航天產(chǎn)品精益并行制造方案探討

李曙光

現(xiàn)代管理

航天產(chǎn)品精益并行制造方案探討

李曙光

（首都航天機械有限公司,北京 100076）

針對航天運載器高可靠、制造高質(zhì)量及高效率的要求，結合相關結構產(chǎn)品研制認知，基于現(xiàn)代制造工程精益制造、并行工程思想并不拘泥于其形式，對產(chǎn)品精益并行制造方案內(nèi)涵進行了分析，并圍繞產(chǎn)品研制總體工藝要求、材料工藝、關鍵產(chǎn)品工藝、專用工藝裝備、可制造性、產(chǎn)品檢測、工藝規(guī)范化與標準化等主要要求進行了探討，有助于面向不同特點產(chǎn)品,系統(tǒng)權衡研究制定適宜的產(chǎn)品制造方案。

產(chǎn)品制造方案；精益制造；并行工程

1 引言

航天產(chǎn)品制造基于產(chǎn)品性能、功能、使用環(huán)境、可靠性等設計要求，交付周期、成本等約束，系統(tǒng)權衡制定產(chǎn)品制造方案，確定可行制造技術路線并實施。

在產(chǎn)品全生命周期期內(nèi)，產(chǎn)品設計階段實際發(fā)生費用為產(chǎn)品總成本5%，但決定了產(chǎn)品總成本70%[1]，前期設計階段產(chǎn)品設計方案對后續(xù)產(chǎn)品主要制造路徑、成本有重要影響。產(chǎn)品設計方案本質(zhì)上包含了產(chǎn)品制造方案，產(chǎn)品關鍵制造技術如沒有突破就難以確定產(chǎn)品設計方案。先進航天運載產(chǎn)品由于其技術復雜性，需多專業(yè)協(xié)同參加產(chǎn)品設計，制造技術是其中重要方面。制造技術本身包含新材料工藝、傳統(tǒng)及非傳統(tǒng)多種制造技術。在產(chǎn)品設計方案研究確定階段同步開展可行制造方案研究實施，為產(chǎn)品設計方案確定提供支撐。

2 產(chǎn)品精益并行制造方案內(nèi)涵

產(chǎn)品制造方案應使產(chǎn)品每一制造過程產(chǎn)生 “產(chǎn)品價值”增值。這里“產(chǎn)品價值”是指有利于保證產(chǎn)品指標性能、功能可靠、制造過程質(zhì)量控制穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率等。產(chǎn)品制造方案應“精益”，防止生產(chǎn)過程由于各種原因引的制造“浪費”。

產(chǎn)品制造方案應是可行可靠可高效實施的。產(chǎn)品研制階段是新產(chǎn)品概念設計、產(chǎn)品要求、設計方案、制造方案、關鍵結構方案等交替萌生與確定階段。產(chǎn)品制造方案與設計方案并行迭代并不斷完善（見圖1），制造方案包含的產(chǎn)品制造技術路線本質(zhì)包含于產(chǎn)品設計方案中。按照并行工程產(chǎn)品開發(fā)思想，設計與制造均要面向產(chǎn)品功能可靠實現(xiàn)，即設計與制造共同面向產(chǎn)品（Design and manufacturing for product, DMFP）。產(chǎn)品設計影響到產(chǎn)品從坯料開始的全制造生產(chǎn)流程及制造難度，設計面向制造（Design for manufacturing, DFM）即在最初設計中考慮可制造，消除臨界狀態(tài)制造工藝能力、材料工藝特性等帶來生產(chǎn)不穩(wěn)定。制造要實現(xiàn)產(chǎn)品性能及功能可靠（Manufacturing for Design, MFD）。在一些情形下，即使符合圖紙及技術文件要求，仍存在產(chǎn)品功能達不到或不穩(wěn)定，說明設計制造存在不完善，設計制造需圍繞產(chǎn)品功能要求改進提高，消除影響產(chǎn)品功能不可靠內(nèi)在因素。

