楊 號，白永紅，凈建新，張明勇

（1. 海裝西安局，西安 710054；2. 中航飛機西安飛機分公司，西安 710089）

隨著MBD技術在飛機研制中的深入應用，在飛機制造過程中也推廣應用了數(shù)字化預裝配、制造過程仿真與優(yōu)化等技術。而數(shù)字化制造的本質就是產品制造信息的數(shù)字化，將產品的結構特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來，應用數(shù)字技術對制造所涉及的所有對象和活動進行表達、處理和控制，這與傳統(tǒng)制造有本質區(qū)別。面對基于MBD技術的數(shù)字化制造過程，傳統(tǒng)的檢驗思維、方法和手段已經不能適用，而給予MBD條件下的制造過程質量控制和監(jiān)督成為必須解決的問題。如何通過模式、技術和方法的創(chuàng)新，對基于MBD的制造過程及其產生的數(shù)字化產品進行有效的質量監(jiān)督和控制，是飛機制造企業(yè)必須研究并加以解決的現(xiàn)實問題。

國外先進的飛機制造企業(yè)在飛機研發(fā)過程中，采用了一系列基于MBD的工藝技術、管理技術和制造技術，這些在各種技術文獻上都能夠搜索到，也能夠通過技術交流學習。但是，在質量控制和監(jiān)督方面，由于國外在制造生產線控制核心技術上的保密和限制而無法獲得，只能通過轉包了解一些方法。

目前，我國飛機研制過程中，產品和工裝設計已經采用了基于模型的定義（MBD）技術，其實質是將三維產品制造信息與三維設計信息共同定義到三維產品數(shù)字化模型中，實現(xiàn)了設計、加工、裝配、測量、檢驗的高度集成，以三維數(shù)據作為唯一依據貫穿在設計、制造、檢驗、維護、供應商協(xié)作等整個過程，減少下游人員對模型理解時間并有效地降低了錯誤率。目前，在數(shù)字化環(huán)境下，數(shù)字化產品定義、數(shù)字化預裝配、數(shù)字化工藝設計等技術的應用，以及數(shù)字化設計制造并行工程、單一產品數(shù)據源和數(shù)據共享、全數(shù)字化環(huán)境與協(xié)同工作、全面的產品數(shù)據管理等特征帶來了質量控制要求的根本變革，質量控制環(huán)節(jié)更多、內容更廣、難度更大，傳統(tǒng)的以手工操作、流程控制為主的控制手段暴露出控制點缺失、控制效率低、控制效果差等問題，這要求質量檢驗技術必須發(fā)展并適應數(shù)字化設計制造技術發(fā)展。

目前數(shù)字化質量控制與監(jiān)督主要存在以下3個方面的問題：

（1）基于模型定義技術的應用使MBD數(shù)據已經貫穿了整個飛機從零件制造、裝配、試驗、維修到服務的整個制造過程，數(shù)字化的測量設備也已經應用于飛機的裝配和試驗，但檢驗、監(jiān)督還停留在傳統(tǒng)的方法和手段上，使得基于MBD的先進技術難以發(fā)揮最大的整體效益。

（2）數(shù)字化設計制造質量控制和監(jiān)督的內容、流程、方法和手段不統(tǒng)一。目前國內已經制定了多份數(shù)字化行業(yè)標準，初步建立了數(shù)字化設計制造行業(yè)標準和規(guī)范體系。通過對標準進行分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的標準更多的是設計制造技術方法類，而質量控制和監(jiān)督方面的標準幾乎沒有。

（3）在數(shù)字化研制模式下，需將傳統(tǒng)的基于實物的質量控制和監(jiān)督手段和方法變革為基于數(shù)字模型的質量控制和監(jiān)督方法，就要對MBD條件下的質量控制和監(jiān)督關鍵技術進行研究，強化數(shù)字化制造、產品數(shù)據管理、制造過程管理等的質量控制和監(jiān)督工作，實現(xiàn)數(shù)字化環(huán)境下產品研制生產全過程的質量控制與監(jiān)督。

