牛帥帥、杜建國、秦俊、駱新營、常軍 /山西航天清華裝備有限責(zé)任公司

隨著工業(yè)制造4.0、中國制造2025 的穩(wěn)步推進(jìn)，數(shù)字化制造已成為制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在黨的十九大報告中，習(xí)近平總書記首次提出了“數(shù)字中國”的概念，并在主持中央政治局就國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略進(jìn)行的第二次集體學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)“加快建設(shè)數(shù)字中國”“構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟(jì)”；航天科技集團(tuán)第七次工作會做出“形成數(shù)字航天框架，發(fā)展效率和效益大幅提升，初步建成世界一流航天企業(yè)集團(tuán)”戰(zhàn)略部署，提出了“建設(shè)數(shù)字航天，推動航天數(shù)字化產(chǎn)品、數(shù)字化研制、數(shù)字化管理和數(shù)字化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展”，將“到2020 年全面完成‘十三五’規(guī)劃目標(biāo)，形成數(shù)字航天框架，到2030 年，基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字航天”作為戰(zhàn)略安排；在“數(shù)字一院1.0”總體方案報告中也提出了“數(shù)字一院”的戰(zhàn)略部署，實(shí)現(xiàn)“經(jīng)營管控信息化、科研生產(chǎn)數(shù)字化、信息基礎(chǔ)平臺化”建設(shè)目標(biāo)。

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司作為航天制造企業(yè)，是我國制造業(yè)的排頭兵，必然向著數(shù)字化制造方向邁進(jìn)。在“科研生產(chǎn)數(shù)字化”目標(biāo)建設(shè)中，數(shù)字化精益工藝設(shè)計是數(shù)字化制造的基礎(chǔ)，面對數(shù)字化航天制造的需求，公司已在前期進(jìn)行了精細(xì)化工藝及通用工藝設(shè)計，為數(shù)字化精益工藝設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了在精益工藝設(shè)計上的零突破。

精益工藝設(shè)計必須依托數(shù)字化設(shè)計平臺來實(shí)現(xiàn)，雖然公司目前已具備了基于TC 的數(shù)字化系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅僅解決了精益工藝設(shè)計及數(shù)字化制造工具有無的問題，還缺乏重要及核心的工藝技術(shù)知識積累，因此，著手搭建數(shù)字化精益工藝設(shè)計平臺并實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)字化精益工藝設(shè)計能力就顯得尤為重要。

工藝人員頻繁更替，原則上一名新進(jìn)工藝人員至少需要6 個月至1 年的時間才能對產(chǎn)品有所了解并進(jìn)行簡單產(chǎn)品的工藝設(shè)計，而產(chǎn)品的生產(chǎn)周期也僅有1 年，實(shí)際情況是新進(jìn)工藝人員往往在能力不足的情況下即開始進(jìn)行產(chǎn)品的工藝設(shè)計，因此，在工藝設(shè)計時，不僅設(shè)計效率低，漏項(xiàng)或錯項(xiàng)現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，對校對和審核人員造成了過重的負(fù)擔(dān)，最終效果是事倍功半；同時，各類質(zhì)量問題頻繁出現(xiàn)，且質(zhì)量問題發(fā)生后，只有當(dāng)事人最清楚事情原委，廠內(nèi)對質(zhì)量問題舉一反三不足，其余人員則知悉程度不夠，且隨著時間的推移而遺忘，在新產(chǎn)品工藝設(shè)計時，質(zhì)量問題無法得到很好的舉一反三。

一、工作與實(shí)踐

1.現(xiàn)狀調(diào)查

公司自2017 年以來，承擔(dān)的產(chǎn)品種類及數(shù)量成數(shù)倍增長，但交付周期卻越來越緊，從下發(fā)任務(wù)分工到產(chǎn)成品交付，周期最長也僅有1 年左右，每次生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)后，整車數(shù)千個零部件給工藝人員進(jìn)行工藝設(shè)計的時間也僅有1 個月，而BOM 搭建和數(shù)據(jù)處理工作就要占據(jù)工藝設(shè)計時間的1/3，工藝人員進(jìn)行工藝設(shè)計的時間僅剩20 天。

