密封性不足、排水性不夠、應(yīng)力腐蝕、霉菌腐蝕、高溫氧化等問題，并為產(chǎn)品交付后的維護、防護、修復打下堅實的基礎(chǔ)，為武器裝備的維修和保養(yǎng)提供較強的可操作性和便利性。

2.3 電纜組裝件可制造性設(shè)計

在電纜的設(shè)計中，明確電連接器、導線、電纜及相關(guān)材料的選用原則，按系統(tǒng)工程的要求進行優(yōu)化設(shè)計，盡可能壓縮電連接器、導線、電纜及相關(guān)材料品種、規(guī)格和顏色，減少轉(zhuǎn)接次數(shù)。對電纜組裝件進行匹配性設(shè)計，導線、電纜的芯線應(yīng)與電連接器接觸件焊杯、壓接端子相匹配，電纜束外徑應(yīng)與電連接器尾罩出線口內(nèi)徑相匹配等。線纜布局應(yīng)充分考慮電纜組裝件在產(chǎn)品上的敷設(shè)、安裝、防護與加固所需要合理的線路、位置、空間、距離，應(yīng)保證電連接器插拔所必需的安全空間及安全距離，避免與周圍設(shè)備的干涉，特別是不能形成電連接器插拔盲區(qū)。并根據(jù)使用環(huán)境，對有密封、絕緣、防水、加固等要求的電纜組裝件，提出電連接器灌封要求。明確電纜組裝件可維修性設(shè)計、輕量化設(shè)計、經(jīng)濟化設(shè)計要求。

電纜組裝件可制造性規(guī)范包括電纜組裝件設(shè)計依據(jù)、設(shè)計準則、設(shè)計方法及注意事項。通過對電連接器及尾罩選用，導線與電纜的選擇，電連接器接點分配，電連接器與電纜的匹配設(shè)計，導線束、電纜與電連接器尾罩出線口的匹配設(shè)計，導線、電纜屏蔽處理要求、標識要求，電連接器灌封膠的選用和電纜組裝件防護等方面進行標準化規(guī)范，可有效地減少制造過程中出現(xiàn)的導線、電纜、線芯與焊杯、壓接端子匹配性不夠，線徑與尾罩配合性差，線纜布局的線路、位置、空間、距離不合理，電連接器的操作易干涉，灌封后密封性、絕緣性不足等問題。

3 結(jié)束語

由制造端發(fā)起的可制造性設(shè)計規(guī)范，首先依據(jù)加工能力對產(chǎn)品設(shè)計提出設(shè)計要求和可制造性設(shè)計細則，在此基礎(chǔ)上形成標準細則細分條目并明確量化可測量的指標。在設(shè)計評審時，審查人按照可制造性設(shè)計規(guī)范提供的定制化表格對設(shè)計文件 （如方案報告、技術(shù)設(shè)計報告、圖紙等）進行檢查，逐項打分，量化評價產(chǎn)品的可制造性。同時，可進一步將產(chǎn)品可制造性設(shè)計細則條目應(yīng)集成到設(shè)計工藝協(xié)同平臺上，實現(xiàn)工藝審查過程數(shù)字化。

隨著信息技術(shù)、智能制造技術(shù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革孕育興起，并加速滲透到工業(yè)發(fā)展的各個領(lǐng)域，為適應(yīng)這一新的時代潮流，企業(yè)要在產(chǎn)品可制造性設(shè)計實踐和應(yīng)用過程中繼續(xù)闊步前行，標準化作為一項助推創(chuàng)新發(fā)展、引領(lǐng)時代進步的工作必將發(fā)揮更大的作用。