復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品質(zhì)量能力提升措施探索與實(shí)踐

沈美、宋燚、李曉東、陳婧旖、郝大千 /北京航天長征飛行器研究所

航天領(lǐng)域質(zhì)量能力提升是為應(yīng)對常態(tài)化高強(qiáng)密度研制生產(chǎn)任務(wù)、解決突出質(zhì)量問題、提升質(zhì)量基礎(chǔ)能力與組織管理能力，而在一定時(shí)期內(nèi)實(shí)施的一種目標(biāo)較強(qiáng)且行之有效的方法和手段。近兩年，在中國航天科技集團(tuán)有限公司推動下，各系統(tǒng)、各單位全面開展了質(zhì)量能力提升工作，確定了各級各類提升項(xiàng)目目標(biāo)和內(nèi)容。

某復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體量產(chǎn)較大，在生產(chǎn)制造過程中發(fā)生質(zhì)量問題次數(shù)較多，或帶隱患交付下階段環(huán)節(jié)發(fā)生質(zhì)量問題，制約了研制與交付進(jìn)度。該異形結(jié)構(gòu)體采用金屬與非金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)且不規(guī)則的外形，其制造工藝無成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，因此常規(guī)、單一地依靠制造單位采取改善工藝、優(yōu)化升級設(shè)備、生產(chǎn)人員培訓(xùn)等措施無法快速、本質(zhì)提升產(chǎn)品質(zhì)量，需要產(chǎn)品抓總單位創(chuàng)新思維、打破設(shè)計(jì)制造邊界、加強(qiáng)組織級推動，將解決具體產(chǎn)品問題與組織能力提升結(jié)合在一起，充分利用組織資源，開展切實(shí)可行的質(zhì)量能力提升工作。本文對該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品質(zhì)量能力提升的措施進(jìn)行了研究和實(shí)踐。

一、工作與實(shí)踐

1.復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體制造特點(diǎn)

該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體的金屬部分采用鑄造工藝技術(shù)，金屬與非金屬結(jié)合采用固化成型工藝技術(shù)，鑄造和固化均為常規(guī)工藝，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)中大量使用。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體一般為規(guī)則結(jié)構(gòu)，鑄造成型容易，內(nèi)部缺陷少，而復(fù)雜異形殼體，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，澆道設(shè)計(jì)、冷卻設(shè)計(jì)難度大，熱處理各部位受熱不均，產(chǎn)品易產(chǎn)生鑄造內(nèi)部缺陷，若在檢測環(huán)節(jié)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)鑄件毛坯成品的缺陷，流入后續(xù)工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)，則可能會在經(jīng)受一定應(yīng)力情況下出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量問題。

目前該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體鑄件成品合格率較低，僅為傳統(tǒng)規(guī)則結(jié)構(gòu)體合格率的70%左右，且合格交付的成品在后續(xù)工藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)了裂紋等現(xiàn)象。鑄造單位采取了強(qiáng)化冷卻措施、優(yōu)化鑄造參數(shù)、加強(qiáng)檢測確認(rèn)等手段，但并未從根本上杜絕質(zhì)量問題的發(fā)生。由此可知，為徹底提升該產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，需要在包容、借鑒現(xiàn)有制造工藝能力的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)源頭、產(chǎn)品使用界面、生產(chǎn)工藝流程、檢測手段等方面梳理薄弱點(diǎn)、找到突破口，提升產(chǎn)品的健壯性。

2.復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體質(zhì)量能力提升方法

由上述分析可知，為提升某復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品質(zhì)量，需要從全局、全流程的角度對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收、使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合梳理，靈活運(yùn)用項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、調(diào)研交流等管理手段和方法，開展質(zhì)量提升工作。

（1）利用項(xiàng)目管理思路進(jìn)行質(zhì)量提升工作策劃

根據(jù)復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體的制造特點(diǎn)及質(zhì)量現(xiàn)狀，可利用項(xiàng)目管理的思路開展質(zhì)量提升工作策劃，由產(chǎn)品抓總單位牽頭組建跨組織、跨專業(yè)、跨地域的質(zhì)量提升工作團(tuán)隊(duì)，利用項(xiàng)目管理工具如項(xiàng)目描述表、責(zé)任分配表等明確質(zhì)量提升活動的目標(biāo)、所需資源以及團(tuán)隊(duì)成員的分工等內(nèi)容。項(xiàng)目描述見表1，責(zé)任分配見表2。

表1 XX質(zhì)量提升項(xiàng)目描述表

表2 XX質(zhì)量提升項(xiàng)目責(zé)任分配表（Δ負(fù)責(zé)，O輔助，□通知）

利用上述管理工具實(shí)施質(zhì)量提升活動，能夠較全面、系統(tǒng)地制定實(shí)施方案，有利于提升工作的順利開展。

（2）借鑒PDCA 循環(huán)進(jìn)行質(zhì)量提升工作跟蹤

由于復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品質(zhì)量提升涉及設(shè)計(jì)、制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)涉及多個(gè)具體實(shí)施活動，且不同的活動之間存在制約影響關(guān)系，因此在實(shí)施過程中，可以利用PDCA 循環(huán)對提升工作的實(shí)施進(jìn)展和效果進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控，利用推進(jìn)會、組織級協(xié)調(diào)會、記錄表了解工作進(jìn)展、取得的效果及需要協(xié)調(diào)的內(nèi)容，記錄見表3。

表3 XX質(zhì)量提升記錄表

定期對質(zhì)量提升活動進(jìn)行跟蹤、評估，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作推進(jìn)中出現(xiàn)的問題，有助于快速實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