圖1 產(chǎn)品并行設計制造

“三結合”強調(diào)實事求是，充分開展技術交底和討論，提前交叉制造準備，同并行工程的高效研制及精益制造倡導消除研制中的無價值低效浪費等不謀而合。產(chǎn)品精益并行制造方案是汲取先進工程管理思想，圍繞產(chǎn)品全生命周期研制任務需求，系統(tǒng)權衡產(chǎn)品研制性能、功能、結構制造關鍵、裝配互換協(xié)調(diào)、研制進度與質(zhì)量可控、成本等約束制定的制造技術對策集合，參見式（1）。

產(chǎn)品制造方案={產(chǎn)品研制總體工藝要求，材料工藝，關鍵產(chǎn)品工藝，關鍵專用工藝裝備，可制造性，檢測技術，標準化與規(guī)范化……} （1）

3 產(chǎn)品制造方案的主要要求

3.1 總體工藝要求

總體工藝要求是研制生產(chǎn)思路和總協(xié)調(diào)要求，基于設計工藝有效協(xié)同，結合現(xiàn)有制造資源優(yōu)勢，系統(tǒng)權衡產(chǎn)品制造技術路線，控制關鍵產(chǎn)品可能研制風險，交叉并行、又快又好地實現(xiàn)產(chǎn)品研制，主要如：

圍繞產(chǎn)品研制目標，制定交叉并行、簡潔可行的產(chǎn)品制造技術路線、制造流程。

分析確定并優(yōu)先進行關鍵產(chǎn)品研制材料工藝試驗項目，以消除影響正式產(chǎn)品生產(chǎn)的桎梏。

優(yōu)先開展關鍵工藝裝備研制。其不同于一般的專用工裝，對關鍵產(chǎn)品研制技術驗證、產(chǎn)品研制進程有著重要影響。

產(chǎn)品研制協(xié)調(diào)中“軟”、“硬”的兩個重要方面是：工藝方法之間的技術狀態(tài)協(xié)調(diào)、不同零部件之間的配合連接裝配協(xié)調(diào)。

制造工藝設計須是可靠的，產(chǎn)品設計、制造工藝均要保證產(chǎn)品可靠功能，分析識別消除影響產(chǎn)品功能可靠的不確定材料特性、制造工藝因素。

3.2 材料工藝

材料工藝是材料冶金與熱加工工藝的密切結合，是適于金屬結構應用功能可靠的重要基礎。

金屬材料工藝選擇應進行環(huán)境適應性分析和必要驗證。并非所有鋁合金都適合液氫環(huán)境的結構件；一些金屬或非金屬高壓液氧環(huán)境下會帶來爆燃風險；不銹鋼及鋁合金異種金屬之間軟釬焊連接難以適應液氫液氧極低溫高動態(tài)沖擊壓力環(huán)境。超低溫非金屬特種密封涂層不同廠家材料特性差異對密封涂層工藝質(zhì)量有一定影響，影響密封穩(wěn)定性?？芍貜褪褂蔑w行器要求輕質(zhì)結構材料抗疲勞性能優(yōu)，2219高強鋁合金雜質(zhì)Si、Fe含量很低，可降低高應力下微硬質(zhì)材料組織結構產(chǎn)生的裂紋源，提高材料韌性[2]，較2A14高強鋁合金結構應用更為可靠。

一些高溫合金最高使用溫度超過1000℃。高性能高溫合金具有常溫、高溫強度高，耐蝕性優(yōu)，可用于高強耐熱耐蝕結構及高要求緊固件。鈦合金熱成形、超塑成形/擴散連接技術的快速發(fā)展，降低了制造難度，可用于高性能耐熱減重結構。激光選區(qū)SLM增材制造對于中小尺寸復雜薄壁結構高溫合金、鈦合金等難加工材料產(chǎn)品整體制造具有技術優(yōu)勢，材料力學性能超過鑄件，與鍛件相近。如美國SLS火箭J-2X氫氧發(fā)動機燃氣發(fā)生器噴注器研制中采用了SLM成形，將傳統(tǒng)噴嘴加工、釬焊、焊接等工藝合并為一次整體成形[3]。

