數(shù)字化研制模式下的航天產(chǎn)品外協(xié)質(zhì)量控制探索與實踐

閆月暉、趙振杰、王剛、萬越、杜占平 /北京航天長征飛行器研究所

隨著國防現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展，國家對武器裝備的研制需求越來越強(qiáng)烈，武器裝備研制呈現(xiàn)出任務(wù)急、質(zhì)量高、批量大的特點，對航天產(chǎn)品研制單位帶來了前所未有的良好發(fā)展機(jī)遇，同時也面臨巨大的挑戰(zhàn)。

北京航天長征飛行器研究所作為我國飛行器產(chǎn)品設(shè)計研究所，多年以來一直以型號研制為主，產(chǎn)品制造過程中從單機(jī)、零部組件的生產(chǎn)到分系統(tǒng)裝配、產(chǎn)品總裝采用外協(xié)模式。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，由于外協(xié)單位質(zhì)量管理制度不完善、質(zhì)量管理人員把關(guān)不嚴(yán)等原因?qū)е庐a(chǎn)品質(zhì)量差的問題屢屢出現(xiàn)，給整個產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來了巨大風(fēng)險；部分產(chǎn)品質(zhì)量問題在靶場測試時才發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致整個型號任務(wù)發(fā)射推遲或取消，給型號研制帶來不可挽回的損失。因此，加強(qiáng)產(chǎn)品外協(xié)質(zhì)量控制是研究所航天產(chǎn)品研制過程中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

自“十三五”以來，隨著數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在再入飛行器領(lǐng)域的深入應(yīng)用，已有越來越多的型號基于數(shù)字化模式開展型號研制工作，在型號研制周期日趨緊張的條件下，已有多個在研或預(yù)研型號進(jìn)行了數(shù)字化產(chǎn)品的外協(xié)工作。外協(xié)單位有系統(tǒng)內(nèi)單位，也有系統(tǒng)外單位，由于外協(xié)單位對研究所的數(shù)字化產(chǎn)品研制方法不熟悉，數(shù)字化軟件的應(yīng)用程度不盡相同，對數(shù)字化模型的理解可能產(chǎn)生差異，有可能導(dǎo)致加工產(chǎn)品不能滿足設(shè)計要求。如何解決數(shù)字化研制模式下產(chǎn)品外協(xié)質(zhì)量控制，是型號推廣數(shù)字化模式應(yīng)用過程中首當(dāng)其沖需要解決的問題，因此，開展基于三維研制模式下的外協(xié)產(chǎn)品質(zhì)量控制研究勢在必行。

一、面臨的問題

通過對外協(xié)單位情況進(jìn)行分析，產(chǎn)品外協(xié)情況主要包括：①在集團(tuán)公司內(nèi)部開展產(chǎn)品外協(xié)；②集團(tuán)公司外部航天系統(tǒng)單位進(jìn)行產(chǎn)品外協(xié)研制；③航天系統(tǒng)外軍工單位進(jìn)行產(chǎn)品外協(xié)研制；④軍工行業(yè)外單位進(jìn)行產(chǎn)品外協(xié)研制。

產(chǎn)品在數(shù)字化制造過程中，典型數(shù)字化質(zhì)量問題如下：①外協(xié)單位技術(shù)人員不熟悉研究所CAD 軟件及標(biāo)識方法，在工藝設(shè)計過程中對三維模型理解出現(xiàn)差異，導(dǎo)致加工產(chǎn)品不能滿足設(shè)計要求；②外協(xié)單位數(shù)據(jù)管理人員不清楚研究所數(shù)據(jù)格式或者數(shù)據(jù)傳遞要求，在數(shù)據(jù)接收過程中由于接收方式、管理方式等因素的影響，導(dǎo)致外協(xié)單位與設(shè)計單位數(shù)據(jù)源技術(shù)狀態(tài)存在差異，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量控制；③三維設(shè)計數(shù)據(jù)變更后，在外協(xié)單位內(nèi)部傳遞過程中質(zhì)量控制不當(dāng)，數(shù)據(jù)沒有同步更新或更新不及時，導(dǎo)致產(chǎn)品加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題；④產(chǎn)品制造出來后，在檢驗環(huán)節(jié)，由于缺乏先進(jìn)的三維檢驗設(shè)備，質(zhì)檢員沒有按照三維模型進(jìn)行檢驗，實際產(chǎn)品與三維模型存在超差現(xiàn)象。

