基于“四化”的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)用探索與實(shí)踐

包勇 楊蓉 施愛蓮

（上海航天電子技術(shù)研究所， 上海， 201109）

引言

自20 世紀(jì)90 年代開始， 以波音公司為代表的國外先進(jìn)企業(yè)先后搭建飛機(jī)構(gòu)型定義及控制／制造源管理系統(tǒng) （DCAC／MRM） 和全球協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境（GCE） 等先進(jìn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)， 采用基于模型定義 （Model Based Definition， MBD） 技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了百分之百的數(shù)字化產(chǎn)品定義， 最終使得其產(chǎn)品波音777 和波音787 的研制周期大幅縮短。其中， 波音777 比波音767 的研制周期縮短近50%， 設(shè)計(jì)更改和返工率減少一半， 裝配時(shí)出現(xiàn)的問題數(shù)量減少50%～80%。

MBD 技術(shù)是產(chǎn)品數(shù)字化定義的最新階段， 它是用集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法， 通過三維實(shí)體模型、 屬性參數(shù)和三維注釋等圖文信息， 詳細(xì)描述產(chǎn)品形狀、 尺寸公差、制造要求、 檢驗(yàn)要求等完整設(shè)計(jì)與制造信息[1]。MBD 技術(shù)是將標(biāo)準(zhǔn)量化實(shí)施的一個(gè)極具代表性的案例， 在國內(nèi)外先進(jìn)制造行業(yè)已得到充分的認(rèn)可及關(guān)注。

我所是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、 制造和系統(tǒng)集成的專業(yè)技術(shù)研究所， 尤其以研制電子單機(jī)、 印制電路板組裝件等為主。 而電子元器件有著量級(jí)大、尺寸小、 分布密、 約束多、 要求細(xì)的特點(diǎn)， 面臨質(zhì)量提升難、 工藝保證難、 標(biāo)準(zhǔn)化審查難的局面，亟待研究新型標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)用模式， 取代傳統(tǒng)的紙面貫標(biāo)機(jī)制， 以滿足當(dāng)前的科研生產(chǎn)實(shí)際。

1 “四化” 的含義

目前， 大部分標(biāo)準(zhǔn)展現(xiàn)形式為純文本， 依靠人的知識(shí)、 經(jīng)驗(yàn)難以達(dá)到統(tǒng)一的理解和共識(shí)， 存在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方法簡單、 手段落后、 監(jiān)督不力的問題， 標(biāo)準(zhǔn)要求存在橫向不一致、 縱向不到底、 執(zhí)行不到位的情況， 面臨審不出、 審不全、 審不快、 審不嚴(yán)的窘境[2]。 為更精準(zhǔn)地量化標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施， 航天八院提出了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施 “四化” 的概念， 分別為 “管理類標(biāo)準(zhǔn)流程化、 操作類標(biāo)準(zhǔn)可視化、 工藝類標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化、 技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)工具化”，具體含義如下。

1.1 管理類標(biāo)準(zhǔn)流程化

管理類標(biāo)準(zhǔn)是指用于規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)制造、 問題改進(jìn)等的指導(dǎo)型標(biāo)準(zhǔn)， 例如GB／T 29076 《航天產(chǎn)品質(zhì)量問題歸零實(shí)施要求》、 航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《設(shè)計(jì)文件的編制和管理規(guī)定》 等。 而實(shí)施此類標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵是要將標(biāo)準(zhǔn)條款要求納入過程管理， 宜使用流程管理類的軟件， 將各個(gè)管理過程細(xì)分為考核節(jié)點(diǎn)或?qū)徟?jié)點(diǎn)， 以一個(gè)或多個(gè)流程來牽引管理標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施[3-5]。

1.2 操作類標(biāo)準(zhǔn)可視化

操作類標(biāo)準(zhǔn)是指用于規(guī)范指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中人為操作環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)。 操作過程通過可視化操作規(guī)范將一些用語言表達(dá)容易產(chǎn)生歧義的內(nèi)容， 用圖片和正反案例直觀說明操作方法、 裝配要點(diǎn)及產(chǎn)品的合格判據(jù)， 便于理解的統(tǒng)一， 操作的規(guī)范[6-7]。