基于MBD的飛機制造質量管控與監(jiān)督模式及方法體系模型

根據當前我國航空工業(yè)體制特點及飛機型號數(shù)字化制造的需要，借鑒國外先進航空制造企業(yè)質量管理的先進理念、方法[1]，分析數(shù)字化制造條件下飛機質量特性形成過程及質量控制的特點，需要研究飛機研制質量管理與監(jiān)督的新模式、新方法和新技術，重構基于MBD條件下的數(shù)字化質量管控與監(jiān)督體系，建立和完善適用于飛機數(shù)字化研制的質量管控與監(jiān)督的規(guī)范、指南、手冊[2-3]，形成基于大數(shù)據的質量知識管理系統(tǒng)，支持數(shù)字化、網絡化的質量管控和監(jiān)督，提高飛機產品質量?；贛BD的飛機制造質量管控與監(jiān)督模式及方法體系主要包括由一套過程控制程序和文件構成的數(shù)字化質量管控和監(jiān)督體系、質量管控和監(jiān)督過程控制技術以及基于大數(shù)據的質量管控和監(jiān)督知識管理，其體系框圖如圖1所示。

MBD條件下質量管控和監(jiān)督體系和模式

目前，飛機制造企業(yè)均按照GJB 9001B及支撐質量管理標準建立了質量管理體系[4]，但由于質量意識和責任落實不到位、質量管理要求可操作性不強、質量管理程序復雜、質量數(shù)據獲取難度大等原因，質量體系無法真正發(fā)揮作用。在MBD條件下，將質量特性控制和質量管理流程嵌入到數(shù)字化制造流程中，使得質量數(shù)據的采集正逐漸從傳統(tǒng)的手工方式測量轉化為自動方式，數(shù)據的處理從離線事后檢查逐漸過渡為在線實時檢測，保證過程控制的有效性。

針對數(shù)字化設計制造環(huán)境下飛機研制周期緊、質量與可靠性要求高、工程更改和迭代多、試制過程超差和反復多，以及設計、試驗、試制高度并行交叉等特點，系統(tǒng)分析現(xiàn)有數(shù)字化工程有關國家標準、航空工業(yè)行業(yè)標準、型號專用規(guī)范的適用性，以研制流程和質量特性形成過程為核心，將控制要素及管理要求融入研制過程，確定MBD條件下飛機制造質量控制原則和要求，研究飛機數(shù)字制造質量管控體系結構和運行模式、異地協(xié)同制造下的質量管控體系特點和方法、基于能力中心的質量管控體系特點和方法、基于MBD的質量管控數(shù)字化網絡化體系特點和方法，建立飛機數(shù)字化質量控制規(guī)范[5]。

在制造過程質量管理方面，重點開展數(shù)字化工藝裝備、制造工藝過程、制造生產現(xiàn)場及供應商質量控制模式和方法等研究，形成包括MBD下的關鍵過程質量管理程序和標準、質量控制指南和規(guī)范、標準化作業(yè)流程手冊、飛機數(shù)字化制造質量控制規(guī)范、試驗過程質量控制規(guī)范、MBD環(huán)境下檢驗規(guī)范等多項標準規(guī)范，構成基于MBD的飛機制造過程質量控制體系。

在質量監(jiān)督方面，開展飛機研制過程技術狀態(tài)管理和控制方法的分類管理和統(tǒng)計分析、制造質量管理趨勢分析、制造過程監(jiān)督模式和技術等研究，形成包括MBD下飛機研制質量監(jiān)督工作規(guī)范和關鍵工序監(jiān)督方法的質量監(jiān)督體系。

圖1 體系框架Fig.1 System framework

每型飛機在研制過程中都會建立一個完善的總質量師系統(tǒng)，各參研單位在型號總質量師系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃、實施和領導下，在企業(yè)質量體系的框架和支持下，開展飛機型號的質量工作。研究組建跨部門，跨建制的型號質量保證組織機構的方式方法，科學、有序地實施型號研制全過程、全系統(tǒng)的質量監(jiān)控，明確質量師系統(tǒng)、參研單位各部門及各類人員職責、權限、相互關系等質量職能，逐級分解落實責任，建立與顧客以及各協(xié)作方有效溝通的機制，建立行之有效的型號質量體系文件和質量管理制度，明確質量目標、過程控制要求、措施、方法以及評價準則，將各項質量標準和控制要求轉化為各種質量保證與控制活動、措施，形成具體的實施計劃，實現(xiàn)型號各階段質量目標。在基于MBD技術的數(shù)字化制造過程中，飛機型號質量工作必須與企業(yè)質量體系融合、協(xié)調、互補，將型號質量融入企業(yè)的質量體系，保證飛機型號總質量師系統(tǒng)有效運行和飛機研制制造質量受控。