鑄造、鍛造、增材制造、成形、焊接、釬焊、熱處理等熱加工工藝過程決定或影響產(chǎn)品金屬結構力學性能，需進行材料化學成分、材料組織、熱處理狀態(tài)、缺陷等控制。電解加工存在電解晶間腐蝕表面層、電火花加工有放電熔鑄層，與機械加工表面完整性呈現(xiàn)不同特征。高性能鋁合金、鎂合金鍛件組織性能控制要提前至鑄態(tài)坯料及開坯工藝等過程。大型復雜鋁合金鑄件凝固組織差異、孔洞及疏松等內(nèi)部缺陷、熱處理參數(shù)波動等會引起力學性能差異，高性能結構需優(yōu)化鑄造工藝設計，精確控制金屬溶化、凝固、熱處理等熱過程。高強鋁合金預拉伸板材性能優(yōu)，但厚度方向韌性相對低，應用中要注意板材不同方向強韌性差異影響。材料有多種材料特性，實際應用不可能對每種材料特性都進行檢測，不同熱處理制度對材料組織影響較大，材料強度、韌性等特性往往存在很大不同，應明確結構需要的重要材料特性。熱處理參數(shù)應處于優(yōu)化工藝窗口內(nèi)，加熱爐溫控均勻性、熱處理過程溫度等應精確控制，微觀組織決定材料性能，但其又受過程操作影響，要防止熱過程波動超出預定的范圍引起材料性能不良。

新材料選擇與產(chǎn)品性能、功能、進度等研制要求有關，競爭快響應要求高的產(chǎn)品需選擇成熟材料。先進液體火箭發(fā)動機等由于耐高低溫、高壓、耐磨等特殊要求，高性能高溫合金、鈦合金、銅合金、彈性合金、熱防護涂層、耐磨密封涂層、潤滑材料、釬焊合金等的不斷開發(fā)非常必要。運載器箭體結構輕質(zhì)化強韌可靠需高性能鋁合金、鋁鋰合金、鎂合金等材料工藝的不斷發(fā)展。高性能稀土鎂變形合金通過成分優(yōu)化，鑄坯、鍛造、熱處理過程組織控制可實現(xiàn)大尺寸結構本體強度350MPa以上，延伸率5%以上， 150℃以下力學性能沒有明顯降低，通過表面微弧氧化等涂層防護，鹽霧腐蝕試驗時間可達1000h以上。

新材料結構工藝需充分試驗驗證不同爐批次產(chǎn)品材料組織性能的穩(wěn)定性，進行冶金與材料成形等相關化學成分、微觀組織、力學性能等大量探邊摸底研究和數(shù)據(jù)積累分析評價，發(fā)現(xiàn)組織性能調(diào)控機制，確定較優(yōu)的生產(chǎn)工藝邊界條件，形成材料驗收及工藝標準規(guī)范，防止不同材料爐批次生產(chǎn)過程差異影響產(chǎn)品材料性能。

3.3 關鍵產(chǎn)品工藝

產(chǎn)品制造一種是應用已有成熟技術，繼承既有工程經(jīng)驗知識，開展產(chǎn)品詳細工藝設計與組織實施，不需要做過多的工藝試驗探索驗證，有利于生產(chǎn)的快速組織，減少產(chǎn)品研制成本；另一種是需研究突破關鍵工藝技術，以新產(chǎn)品研制為牽引，研究先進適用制造技術。關鍵產(chǎn)品工藝與產(chǎn)品功能創(chuàng)新度、結構先進性與復雜性等有關，受這些因素約束，參見式（2）。先進新產(chǎn)品往往包含有材料結構制造創(chuàng)新技術挑戰(zhàn)，有效解決可有利于提升掌握產(chǎn)品核心制造能力，促進產(chǎn)品后續(xù)研制順暢。關鍵產(chǎn)品工藝在產(chǎn)品研制早期識別，分析研究可行適合的技術路線，提前開展模擬件等驗證試驗，防止技術不確定性對產(chǎn)品設計方案的影響。這也表明設計方案研究制定時就要并行開展產(chǎn)品制造方案“論”、“做”結合工作，“論”是為了制造方法的科學分析優(yōu)化選擇；“做”是及早驗證關鍵制造工藝切實可行。產(chǎn)品系統(tǒng)復雜重要性越高，這方面工作就越必要，是并行工程設計制造的協(xié)同要點，研究突破關鍵產(chǎn)品工藝也是制造方案的重點內(nèi)容。