工藝人員頻繁更替，原則上一名新進(jìn)工藝人員至少需要6 個月至1 年的時間才能對產(chǎn)品有所了解并進(jìn)行簡單產(chǎn)品的工藝設(shè)計，而產(chǎn)品的生產(chǎn)周期也僅有1 年，實(shí)際情況是新進(jìn)工藝人員往往在能力不足的情況下即開始進(jìn)行產(chǎn)品的工藝設(shè)計，因此，在工藝設(shè)計時，不僅設(shè)計效率低，漏項(xiàng)或錯項(xiàng)現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，對校對和審核人員造成了過重的負(fù)擔(dān)，最終效果是事倍功半；同時，各類質(zhì)量問題頻繁 出 現(xiàn)， 且質(zhì)量問題發(fā)生后，只有當(dāng)事人最清楚事情原委，廠內(nèi)對質(zhì)量問題舉一反三不足，其余人員則知悉程度不夠，且隨著時間的推移而遺忘，在新產(chǎn)品工藝設(shè)計時，質(zhì)量問題無法得到很好的舉一反三。

經(jīng)統(tǒng)計，僅2019 年，工藝人員編制各類報告多達(dá)230 余項(xiàng)，報告數(shù)量多，每次給工藝人員編制報告的時間非常有限，一般不超過1 周，有的報告編制甚至只有半天至1 天的時間，再加上工藝報告種類多，有20 余種，報告編制人員對每個報告的理解不盡相同，報告編制時難免出現(xiàn)漏項(xiàng)、多項(xiàng)或錯項(xiàng)的現(xiàn)象，給參會專家留下了不好的印象。

工藝人員在進(jìn)行新產(chǎn)品工藝設(shè)計時，要求工藝人員有非常廣的知識面，包括原材料、金屬切削及成型、鈑金加工、金屬聯(lián)接等九大技術(shù)專業(yè)，同時對每個專業(yè)相關(guān)的知識都有一定程度的了解，如圖1 所示。目前現(xiàn)狀是崗位需求和人員配套之間非常不平衡，尤其是對于關(guān)重產(chǎn)品，更需要工藝人員過硬的技術(shù)水平，同時關(guān)重產(chǎn)品往往還需要進(jìn)行大量工藝試驗(yàn)才能摸索出加工參數(shù)等，試驗(yàn)周期長，對交付周期造成一定影響，各類問題的占比情況如圖2 所示。

圖1 機(jī)械加工工藝技術(shù)專業(yè)結(jié)構(gòu)樹

圖2 各類問題占比圖

2.對策實(shí)施

（1）開展典型工藝梳理，實(shí)現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計

經(jīng)過t檢驗(yàn)，兩組治療前單項(xiàng)癥狀評分比較無顯著性差異（P＞0.05），具有可比性，治療后單項(xiàng)癥狀評分比較，P＜0.05，說明中藥治療組療效優(yōu)于西藥治療組（見表2）。

對制造工藝按專業(yè)及產(chǎn)品類別進(jìn)行細(xì)分，一方面設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)工藝模板，脫離具體產(chǎn)品，以相似的加工方法、加工特征，按照專業(yè)劃分提煉出可以直接選用的一系列基礎(chǔ)工藝，以便在進(jìn)行精細(xì)化工藝設(shè)計時直接選用；另一方面進(jìn)行模塊化工藝設(shè)計，將數(shù)控加工、焊接、熱表處理、裝配等工藝設(shè)計過程與典型工藝庫、典型工序或術(shù)語庫、工藝參數(shù)庫、工藝知識庫、工藝仿真等活動集成起來，實(shí)現(xiàn)快速、智能的模塊化工藝設(shè)計。

（2）建立工藝結(jié)構(gòu)化設(shè)計準(zhǔn)則，推進(jìn)工藝數(shù)據(jù)庫、知識庫建設(shè)

通過分析工藝文件編制、工藝文件使用的相關(guān)需求，從工藝文件架構(gòu)結(jié)構(gòu)化和工藝要素的結(jié)構(gòu)化兩方面，研究提出典型專業(yè)、典型產(chǎn)品工藝文件結(jié)構(gòu)化設(shè)計準(zhǔn)則及格式模板，同時積極推進(jìn)工藝數(shù)據(jù)庫、知識庫的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)快速工藝設(shè)計，提高工藝設(shè)計效率、正確率及工藝文件設(shè)計的一致性。

（3）編制各類報告模板，提高報告編制的效率及質(zhì)量

通過查閱標(biāo)準(zhǔn)及上級文件，對常用報告模板進(jìn)行編制并統(tǒng)一格式，對模板中報告編制事項(xiàng)進(jìn)行規(guī)范化，報告編制內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，在報告編制時實(shí)現(xiàn)模塊化，對通用內(nèi)容進(jìn)行刪減即可，對專用內(nèi)容分類填寫，提高報告編制效率和質(zhì)量。