自“十三五”以來，隨著數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在再入飛行器領(lǐng)域的深入應(yīng)用，已有越來越多的型號基于數(shù)字化模式開展型號研制工作，在型號研制周期日趨緊張的條件下，已有多個在研或預(yù)研型號進(jìn)行了數(shù)字化產(chǎn)品的外協(xié)工作。外協(xié)單位有系統(tǒng)內(nèi)單位，也有系統(tǒng)外單位，由于外協(xié)單位對研究所的數(shù)字化產(chǎn)品研制方法不熟悉，數(shù)字化軟件的應(yīng)用程度不盡相同，對數(shù)字化模型的理解可能產(chǎn)生差異，有可能導(dǎo)致加工產(chǎn)品不能滿足設(shè)計要求。如何解決數(shù)字化研制模式下產(chǎn)品外協(xié)質(zhì)量控制，是型號推廣數(shù)字化模式應(yīng)用過程中首當(dāng)其沖需要解決的問題，因此，開展基于三維研制模式下的外協(xié)產(chǎn)品質(zhì)量控制研究勢在必行。

二、工作與實踐

1.原因分析

經(jīng)過調(diào)研分析及其他單位發(fā)生數(shù)字化質(zhì)量問題的“舉一反三”，數(shù)字化質(zhì)量問題發(fā)生主要有以下兩方面的原因。

一是航天產(chǎn)品經(jīng)過60 年的型號研制，已總結(jié)出一整套行之有效的質(zhì)量保障管理方法。但是由于數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展，原來的質(zhì)量保障管理方法需要做適應(yīng)性的更新與完善，以滿足先進(jìn)設(shè)計方法不斷更新的質(zhì)量工作需求。

二是外協(xié)單位沒有經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)字化應(yīng)用培訓(xùn)，在數(shù)字化模型接收、傳遞、使用環(huán)節(jié)缺少必要的質(zhì)量控制，可能導(dǎo)致產(chǎn)品在制造過程發(fā)生偏差，主要體現(xiàn)在以下幾個環(huán)節(jié)：①沒有或缺乏數(shù)字化模型管理平臺；②沒有或缺乏三維數(shù)字化模型技術(shù)狀態(tài)管控文件或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；③沒有或缺乏數(shù)字化產(chǎn)品研制過程的質(zhì)量控制要求；④沒有或缺乏依據(jù)三維數(shù)字化模型進(jìn)行產(chǎn)品驗收的相關(guān)規(guī)定或要求；⑤沒有或缺乏數(shù)字化專業(yè)人員的技術(shù)支持。

2.總體思路

經(jīng)過調(diào)研系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)字化承制企業(yè)的現(xiàn)狀，結(jié)合研究所產(chǎn)品研制特點，研究所質(zhì)量主管部門認(rèn)為，開展數(shù)字化研制模式下的外協(xié)產(chǎn)品質(zhì)量控制十分必要。按照“誰外協(xié)、誰負(fù)責(zé)”的原則，在滿足《Q/QJA 41-2008 航天產(chǎn)品外包質(zhì)量管理要求》和《Q/Y 124-2019 型號外包產(chǎn)品供應(yīng)商質(zhì)量保證能力評定要求》的基礎(chǔ)上，應(yīng)增加數(shù)字化承制資格認(rèn)證工作。