關鍵產(chǎn)品工藝=F（產(chǎn)品功能要求，結構復雜性，使用環(huán)境，新材料工藝……） （2）

每種制造工藝技術都有其優(yōu)勢及局限，先進產(chǎn)品往往依靠先進制造技術組合應用優(yōu)勢：“巧”——避免結構復雜、制造工藝繁雜；“新”——方法創(chuàng)新破解傳統(tǒng)或單一制造工藝局限；“防”——防止不可靠材料工藝因素引起的產(chǎn)品隱患。多專業(yè)多維度綜合技術分析確定關鍵制造技術路線，優(yōu)化產(chǎn)品結構及研制工藝，控制質(zhì)量風險。

關鍵工藝技術路徑的選擇與已有的技術基礎、研制經(jīng)驗有關。一方面研究應用拓展具有較完備的工藝規(guī)范、技術標準、制造資源能力的先進適用成熟制造方法。另一方面，提前進行先進產(chǎn)品制造技術發(fā)展預測，提前研究發(fā)展技術經(jīng)濟性好的工藝技術。新產(chǎn)品開發(fā)并行工程也包含提前進行技術準備、重點技術研究開發(fā)內(nèi)容。液體發(fā)動機高低溫高壓部件等先進焊接結構實現(xiàn)要綜合考慮焊接材料、焊接組織性能、零件成形加工精度、焊前準備、焊接裝配裝備、零件熱處理狀態(tài)、焊接工藝、焊接應力和變形等方面。歐、美、日氫氧火箭發(fā)動機推力室身部以往主要為電鑄+銅內(nèi)壁結構，身部銅合金內(nèi)壁為整體，外部電鑄成形后直接加工，內(nèi)外壁連接結構較為簡化。但電鑄身部外壁成型耗時長，質(zhì)量控制環(huán)節(jié)多，防止內(nèi)外壁電鑄連接結合力波動。俄羅斯的液體火箭發(fā)動機推力室主要為銅合金內(nèi)壁銑槽+鋼外壁分段擴散釬焊再分段焊接連接，該工藝優(yōu)點是擴散連接界面連接強度高，結構強壯性好，批產(chǎn)效率高，但需要特殊擴散釬焊材料、擴散釬焊工藝及裝備等。美國RS-68氫氧發(fā)動機地面推力300t[4，5]，引進吸取了前蘇聯(lián)RD-180液氧煤油發(fā)動機推力室身部擴散釬焊工藝，進行了推力室、噴管等為應用對象的大量擴散釬焊技術試驗研究，開發(fā)了整體銅合金內(nèi)壁擴散釬焊推力室新方案，銅合金內(nèi)壁為整體結構，簡化了結構工藝，提高推力室擴散釬焊裝配效率及銅內(nèi)壁結構可靠性，由于喉部擴散釬焊結構需要增加內(nèi)支撐結構，推力室重量稍有增加。RS-68發(fā)動機渦輪轉(zhuǎn)子為不帶冠整體高溫合金結構，采用了電解加工整體葉片成形，屬于傳統(tǒng)特種加工工藝，但相比電火花整體渦輪盤葉片成形效率顯著提高。該發(fā)動機系統(tǒng)設計采用了燃氣發(fā)生器系統(tǒng)循環(huán)，相比航天飛機主發(fā)動機高壓補燃循環(huán)系統(tǒng)，降低了泵后、推力室等關鍵組件的工作壓力，降低了對材料工藝的高可靠要求。

美國SpaceX公司獵鷹9火箭鋁鋰合金貯箱采用了全攪拌摩擦焊接[6，7]，研發(fā)了蒙皮與加強結構高效可靠連接等一系列攪拌摩擦焊接工藝及裝備，發(fā)揮了鋁鋰合金的高比強度比剛度的材料優(yōu)勢，避開鋁鋰合金常規(guī)溶焊焊接性差的不足。低成本是獵鷹9火箭研制的重要目標，設計制造方案系統(tǒng)考慮降低了火箭發(fā)射運行總成本，沒有單純依靠降低材料制造成本，鋁鋰合金雖昂貴，但箭體結構可設計得更為強壯，達到了載人火箭結構可靠性指標要求；火箭發(fā)射回收重復使用；采用推力適中發(fā)動機多機并聯(lián)、冗余備份提高動力系統(tǒng)可靠性；使每臺發(fā)動機結構制造強壯可靠，降低了重復使用后發(fā)動機分解檢修的繁雜工作；箭體貯箱、發(fā)動機零部件品種減少，采用精益化制造流程批產(chǎn)工藝提高生產(chǎn)效率。