設計、制造、測試、檢驗、監(jiān)督過程有機融合，職責明確，使得監(jiān)控實時有效，將質量偏差修正嵌入研制過程，從而減少超差報廢，提高飛機質量是基于MBD技術的飛機研制過程質量控制技術和方法研究的重要內容。主要涉及到的研究包括：（1）基于產品MBD的數(shù)據流過程質量控制技術，其研究內容包含的技術點有唯一數(shù)據源的流程控制技術、飛機產品MBD數(shù)據基于成熟度的傳遞流程優(yōu)化和控制技術、研制中基于異地網絡的工程更改的優(yōu)化和控制、制造過程5類單據的流程優(yōu)化和控制； （2）數(shù)字化工藝規(guī)劃和設計過程質量控制技術，其研究內容包含的技術點有頂層工藝規(guī)劃質量評估技術、數(shù)字化裝配工藝設計與生產線布局規(guī)劃評估、數(shù)字化零件生產過程中冷熱工藝流程優(yōu)化控制； （3）基于工裝MBD的工裝研制過程質量控制技術； （4）能力中心組織模式下的制造過程質量控制技術； （5）特殊過程控制技術，研究內容除了企業(yè)常規(guī)定義的特殊過程控制外，還包括了新材料研究和應用的過程控制模式，其控制過程必須延伸到材料制造廠，因此必須綜合研究材料研制與飛機制造過程的優(yōu)化； （6）數(shù)字化特種工藝過程控制監(jiān)督模式。

以往的飛機制造主機廠對原材料、標準件、機載成品等供應商的管理是松散的，僅對供應商進行5色牌評價和體系審核，造成了由供應商引起的飛機質量問題和飛機故障居高不下，因此必須對供應商進行延伸管控，以過程方法為核心，研究飛機型號研制對供應商產品全壽命周期過程控制的要求及方法，建立對機載研制過程的統(tǒng)一管理和控制。要分別研究主機對原材料、標準件、機載成品不同類型供應商管控的模式和方法，對其產品研制過程的質量管控方法，主機軍代表對供應商軍代表的指導和協(xié)調，主機廠及軍代表對供應商質量體系的監(jiān)督等。

融合式質量管控和監(jiān)督關鍵技術

飛機研制中以數(shù)字化和網絡為基礎，在協(xié)同研制平臺的支持下，實現(xiàn)了廠所異地的協(xié)同設計制造，數(shù)字化產品預裝配、全機數(shù)字化協(xié)調、全機數(shù)字化制造已經得到了廣泛應用。

飛機零件數(shù)字化制造已經從開始的機加零件的數(shù)控加工，擴展到了鈑金零件的數(shù)字化精確成形、復合材料的數(shù)字化鋪貼/過程數(shù)字化控制等，在零件質量控制的檢驗和測試中，已經廣泛應用了數(shù)字化測量等技術和方法，但還局限于事后檢驗，因此，必須研究零件加工過程的在線檢測和補償技術[6]，糾正零件加工過程中的偏差[7]，從而提高零件的合格率。

隨著MBD技術在飛機制造中的廣泛和深層次應用，飛機裝配過程也已經研究并應用了數(shù)字化定位、調姿、自動制孔、自動鉆鉚等數(shù)字化技術[8]，飛機系統(tǒng)總裝也采用了集成在線測試、數(shù)字化精確安裝等技術，但其質量檢驗還是沿用傳統(tǒng)的人工模擬量方法，制造的準確度已經超出了檢驗所能達到的精度，因此，針對MBD技術應用于部裝、總裝和系統(tǒng)安裝與測試的條件下[9]，需研究數(shù)字化裝配質量控制、檢驗、監(jiān)督技術，系統(tǒng)數(shù)字化集成在線檢測檢驗技術，MBD條件下的系統(tǒng)精確安裝質量控制、檢驗、監(jiān)督技術，新工藝的質量控制、檢驗、監(jiān)督技術以及先進質量管理技術和方法。