（3）聯(lián)合優(yōu)勢資源進(jìn)行質(zhì)量提升工作實(shí)施

如前所述，復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品的生產(chǎn)涉及鑄造、固化等環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)下產(chǎn)品所經(jīng)受的內(nèi)部應(yīng)力直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。了解產(chǎn)品生產(chǎn)、使用過程經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境，對于進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、本質(zhì)提升產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，這需要一些理論的依據(jù)作為支撐。工程設(shè)計(jì)單位和制造單位往往理論不夠深入，可以根據(jù)需要借助高校、研究所等專業(yè)優(yōu)勢單位進(jìn)行合作，利用仿真、研究等途徑解決工程上不能實(shí)現(xiàn)的問題。

（4）采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行質(zhì)量提升效果評估

復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體質(zhì)量能力提升的效果體現(xiàn)在最終交付產(chǎn)品的質(zhì)量上，其中金屬鑄件的交付質(zhì)量對最終產(chǎn)品的質(zhì)量影響最大。為掌握質(zhì)量提升實(shí)施階段產(chǎn)品質(zhì)量情況，產(chǎn)品抓總單位除統(tǒng)計(jì)最終產(chǎn)品交付質(zhì)量外，可定期對各鑄造單位的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集（見表4），計(jì)算產(chǎn)品合格率，從而定期評估質(zhì)量提升的效果。

表4 XX質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

3.復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體質(zhì)量能力提升實(shí)施

研究所利用上述思路及方法開展了該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品的質(zhì)量提升工作。

（1）設(shè)計(jì)制造聯(lián)動，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)聚合力

產(chǎn)品抓總單位在質(zhì)量提升方案策劃時(shí)，利用項(xiàng)目管理的思路，聯(lián)合設(shè)計(jì)和制造單位組建工作團(tuán)隊(duì)，形成總的工作方案，在方案中明確了目標(biāo)、具體內(nèi)容、責(zé)任人、完成時(shí)間及需要保障的資源等要素。在總方案的基礎(chǔ)上，各制造單位同時(shí)成立各自的提升工作組，針對具體工藝實(shí)施開展能力提升，形成設(shè)計(jì)—制造聯(lián)動，發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)聚合力。

（2）全周期力學(xué)仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)

開展了該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品整個(gè)使用剖面的力學(xué)仿真，識別出了高應(yīng)力區(qū)域的工況；與國內(nèi)某高校合作，針對固化成型的特殊過程開展了工藝過程仿真分析，獲取了產(chǎn)品受力情況和變形趨勢，識別出了該工藝過程對產(chǎn)品造成的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供了指導(dǎo)。

（3）密切過程跟蹤，方案適時(shí)調(diào)整

按季度召開質(zhì)量提升工作推進(jìn)會，按需召開設(shè)計(jì)工藝交流會，按周進(jìn)行實(shí)施進(jìn)展情況電話溝通。利用PDCA 循環(huán)表提前整理實(shí)施情況及需解決的問題，在推進(jìn)會上針對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況以及組織需協(xié)調(diào)的問題進(jìn)行討論，并形成會議紀(jì)要。根據(jù)需要，對質(zhì)量提升方案進(jìn)行了局部的增加或調(diào)整。

（4）持續(xù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，關(guān)注產(chǎn)品合格率

持續(xù)跟蹤、收集鑄造單位產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)單位溝通交流中、歷次推進(jìn)會過程中，針對統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，據(jù)此制定鑄造產(chǎn)品合格率提升指標(biāo)，作為質(zhì)量提升活動的目標(biāo)之一。此次質(zhì)量提升工作，按年度制定了鑄造產(chǎn)品合格率提升指標(biāo)，鑄造單位圍繞該指標(biāo)，采取了各項(xiàng)工藝優(yōu)化措施。

二、實(shí)踐效果

1.實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)—工藝—生產(chǎn)的深度融合

通過多頻次的設(shè)計(jì)—制造交流活動，提高設(shè)計(jì)狀態(tài)的工藝性、完善工藝攻關(guān)與改進(jìn)，建立設(shè)計(jì)—工藝—生產(chǎn)一體化工作模式，通過設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化、工藝方案改進(jìn)、檢測手段完善等手段，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)—工藝—制造的深度融合，全面提升了產(chǎn)品質(zhì)量保證能力。

2.設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)水平得到了提升

通過仿真分析，首次獲得固化過程中應(yīng)力使用工況，建立了固化過程仿真評估方法，為設(shè)計(jì)改進(jìn)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)；首次建立了產(chǎn)品制造—使用全周期應(yīng)力分析方法，為提高產(chǎn)品在全生命周期的使用可靠性提供了重要支撐，復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力得到進(jìn)一步提升。研究所進(jìn)行了鑄造工藝方法研究、產(chǎn)品內(nèi)部組織缺陷工藝研究、鑄件力學(xué)性能提升工藝研究、檢測手段調(diào)研等工作，形成了一系列工藝指導(dǎo)性文件，有力提升了復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)能力。

3.產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升

通過質(zhì)量提升活動，該復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體鑄造產(chǎn)品一次交驗(yàn)合格率提升了約30%，最終交付的復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品在后續(xù)使用環(huán)節(jié)未出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到了提升，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證。

三、后續(xù)思路

本文針對某復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)體產(chǎn)品的質(zhì)量提升活動，提出了創(chuàng)新管理思維，利用項(xiàng)目管理、PDCA 循環(huán)、聯(lián)合專業(yè)優(yōu)勢等管理方法開展相關(guān)工作的思路，通過具體實(shí)踐取得了較好的提升效果，對于類似復(fù)雜結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)活動或質(zhì)量提升活動有一定的借鑒作用。質(zhì)量管理沒有一勞永逸的方法，需要在實(shí)施過程中，分析具體特點(diǎn)、圍繞特定目標(biāo)，靈活運(yùn)用各項(xiàng)管理思路和工具，達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。▲