運載火箭鋁合金貯箱過渡環(huán)有擠壓件彎曲成形焊接、環(huán)軋鍛造等制造方式。9m級2219鋁合金超大直徑過渡環(huán)如果采用鍛件環(huán)軋方案，除需要大型成形熱處理設備外，大尺寸鑄錠組織控制均勻性、環(huán)軋鍛造組織性能調(diào)控難度大，尤其要分析評價過渡環(huán)材料組織對焊縫組織性能可能影響。采用擠壓型材退火態(tài)（或固溶態(tài)）彎曲成形、固溶處理、攪拌焊接連接、時效熱處理路徑，通過優(yōu)化焊接結構受力更易于成形、焊接，所制造的框環(huán)材料組織性能可控、可預測，有利于貯箱焊接可靠性設計。采用攪拌摩擦焊接連接比以往實際采用的電弧熔焊可顯著提高焊接效率及焊縫質(zhì)量。

運載器鋁合金艙體結構有鈑金成形焊接裝配、鉚接裝配、整體鑄造加工、整體鍛件環(huán)軋加工、旋壓成形加工等多種方式，方案選擇與結構材料性能要求、幾何形狀、尺寸精度等有關。鈑金成形組合焊接裝配加工制造資源分散，制造成本低，需要解決成形精度、焊接變形和焊縫質(zhì)量控制等問題。筒形艙體采用環(huán)軋鍛件加工整體結構性能高，但隨著艙段高度及直徑增大，鑄錠鍛件組織控制、鍛件內(nèi)應力控制等難度增加，引起材料組織性能波動、加工變形等問題。整體鑄造加工生產(chǎn)準備效率高、制造成本低，但對于內(nèi)表面不加工艙體重量等設計指標需要合理確定，主要鑄件長時間高溫固溶熱處理熱蠕變形，尤其是淬火冷卻時劇烈溫度場變化引起鑄件內(nèi)應力及較大變形使得最終產(chǎn)品壁厚及重量控制困難。鈑金成形、鉚接裝配可分散零件制造，解決好零件成形精度及裝配變形控制，可提高制造效率，生產(chǎn)節(jié)奏可控。旋壓成形可實現(xiàn)圓柱形、錐形、封頭等薄壁結構高性能整體近凈成形，2219鋁合金可熱處理變形強化，對淬火后等待時效處理時間不敏感，便于淬火后旋壓操作，淬火后冷旋校形T8狀態(tài)比鍛件T6狀態(tài)力學性能更高，并通過校形變形均勻化淬火時引起的殘余應力。

在產(chǎn)品開發(fā)初期識別關鍵產(chǎn)品工藝并開展研究和試驗驗證，改進提高穩(wěn)定工藝，使設計制造方案可行、產(chǎn)品可靠、生產(chǎn)效率可接受。

3.4 專用工藝裝備

工具水平是生產(chǎn)力進步的重要或主要標志，先進產(chǎn)品制造技術離不開先進制造裝備。專用工藝裝備主要針對產(chǎn)品結構及工藝方法要求專門設計制造，是產(chǎn)品獨特制造技術的重要組成部分且不可或缺。零件加工、成形等主要采用通用機床、壓力機等設備，但還是需要夾具、成形模具等工裝。焊接、鉚接需要專用工裝用于產(chǎn)品裝配定位精度及變形控制。產(chǎn)品精度越高越復雜,對工裝精度等要求越高。部組件需要性能裝調(diào)測試及功能考核試驗?？傃b階段產(chǎn)品價值高，總裝工藝裝備應安全可靠，符合人機工程要求，防止質(zhì)量及安全隱患發(fā)生。