在傳統(tǒng)研制模式下，質量工程及管理的一些先進工具和方法（如失效模式與影響分析（Failure Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA）、試驗設計（Design of Experiment，DOE）、統(tǒng)計過程控制（Statistics Process Control，SPC）等）一直沒有得到廣泛應用[10]，主要原因：一是質量工程技術方法本身較為復雜，缺少工具化、模塊化的手段來加以推廣；二是部分質量工程和管理技術方法與產品研制生產系統(tǒng)分離。而在數(shù)字化制造下，能夠實現(xiàn)先進質量管理技術方法和工具的模塊化，通過質量管控知識平臺，有效地整合現(xiàn)有質量管理工具，將長期積累的數(shù)據進行加工、提取，利用互聯(lián)網的大數(shù)據技術，使其變?yōu)橛杏玫闹R，同時充分利用先進的質量理念、知識、技術和工具，并將其融入到飛機制造的整個過程中，將過去質量管理的事后統(tǒng)計變?yōu)橥ㄟ^數(shù)字化和知識支撐的事前預防和事中過程控制，從而實現(xiàn)質量管理水平和效能的穩(wěn)步提升，提高飛機整機質量。

要建立基于大數(shù)據的質量知識管理系統(tǒng)[11]，必須先從分析航空制造企業(yè)的特點和飛機研制質量知識入手，研究航空制造企業(yè)飛機研制質量知識的分類技術和特征提取技術，按照標準、體系文件、方法、技術、典型案例等對質量知識進行分類，研究這些知識的應用頻度、應用過程、應用范圍、應用時間等，明確各類知識對飛機制造質量的貢獻率，研究知識的應用和創(chuàng)新機制，在此基礎上，基于互聯(lián)網大數(shù)據技術構建質量知識管理系統(tǒng)架構。

飛機研制過程MBQ設想

飛機制造企業(yè)雖然在近幾年新機的研制中初步探索了數(shù)字化質量管理技術，制定了部分數(shù)字化質量管理制度，并建立了DCE設計制造協(xié)同平臺，但還存在制度不完善、平臺數(shù)據不全面，以及數(shù)字化還是離散地應用在產品制造過程中，造成了信息冗余量大、難以集成共享等問題，制約了數(shù)字化設計制造在產品制造過程中的深入應用，直接影響著數(shù)字化應用的效率和水平。

基于MBD的飛機研制質量管控設想是：建立基于MBD的質量管控平臺系統(tǒng)，以基于大數(shù)據的質量知識、基于MBD的質量規(guī)范和標準為基礎支撐，實現(xiàn)覆蓋飛機制造全過程、全方位的質量監(jiān)督管理，實現(xiàn)一站式登陸管理與服務。通過管控平臺系統(tǒng)，完成質量管理平臺中各類信息的有機集成，以滿足單機質量檔案管理及質量管理體系的綜合評價，實現(xiàn)對產品全壽命周期的質量管理與控制。既有質量體系管理、質量綜合管理、數(shù)字測量信息管理、無損檢測信息管理、產品質量信息（如5類單據、更改信息等）等，更重要和關鍵的是要管理和控制過程信息和信息形成的過程，實現(xiàn)基于MBD的飛機形成過程的質量管理和控制、基于MBD的飛機質量過程監(jiān)督和控制；還重點包括工藝技術文件編制過程的質量控制和可操作性驗證、零件生產過程的在線檢測和自動補償、數(shù)字化裝配生產線上的在線檢測和調整、系統(tǒng)安裝和調試過程中的數(shù)字化/集成化在線檢測等。

基于模型的飛機研制過程質量管控可以用圖2描述。

圖2 基于模型的飛機研制過程質量管控系統(tǒng)Fig.2 Aircraft development process quality control system based on model