1.3 工藝類標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化

工藝類標(biāo)準(zhǔn)主要分為工藝基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、 工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工藝管理標(biāo)準(zhǔn)[3]。 工藝基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是指適用面廣的通用性工藝標(biāo)準(zhǔn)， 一般包括： 術(shù)語、 符號(hào)、代號(hào)、 分類編碼、 工藝文件等標(biāo)準(zhǔn)。 工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是直接涉及產(chǎn)品制造質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)， 如工藝材料、 工藝要求、 工藝方法、 工藝參數(shù)、 工藝試驗(yàn)、 工藝檢驗(yàn)等。 工藝管理標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)工藝工作程序、 內(nèi)容、 應(yīng)達(dá)到的要求作出的規(guī)定， 如工藝文件管理標(biāo)準(zhǔn)、 工藝準(zhǔn)備管理標(biāo)準(zhǔn)等。 本文所涉及需結(jié)構(gòu)化實(shí)施的主要為工藝技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)， 可將該類標(biāo)準(zhǔn)的工藝要求條款化、 規(guī)則化、 數(shù)值化， 利用Excel、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM） 系統(tǒng)數(shù)據(jù)等方式， 對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行管理， 以強(qiáng)制實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)， 提高工藝要求、 工藝方法等的數(shù)據(jù)傳遞及落實(shí)管控。

1.4 技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)工具化

技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)是指科研、 設(shè)計(jì)、 工藝、 檢驗(yàn)等技術(shù)工作中共同遵守的技術(shù)依據(jù)， 是目前大量存在的、 具有重要意義和廣泛影響的標(biāo)準(zhǔn)。 再將標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)依據(jù)、 標(biāo)準(zhǔn)條款剛性嵌入設(shè)計(jì)軟件，開發(fā)形成標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制執(zhí)行的軟件工具。

2 實(shí)施“四化” 的思路

a） 特征提取： 將標(biāo)準(zhǔn)化要求剛性嵌入 “二維、 三維” 模型， 規(guī)范編制設(shè)計(jì)圖樣， 實(shí)施 “設(shè)計(jì)、 審查、 改進(jìn)” 過程一體化， 構(gòu)建設(shè)計(jì)、 工藝、標(biāo)準(zhǔn)化審查動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

b） 規(guī)則梳理： 利用知識(shí)管理方法， 篩選、甄別審查規(guī)則， 將標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則柔性嵌入模型， 實(shí)施 “設(shè)計(jì)規(guī)范性、 工藝可制造性、 產(chǎn)品可加工性” 審查一體化。

c） 數(shù)據(jù)互聯(lián)： 以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 搭建標(biāo)準(zhǔn)化管理平臺(tái)， 實(shí)施 “設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)、 調(diào)試” 監(jiān)督一體化。

d） 多方協(xié)同： 實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同管理， 多措并舉， 提質(zhì)增效， 所有管理環(huán)節(jié)完全透明化， 實(shí)施 “設(shè)計(jì)、 管理、 制造” 管控一體化。

3 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施“四化” 的實(shí)踐

3.1 標(biāo)準(zhǔn) “四化” 實(shí)施措施表

開展 “四化” 實(shí)施工作， 以開發(fā)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施工具建設(shè)為重點(diǎn)的探索與實(shí)踐， 成功研究開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)剛性嵌入科研生產(chǎn)全流程的模板和軟件工具， 見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn) “四化” 實(shí)施措施表

3.2 研究開發(fā)設(shè)計(jì)軟件接口工具， 確保設(shè)計(jì)BOM 數(shù)據(jù)的規(guī)范性

針對(duì)投產(chǎn)BOM 數(shù)據(jù)與圖紙信息不一致的問題， 對(duì)標(biāo)研究相關(guān)電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)， 將圖形符號(hào)及封裝形式等標(biāo)準(zhǔn)化要求， 通過AD 接口進(jìn)行提前預(yù)警， 實(shí)現(xiàn)圖形符號(hào)庫、 封裝形式庫的在線管理。 在集成環(huán)境下直接讀取PDM 內(nèi)物料庫進(jìn)行設(shè)計(jì)， 實(shí)施物料庫在線管理。 同時(shí)， 以標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)， 建立三維模型庫， 通過Creo接口工具對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的三維模型實(shí)行在線管控。 將標(biāo)準(zhǔn)模板嵌入PDM 系統(tǒng)， 保證設(shè)計(jì)文件模板的準(zhǔn)確性[8-9]。 設(shè)計(jì)完成后， 通過接口一鍵式提取BOM 結(jié)構(gòu)、 裝配圖、 零件圖同步至PDM 系統(tǒng)，并發(fā)起在線審簽與歸檔。

3.3 實(shí)現(xiàn)技術(shù)文件編制和管理標(biāo)準(zhǔn)剛性嵌入PDM 系統(tǒng)

按照航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件管理制度》 《航天產(chǎn)品工藝文件管理制度》 等技術(shù)文件編制和管理規(guī)定， 通過PDM 系統(tǒng)信息化改造， 成功地將技術(shù)文件的編號(hào)、 模板、 簽署、 更改、 偏離等標(biāo)準(zhǔn)化要求， 明細(xì)表、 明細(xì)欄、 元件表編制的一致性要求， 元器件、 原材料、 緊固件、 所標(biāo)件的規(guī)范化選用等剛性嵌入整個(gè)設(shè)計(jì)工作流程[10]。