在產(chǎn)品研制初期，一方面力求減少新制工裝，縮短研制生產(chǎn)準備時間，如毛坯狀態(tài)便于裝夾，使用模塊化組合夾具等；另一方面根據(jù)產(chǎn)品關鍵產(chǎn)品工藝技術路線，及早分析識別需研制準備關鍵重點專用工藝裝備，同步并行研究確定關鍵工藝裝備結構方案，進行加工裝配工藝研究，確定適宜的裝配定位精度，明確零件加工成型精度要求，提高裝配一致性，減少裝配調(diào)整準備時間。關鍵重點專用工藝裝備較一般工裝往往更為復雜，設計制造上存在一定技術挑戰(zhàn)，直接影響關鍵產(chǎn)品工藝突破等工程標志性進展。

在產(chǎn)品批量產(chǎn)階段，質(zhì)量穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、交付周期是優(yōu)先解決項。提高產(chǎn)品工藝規(guī)范化、標準化水平，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)量、交付周期配備必要工裝及檢測量具以有效控制生產(chǎn)節(jié)奏、質(zhì)量穩(wěn)定性、產(chǎn)品裝配協(xié)調(diào)互換性。零件品種多、數(shù)量多，研究建立多品種小批量零件加工柔性加工單元，按零件類別優(yōu)化工藝流程，將多品種研制轉(zhuǎn)變?yōu)榕a(chǎn)流水生產(chǎn)作業(yè)特征，提高工藝文件、刀具準備等規(guī)范化標準化程度，開發(fā)不同工序間精確定位裝卡快速轉(zhuǎn)換工裝，提升同類不同規(guī)格零件的柔性生產(chǎn)效率及質(zhì)量穩(wěn)定水平。

機器人數(shù)控執(zhí)行機構已較廣泛應用于自動化焊接、鉚接等工藝裝備；焊接裝夾快捷，精密裝配滿足自動焊接接頭對接間隙、錯縫等焊前裝配要求；應用反變形等控制焊接變形；一個自動化專機，多裝配工位，適應復雜結構裝配柔性自動化焊接、鉚接等裝配過程節(jié)奏；加工裝配過程進行關聯(lián)工藝要素自動檢測及自適應過程控制。關鍵航天產(chǎn)品工藝裝備已從傳統(tǒng)專用工裝向精密、數(shù)控、柔性自動化、智能化方向發(fā)展，一些已發(fā)展成為高檔數(shù)控機床裝備，提高了產(chǎn)品性能及制造效能。

3.5 可制造性

產(chǎn)品設計具有可制造性，易于生產(chǎn)高效、過程質(zhì)量穩(wěn)定。不同材料具有不同材料特性，可成形性、加工性和焊接性不同；零件越復雜、精度高，加工、成形等制造難度及成本增大。在滿足產(chǎn)品功能使用要求情形下，選用加工成形性優(yōu)的材料。簡化結構，合理確定尺寸精度與表面加工質(zhì)量等要求。最大程度使用標準件、借用件；產(chǎn)品孔系、螺紋、銑加工圓角等幾何特征標準化，減少專用刀具品種數(shù)量，減少研制生產(chǎn)準備時間。一方面在產(chǎn)品并行設計階段設計與工藝充分溝通，另一方面將以往產(chǎn)品成熟研制經(jīng)驗知識資源化，制定設計及工藝規(guī)范、可制造性指南，促進產(chǎn)品設計、工藝設計規(guī)范化標準化。

滿足產(chǎn)品性能要求，功能可靠是可制造性的前提?？芍圃煨圆粌H僅是為了方便制造，還應包含消除對產(chǎn)品功能產(chǎn)生隱患的結構、材料、工藝不可靠的因素。如小圓角半徑應力集中引起結構開裂。高溫合金電解加工表面晶界處產(chǎn)生腐蝕層對產(chǎn)品疲勞性能有一定影響，應進行表面光整處理。即使是精密焊接也存在一定變形，精密運動副應用要防止微小變形對運動靈活性影響。產(chǎn)品材料常溫、高溫組織性能雖符合標準但有一定范圍，不同冶煉水平、爐批存在波動，一些材料不同方向組織性能也存在差異，即使經(jīng)過了強度試驗、發(fā)動機試車等試驗考核，不表明這些試驗驗證真正充分，需具體分析。材料組織存在一定差異，在焊接后會有不同表現(xiàn)，需試驗評定防止原材料組織不均勻性對焊接結構可靠影響。