結束語

質量知識管理系統(tǒng)不能孤立運行，而應該與企業(yè)的質量管控系統(tǒng)有機集成，將質量知識的應用和創(chuàng)新融入到整個質量的管控和監(jiān)督過程中。企業(yè)的質量管控系統(tǒng)也不能孤立運行，而應該與企業(yè)的產品數(shù)據管理、企業(yè)資源計劃管理、協(xié)同制造等系統(tǒng)有機集成，使得質量工作與飛機制造的工藝技術、生產、管理過程融合和協(xié)同，從而才能使得飛機制造過程可控，保證飛機質量。

[1] 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 卓越績效評價準則: GB/T 19580-2012[S]. 北京: 中國標準出版社, 2012:1-10.

General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China. Criteria for performance excellence: GB/T 19580-2012[S].Beijing: Standards Press of China, 2012:1-10.

[2] 全國質量管理和質量保證標準化技術委員會. 質量管理體系要求: GB/T 19001-2008[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008:1-22.

National Quality Management and Quality Assurance Standardization Technical Committee.Quality management systems-requirements: GB/T 19001-2008[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008:1-22.

[3] 總裝電子信息產業(yè)基礎部, 國防科技工業(yè)局科技與質量司. 質量管理體系要求:GJB 9001B-2009[S]. 北京：中國人民解放軍總裝備部, 2009:1-41.

General Assembly Electronic Information Industry Base, Department of Science and Technology and Quality, National Defense Science and Technology Industry Bureau. Quality Management Systems-Requirements: GJB 9001B-2009[S]. Beijing: General Armament Department of the Chinese People’s Liberation Army, 2009:1-41.

[4] 國防科學技術工業(yè)委員會. 質量體系—生產、安裝和服務質量保證模式: GJB/Z 9002-1996[S]. 北京：國防科學技術工業(yè)委員會, 1996.

Defense Science and Technology Industry Committee. Quality system-production,installation and service quality assurance model:GJB/Z 9002-1996[S]. Beijing: Commission of Science, Technology and Industry for National Defense, 1996.

[5] 張新國. 新科學管理[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2013.

ZHANG Xinguo. New scientific management[M]. Beijing: China Machine Press,2013.

[6] 王凱, 許建新, 王成, 等. 可定制的產品模型質量檢查系統(tǒng)研究[J]. 航空制造技術, 2015(15):139-143.

WANG Kai, XU Jianxin, WANG Cheng,et al. Research on quality check system of customized product model[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2015(15):139-143.

[7] 黃紹娟, 盛伯浩. 未來機床制造業(yè)發(fā)展探悉[J]. 航空制造技術, 2014(11):42-46.

HUANG Shaojuan, SHENG Bohao.Resolve of development of future machine tool manufacturing[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2014(11):42-46.

[8] 何勝強. 大型飛機數(shù)字化裝配技術與裝備[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2013.

HE Shengqiang. Digital assembly technology and equipment for large aircraft[M]. Beijing:Aviation Industry Press, 2013.

[9] 宋利康, 鄭堂介, 黃少華, 等. 飛機裝配只能制造體系構建及關鍵技術[J]. 航空制造技術, 2015(13):40-45.

SONG Likang, ZHENG Tangjie, HUANG Shaohua, et al. Aircraft intelligent assembly manufacture system construction and its key technology[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2015(13):40-45.

[10] 孫奕捷, 張元, 李敬. 航空器設計/制造單位故障、缺陷原因分析模型研究[J]. 航空制造技術, 2015(15):148-152.

ZHANG Yijie, ZHANG Yuan, LI Jing.Study on fault and defect cause analysis model for aircraft design and manufacturing organization[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2015(15):148-152.

[11] 維克托·邁爾·舍恩伯格, 肯尼思·庫克耶. 大數(shù)據時代[M]. 盛楊燕, 周濤, 譯.杭州: 浙江人民出版社, 2013.

VICTOR M S, KENNETH K. Big data[M].SHENG Yangyan, ZHOU Tao, Trans. Hangzhou:Zhejiang People’s Publishing House, 2013.