3.具體要求

（1）對承制方的數(shù)字化研制要求

根據(jù)型號數(shù)字化研制特點，研究所總結(jié)出數(shù)字化產(chǎn)品對承制方的主要數(shù)字化研制要求如下：①工藝師隊伍能否正確識別以三維模型為載體的設(shè)計信息，并據(jù)此開展對應(yīng)的工藝設(shè)計工作；②質(zhì)量檢驗隊伍能否基于三維模型開展產(chǎn)品的檢驗工作。

（2）對承制方的數(shù)字化質(zhì)量管控要求

對承制方的質(zhì)量管理部門是否具備制造過程基于三維模型的質(zhì)量控制能力，以確保三維模型能夠正確傳遞與使用。

（3）對承制方的數(shù)字化管理要求

承制方企業(yè)本身的數(shù)字化能力是否具備實現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同研制能力，比如：是否搭建了PDM系統(tǒng)，實現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)的接收與管控；是否有較為成熟的數(shù)字化管理方法，如ERP、MES 等。

（4）對承制方的數(shù)字化研制外協(xié)資格認(rèn)證要求

由研究所質(zhì)量管理部門整理形成對承制方進(jìn)行數(shù)字化研制外協(xié)資格認(rèn)證的管理辦法，只有通過認(rèn)證才能承接相關(guān)數(shù)字化任務(wù)。

（5）外協(xié)單位在承制過程中可量化的過程監(jiān)控項目

外協(xié)單位承接數(shù)字化研制任務(wù)后，由研究所質(zhì)量部門牽頭，設(shè)計部門和數(shù)字化專業(yè)配合，確定需要在產(chǎn)品外協(xié)過程中可量化的過程監(jiān)控項目，以確保數(shù)字化研制過程中的產(chǎn)品質(zhì)量控制。

4.采取措施

經(jīng)過討論，研究所初步制定了外協(xié)產(chǎn)品數(shù)字化質(zhì)量控制措施，并逐步開展有選擇性的試運行。具體措施包括：①以Q/QJA 41-2008 和 Q/Y 124-2019 作為產(chǎn)品外協(xié)的指導(dǎo)要求；②型號研制初期應(yīng)明確提出數(shù)字化研制質(zhì)量工作要求；③設(shè)計師系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計特點，對外協(xié)單位提出數(shù)字化承制要求，提交質(zhì)量管理部門；④數(shù)字化專業(yè)結(jié)合數(shù)字化模型特點對外協(xié)單位提出數(shù)字化管理要求，提交給質(zhì)量管理部門；⑤由所質(zhì)量管理部門對承制方進(jìn)行數(shù)字化研制外協(xié)資格認(rèn)證；⑥承制方數(shù)字化認(rèn)證合格后可承接本型號數(shù)字化研制任務(wù)；⑦加強(qiáng)三維數(shù)據(jù)傳遞過程的技術(shù)狀態(tài)控制；⑧在產(chǎn)品研制過程中基于數(shù)字化模型開展產(chǎn)品驗收工作；⑨對新承制外協(xié)廠家加強(qiáng)承制過程中的數(shù)字化質(zhì)量控制檢查。

5.應(yīng)用案例

從2016 年開始，研究所陸續(xù)與部分外協(xié)承制廠家開展了數(shù)字化研制條件下的質(zhì)量控制實踐。

通過研究所質(zhì)量管理部門及設(shè)計師一起與承制廠家進(jìn)行交流與溝通，了解廠家的數(shù)字化現(xiàn)狀。以中船一家企業(yè)為例，以前沒有用過研究所的CAD 設(shè)計軟件，用的是其他廠商的軟件。由于該廠一直是研究所的外協(xié)承制廠商，近幾年升級為戰(zhàn)略合作伙伴，該廠領(lǐng)導(dǎo)從長遠(yuǎn)打算，決定從承接三維數(shù)字化模型為突破口提升企業(yè)整體實力。為此，研究所與該廠成立專門隊伍，以某型號為試點，從數(shù)字化技術(shù)文檔管理、數(shù)字化工藝、數(shù)字化制造、數(shù)字化檢驗、數(shù)字化驗收等環(huán)節(jié)開展工作，以點帶面，逐步進(jìn)行數(shù)字化研制項目的實施，幾年下來，基于廠所協(xié)同研制的平臺已成功承接3 ～4 個在研或預(yù)研型號的數(shù)字化研制，基本實現(xiàn)了三維協(xié)同設(shè)計、跨域精確分發(fā)與質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋。表1 是基于PDM 系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)發(fā)送單，在PDM 系統(tǒng)中，所有數(shù)據(jù)的傳輸均得到有效控制，避免了人為操作帶來的影響，確保了技術(shù)狀態(tài)受控。