對于要求高的產(chǎn)品設計特性，需工藝改進提升制造能力，最終實現(xiàn)生產(chǎn)過程穩(wěn)定。在產(chǎn)品研制過程雖有一定超差，但一直處于有效監(jiān)控，經(jīng)過改進后可提高產(chǎn)品性能與可靠性。而一些要求寬松檢測不明確的結構，如沒有考慮到實際使用中對產(chǎn)品功能的影響，可能引起失效故障。符合設計圖紙技術條件是制造的基本要求，不是制造的目的，設計、制造共同目的要能保證產(chǎn)品性能及功能可靠，在此基礎上完善設計工藝。

可制造性包括應用經(jīng)過實際驗證可靠成熟的材料及狀態(tài)、工藝方法、結構方案，減少研制試驗，制定設計規(guī)范、工藝規(guī)范等將日?？芍圃煨怨ぷ鳂藴驶?。另外，針對研制需求，研究改進提高現(xiàn)有制造技術，將不可制造變?yōu)榭芍圃?、易制造，提高產(chǎn)品性能、功能與可靠性。

3.6 產(chǎn)品檢測

產(chǎn)品質(zhì)量是制造出來的，是否滿足技術要求須通過檢測，二者都是產(chǎn)品制造過程的環(huán)節(jié)。產(chǎn)品檢測包括判定產(chǎn)品是否合格，進行影響產(chǎn)品質(zhì)量過程要素監(jiān)測，檢查驗收不交付、不使用不合格品。產(chǎn)品發(fā)生故障、失效往往存在產(chǎn)品檢測要求不明確。金屬結構件產(chǎn)品的檢測主要包括表面質(zhì)量、尺寸精度等產(chǎn)品外部特征檢測；涉及產(chǎn)品材料組織、缺陷、力學性能等內(nèi)部質(zhì)量分析檢測；是否有多余物的潔凈度檢測；零部組件至產(chǎn)品總裝性能試驗考核測試等。

產(chǎn)品本身也存在質(zhì)量控制問題，即測量方法正確，有效檢測判定產(chǎn)品質(zhì)量。檢測不完全是為了得出產(chǎn)品設計要求的某項數(shù)值，如采用專用量規(guī)、檢驗樣板等檢測器具，可快速判定批產(chǎn)加工件是否合格。

即使是難以檢測，也不應輕易放棄對有效檢測方法的探索。如發(fā)動機葉輪復雜空間曲面結構采用數(shù)控加工量化檢測困難，采用檢驗樣板檢測可驗證數(shù)控程序正確性防止質(zhì)量問題發(fā)生。一些焊接結構X光不能完全透照檢測出內(nèi)部缺陷，但即使是檢測出焊縫的部分區(qū)域也很有意義，通過結合產(chǎn)品過程控制能夠判明產(chǎn)品質(zhì)量是否可靠。應用不同無損檢測技術優(yōu)勢，針對性檢測產(chǎn)品內(nèi)部可能制造缺陷是否在限定范圍內(nèi)。

產(chǎn)品設計之初如能避免不可檢測結構有利于制造質(zhì)量控制。對于高性能產(chǎn)品由于結構重量、空間尺寸限制，存在不能全部直接檢測情形，需要權衡利弊取舍。通過制定過程工藝措施、工藝試驗、工藝評定、過程要素監(jiān)測檢測、考核等使交付的產(chǎn)品可靠。

3.7 工藝規(guī)范化與標準化

工藝標準化與規(guī)范化是產(chǎn)品制造質(zhì)量穩(wěn)定的重要基礎。結構設計、制造工藝、產(chǎn)品檢測等根據(jù)產(chǎn)品使用功能要求選用、執(zhí)行有關技術標準。已有標準也會受一定時期工藝條件的局限，存在已有工藝方法不可靠、不適用的情形。超出現(xiàn)有制造標準要求，需開展工藝改進，開發(fā)研究新工藝方法，在工藝改進成熟基礎上，制定新的專用制造技術條件、工藝規(guī)范等。