3.4 實(shí)現(xiàn)基于BPM 的物資編碼庫、 選用庫規(guī)范化管控

結(jié)合本所物資編碼專項(xiàng)整理工作， 根據(jù)物資分類規(guī)則， 基于BPM 系統(tǒng)建立管控流程， 對(duì)各類物資編碼的申請(qǐng)、 維護(hù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查。 各流程中所涉及的生產(chǎn)廠家、 質(zhì)量等級(jí)、 計(jì)量單位等通用屬性均源自科研生產(chǎn)管理 （CAMP） 系統(tǒng)字典庫。 建立規(guī)范、 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)等的常用字典庫， 并指定專人專崗審查維護(hù)， 確保后續(xù)新增編碼的規(guī)范性與準(zhǔn)確性。 通過BPM 管控流程申請(qǐng)的各類物資， 在完成審查、批準(zhǔn)后， 將同步至PDM 系統(tǒng)與CAMP 系統(tǒng)， 供設(shè)計(jì)、 采購和生產(chǎn)等環(huán)節(jié)選用， 確保數(shù)據(jù)的一致性，實(shí)現(xiàn)物資信息的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理。 同時(shí)， 為固化物資管理實(shí)踐成果， 總結(jié)物資信息化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)， 將成果、 經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)， 編制 《物資編碼管理要求》系列所標(biāo)， 進(jìn)一步規(guī)范物資編碼管理工作。

3.5 研究建立可視化典型工藝標(biāo)準(zhǔn)， 提高工藝要求的直觀理解性

傳統(tǒng)的工藝規(guī)程難以表達(dá)且復(fù)雜， 不能起到良好現(xiàn)場指導(dǎo)作用， 針對(duì)此問題開展了可視化工藝文件的編制。 通過可視化工藝文件的編制和知識(shí)庫的梳理， 工藝要求由 “扁平化” 向 “可視化”轉(zhuǎn)變， 以達(dá)到提高工藝文件編制效率、 縮短工藝文件編制周期的目的， 也可滿足現(xiàn)場操作人員對(duì)通用要求的理解， 并統(tǒng)一、 規(guī)范操作， 提高產(chǎn)品生產(chǎn)能力和質(zhì)量保障能力。

3.6 建立標(biāo)準(zhǔn)工序庫， 提高工藝文件的編制質(zhì)量與效率

歸納總結(jié)工序?qū)嵗?形成標(biāo)準(zhǔn)工序庫， 從類型、 專業(yè)等多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)對(duì)大量復(fù)雜工藝知識(shí)的層次化與結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)， 實(shí)現(xiàn)工藝編制從基于經(jīng)驗(yàn)到基于知識(shí)的轉(zhuǎn)變。 編制工藝時(shí)， 直接從標(biāo)準(zhǔn)工序庫調(diào)用， 方便快捷且表述一致。 最終達(dá)到工藝設(shè)計(jì)的可控規(guī)范化管理， 保證工藝知識(shí)的可繼承性， 提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。

3.7 研究開發(fā)DFMA 工具， 提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝性

進(jìn)一步提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝性， 針對(duì)印制電路板、 電纜接線、 層間安全間距、 精密裝配可制造性設(shè)計(jì)及審查的現(xiàn)狀和問題， 分別從基礎(chǔ)技術(shù)、 標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品生產(chǎn)流程優(yōu)化等方面， 通過數(shù)字化應(yīng)用模式創(chuàng)新， 提升審查的全面性和統(tǒng)一性。 對(duì)標(biāo)分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 將設(shè)計(jì)工藝性審查前提， 提高DFMA 工具的管控水平及審查效率。 以印制電路板為例， 從標(biāo)準(zhǔn)梳理、 調(diào)研分析、 經(jīng)驗(yàn)提煉等多個(gè)維度， 深入分析、 技術(shù)解讀， 形成印制板電路設(shè)計(jì)及審查規(guī)則15 個(gè)大類、 250 余項(xiàng)， 研究開發(fā)基于規(guī)則的DFMA工具， 將其與設(shè)計(jì)軟件深度集成， 便于設(shè)計(jì)師快速調(diào)用， 實(shí)現(xiàn)邊設(shè)計(jì)邊審查， 提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。 操作界面及相關(guān)功能演示如圖1 所示。