表1 基于PDM系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)分發(fā)單

對于剛剛開始數(shù)字化研制起步的承制廠家，基礎(chǔ)較為薄弱，也沒有專用的PDM 系統(tǒng)，因此研究所需要對這些外協(xié)廠家進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)字化培訓(xùn)，如軟件使用培訓(xùn)、環(huán)境配置培訓(xùn)、數(shù)據(jù)傳遞培訓(xùn)等，以確保廠家在三維設(shè)計數(shù)據(jù)應(yīng)用過程中掌握正確的方法，能夠準(zhǔn)確理解設(shè)計意圖，確保外協(xié)廠家與設(shè)計師的溝通順暢，并在數(shù)據(jù)傳遞過程中加強(qiáng)控制。從表2 和表3 可以看出，通過三維設(shè)計數(shù)據(jù)分發(fā)單，數(shù)據(jù)可以有效地從設(shè)計單位手中傳遞到生產(chǎn)承制廠家，技術(shù)狀態(tài)清晰，過程可控。

表2 PDM系統(tǒng)外數(shù)據(jù)分發(fā)單

表3 PDM系統(tǒng)外三維數(shù)據(jù)分發(fā)匯總表

三、實踐效果

基于數(shù)字化研制模式下航天產(chǎn)品外協(xié)質(zhì)量控制方法在研究所應(yīng)用以來，已初步實現(xiàn)了外協(xié)產(chǎn)品的制造過程質(zhì)量可控，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，起到了較好的示范效果：①通過數(shù)字化研制模式的推廣，有效提升了對外協(xié)產(chǎn)品的協(xié)同管控能力；②產(chǎn)品驗收數(shù)據(jù)的實時記錄和上傳，以及驗收檢查表和合格證的關(guān)聯(lián)，使外協(xié)產(chǎn)品數(shù)據(jù)統(tǒng)計效率提升50%以上，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性達(dá)到100%；③基于三維模型的崗位作業(yè)指導(dǎo)書，誤操作率大幅下降，外協(xié)產(chǎn)品一次裝配合格率大幅提升。

四、后續(xù)思路

數(shù)字化協(xié)同研制模式是型號研制的必經(jīng)之路，航天產(chǎn)品的質(zhì)量控制程序是確保產(chǎn)品合格的先決條件，二者相輔相成、缺一不可。在新的研制模式下，已有質(zhì)量控制程序需要進(jìn)行適應(yīng)性的完善和必要的補充，以確保產(chǎn)品研制全過程質(zhì)量受控，上述工程探索為后續(xù)質(zhì)量提升打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

通過實際應(yīng)用表明，研究所制定的數(shù)字化質(zhì)量控制措施是有效的、可靠的，后續(xù)還要在型號實踐中持續(xù)完善和深入推廣，條件具備后應(yīng)將其納入質(zhì)量體系要求，從而上升為程序文件進(jìn)行推廣。除此之外，研究所還將加強(qiáng)外協(xié)產(chǎn)品《合作供方名錄》的管理，建立動態(tài)考核與退出制度，確保外協(xié)生產(chǎn)單位的質(zhì)量管理、數(shù)字化研制、安全保障等方面能力水平進(jìn)一步提高，對考核不通過的單位要及時進(jìn)行整改或從目錄中去除。