制造工藝是基于產(chǎn)品圖紙、技術條件、標準、制造資源等要求系統(tǒng)考慮面向產(chǎn)品生產(chǎn)全過程設計，即工藝設計，明確工藝流程、工藝方法、工藝參數(shù)、工具、質(zhì)量控制措施、檢測驗收等具體要求。產(chǎn)品設計是產(chǎn)品功能可靠的源頭，工藝文件是產(chǎn)品功能可靠在制造現(xiàn)場落實的源頭。本質(zhì)上產(chǎn)品工藝文件是針對一項產(chǎn)品的制造標準，以此來規(guī)范化現(xiàn)場作業(yè)，防止生產(chǎn)要素變化引起產(chǎn)品質(zhì)量波動。產(chǎn)品工藝文件的標準化、規(guī)范化程度越高，可更有效提高產(chǎn)品過程質(zhì)量控制水平。

產(chǎn)品定型不應簡單移植研制階段的工藝狀態(tài)，進行產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定化系統(tǒng)分析，分析識別零部組件至總裝過程質(zhì)量有波動的環(huán)節(jié)，對有質(zhì)量隱患環(huán)節(jié)改進、驗證。圍繞批產(chǎn)效率質(zhì)量控制，優(yōu)化流程，明晰不同工藝方法狀態(tài)協(xié)調(diào)要求，優(yōu)化探索可一次生產(chǎn)合格的工藝參數(shù)窗口，配置必要的專用工裝、測量器具，從工藝文件到作業(yè)現(xiàn)場促進批產(chǎn)規(guī)范化、標準化。

4 結束語

隨著科學技術進步，產(chǎn)品制作已從早期單純依靠工匠自身技藝轉(zhuǎn)變到多專業(yè)協(xié)同工作，產(chǎn)品設計構想和制造實現(xiàn)在形式上進行了專業(yè)分離，材料種類、制造技術門類眾多和快速發(fā)展，存在不同應用優(yōu)勢和局限，產(chǎn)品功能越先進系統(tǒng)越復雜，越需要更多專業(yè)技術優(yōu)勢互補、高效并行協(xié)同開發(fā)高性能產(chǎn)品，消除材料、制造工藝等應用中不可靠因素。產(chǎn)品制造方案是為了實現(xiàn)產(chǎn)品設計方案對產(chǎn)品性能、功能、可靠性等產(chǎn)品要求，并能使生產(chǎn)過程高效、質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)品制造方案本質(zhì)內(nèi)容包含在設計方案中，在產(chǎn)品設計初期即應并行開展產(chǎn)品制造方案科學論證，提前開展關鍵工藝技術研究、試驗驗證，“論”、“做”結合，使產(chǎn)品制造方案切實可行。產(chǎn)品制造方案應精益可行，具有較好的技術經(jīng)濟性，減少技術方案反復等原因引起研制過程的各種浪費。

1 查建中，郭偉司，黎明. 機械產(chǎn)品的并行設計[J]. 機械設計，1993(4)：47

2 徐崇義，李念奎. 2XXX系鋁合金強韌化的研究與發(fā)展[J]. 輕合金加工技術，2005，33(8)：13～17

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5 Wood B K. Propulsion for the 21st Century - RS-68[C]. 38stAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Indianapolis, Indiana, 2002

6 Vozoff M, Couluris J. SpaceX Products – Advancing the Use of Space[C]. AIAA Space 2008 Conference & Exposition, San Diego, California, 2008

7 王國慶，李曙光，吳會強. 重型火箭儲箱大型結構制造技術現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J]. 宇航材料工藝，2014(A01)：1～6

Discussions on Lean and Concurrent Product Manufacturing Solutions of Launch Vehicles

Li Shuguang

(Capital Aerospace Machinery Co., Ltd., Beijing 100076)

According to the requirements of high reliability of launch vehicles, and of high quality and high efficiency during their production, combined with the cognition of related structural product development, based on the thought of lean manufacturing and concurrent engineering of modern manufacturing engineering and not limited to its form, the connotation of lean and concurrent product manufacturing solutions is analyzed, and the overall process requirements, material processing, key product manufacturing technologies, special processing tools and equipment, manufacturability, product testing, processing standardization and so on are discussed. It is helpful to formulate the appropriate product manufacturing solutions by systematic trade-off research for products with different characteristics.

product manufacturing solutions；lean manufacturing；concurrent engineering

李曙光（1965），研究員，機械制造專業(yè)；研究方向：機械制造工程。

2020-05-03