圖1 基于規(guī)則的DFMA 工具界面示意圖

4 發(fā)展前景展望

4.1 加大標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施工具的開發(fā)應(yīng)用力度

系統(tǒng)總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)， 在動(dòng)態(tài)完善印制電路板、 電纜接線、 層間安全間距、 精密裝配可制造性設(shè)計(jì)及DFMA 工具的基礎(chǔ)上， 針對(duì)電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)、 天線陣列設(shè)計(jì)、 裝備車輛人機(jī)工程等， 繼續(xù)探索其他適宜進(jìn)行DFMA 管理的基礎(chǔ)專業(yè)， 將DFMA 工具系統(tǒng)化、 體系化， 并研究實(shí)施將工具軟件剛性嵌入PDM 系統(tǒng)及型號(hào)產(chǎn)品研制流程。

4.2 實(shí)施三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工具化

三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的工具化基礎(chǔ)是從標(biāo)準(zhǔn)／規(guī)范中提煉檢查規(guī)則。 檢查規(guī)則實(shí)質(zhì)上是通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)條款、 工作經(jīng)驗(yàn)的整理和提煉， 形成對(duì)模型數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的具體描述和數(shù)據(jù)指標(biāo)， 也就是“標(biāo)準(zhǔn)建?！?。 檢查規(guī)則要強(qiáng)調(diào)指向具體、 指標(biāo)可量化、信息結(jié)構(gòu)化， 以便于執(zhí)行。 通過檢查規(guī)則， 原本文字化的、 描述性的文字和內(nèi)容， 可以直接用于軟件產(chǎn)品的開發(fā)， 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化檢查的工具化、 自動(dòng)化。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)件、 外購件的特征化選用

近些年來， 由于元器件、 緊固件等選用不當(dāng)而造成低層次質(zhì)量問題頻發(fā)， 我們通過配置元器件的封裝形式， 實(shí)現(xiàn)了利用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行提前預(yù)警。 在此經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步研究開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)緊固件的選用工具， 將機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、 技術(shù)制圖規(guī)范等有效轉(zhuǎn)化為緊固件選用尺寸鏈， 通過自動(dòng)驗(yàn)算配置選用合理的緊固件。

4.4 開發(fā)基于文件編制規(guī)定的文檔自動(dòng)編輯工具

當(dāng)前航天型號(hào)常態(tài)化高密度發(fā)射、 型號(hào)研制生產(chǎn)任務(wù)緊迫， 各類型號(hào)研制支撐性技術(shù)文件的編制量大幅增加， 給型號(hào)設(shè)計(jì)師系統(tǒng)帶來 “不是在寫報(bào)告， 就是在寫報(bào)告的路上” 的困擾， 嚴(yán)重壓縮了設(shè)計(jì)師做科研、 搞設(shè)計(jì)、 做驗(yàn)證的時(shí)間。亟待研究開發(fā)一款基于各類文檔編制條款章節(jié)的自動(dòng)編輯工具， 因大部分的技術(shù)文件存在很多類似的章節(jié)， 可按照各類文檔的規(guī)定章節(jié)配置邏輯引用關(guān)系， 類似的內(nèi)容只需編寫一次， 并在輸出文檔時(shí)， 在文檔中予以關(guān)鍵重要內(nèi)容的編寫提示， 而這部分內(nèi)容才應(yīng)是每份文檔的核心。 同時(shí)， 配以標(biāo)準(zhǔn)化審查工具予以輔助， 保證自動(dòng)編輯形成的文檔符合標(biāo)準(zhǔn)化要求。

4.5 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施多媒體應(yīng)用新模式

探索實(shí)施制作動(dòng)畫、 視頻等多媒體形式標(biāo)準(zhǔn)， 進(jìn)一步提升標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的可視化程度， 研究方向可先定位于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 機(jī)械裝配、 電子裝聯(lián)、軟件使用和機(jī)裝檢驗(yàn)等。 目前， 首批試點(diǎn)編制的多媒體形式標(biāo)準(zhǔn)已成功立項(xiàng)， 見表2。 同時(shí)， 進(jìn)一步研究將可視化標(biāo)準(zhǔn)嵌入生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)， 構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制。

表2 多媒體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)清單

4.6 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化有機(jī)融合

以數(shù)字化手段持續(xù)開展標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督方法、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理和貫標(biāo)工具應(yīng)用等研究， 用數(shù)字化支撐標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督， 用標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)數(shù)字化管理轉(zhuǎn)型， 進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 小結(jié)

研究探索標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)用的新模式， 已成為建標(biāo)、 選標(biāo)、 用標(biāo)、 控標(biāo)的必由之路， 而標(biāo)準(zhǔn) “四化” 實(shí)施是在新機(jī)制探索的過程中提出的一種極具操作性且體系化的思路。 新時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施必須是以創(chuàng)新為思維， 以需求為牽引， 以問題為導(dǎo)向， 持續(xù)改進(jìn)， 迭代提升， 建立更加高效的標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制， 全力推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化與業(yè)務(wù)深度融合，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制執(zhí)行， 保證標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施精準(zhǔn)落地。