（4）建立工藝仿真規(guī)范，形成虛擬驗(yàn)證能力

工藝仿真是提升工藝設(shè)計水平，降低工藝過程風(fēng)險，節(jié)約生產(chǎn)制造資源的有效手段，通過梳理我公司應(yīng)用相對較多、效果相對較好的典型制造專業(yè)，進(jìn)行以數(shù)控加工、焊接、熱處理及裝配為主的工藝仿真工作，形成工藝仿真規(guī)范和數(shù)據(jù)庫，對實(shí)施工藝仿真的時機(jī)、對象、流程、方式方法、邊界條件等進(jìn)行規(guī)范，形成工藝仿真標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)重產(chǎn)品的仿真覆蓋。

（5）搭建數(shù)字化精益工藝設(shè)計平臺，初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精益工藝設(shè)計能力

典型工藝設(shè)計：公司內(nèi)現(xiàn)涉及機(jī)加、裝配、焊接、噴漆、發(fā)泡等典型工藝，涉及車削、銑削、表面處理等典型工序，通過梳理初步完成涵蓋各類試料、軸類、盤類零件機(jī)加，裝配、焊接、熱處理等典型工藝439 項(xiàng)，針對熱處理典型工藝，分別按常用材料進(jìn)行細(xì)化進(jìn)一步提高工藝設(shè)計效率，同時，完成涵蓋銑削、拋光、表面處理等典型工序12 項(xiàng)。

二、實(shí)踐效果

1.標(biāo)準(zhǔn)工藝、典型工藝設(shè)計

典型工藝設(shè)計：公司內(nèi)現(xiàn)涉及機(jī)加、裝配、焊接、噴漆、發(fā)泡等典型工藝， 涉 及 車削、銑削、表面處理等典型工序，通過梳理初步完成涵蓋各類試料、軸類、盤類零件機(jī)加，裝配、焊接、熱處理等典型工藝439 項(xiàng)，針對熱處理典型工藝，分別按常用材料進(jìn)行細(xì)化進(jìn)一步提高工藝設(shè)計效率，同時，完成涵蓋銑削、拋光、表面處理等典型工序12 項(xiàng)。

公司典型工步（術(shù)語庫）涉及裝配、機(jī)加、熱處理、表面處理、噴漆等，已初步完成裝配、機(jī)加、熱處理等典型工步內(nèi)容的編制，共計296 項(xiàng)。

2.工藝知識庫的建立

初步建成了涵蓋工藝工作管理要求、日常工作指導(dǎo)書、通用參考資料、工藝常用標(biāo)準(zhǔn)、典型培訓(xùn)資料、舉一反三知識庫、典型質(zhì)量案例、工藝參數(shù)庫等20 余項(xiàng)內(nèi)容的工藝知識庫。

完成機(jī)加（如各切削參數(shù)、刀具參數(shù)等）、焊接（如焊接參數(shù)）等常用加工工藝參數(shù)的整理和上傳，TC 設(shè)置工藝參數(shù)庫，目前焊接通用工藝編制40 項(xiàng)，機(jī)加通用工藝編制34 項(xiàng)，包括焊接方法、焊接類別、焊接參數(shù)、機(jī)加參數(shù)、刀具類型等常用參數(shù)內(nèi)容，方便車間操作者選用。

初步建成由各類歸零報告、技術(shù)分析報告等組成的故障案例庫，共計40 余項(xiàng)，并按《產(chǎn)品歸零項(xiàng)目舉一反三要點(diǎn)》模板進(jìn)行知識點(diǎn)的提煉、匯總及上傳，方便工藝人員隨時查閱，預(yù)防類似問題的發(fā)生。

3.工藝仿真能力建設(shè)

公司針對機(jī)加、焊接、熱處理仿真內(nèi)容，舉辦了2 次仿真大賽，包括熱處理仿真溫度應(yīng)力變化、復(fù)雜零部件的車銑加工、產(chǎn)品總裝模擬、各類接頭焊接過程仿真等，使工藝人員對仿真軟件初步得到了熟悉，為后續(xù)工藝仿真的時機(jī)、對象、流程、方式方法、邊界條件等進(jìn)一步規(guī)范奠定了基礎(chǔ)，同時完成了機(jī)加仿真標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)力仿真標(biāo)準(zhǔn)、焊接仿真標(biāo)準(zhǔn)、模裝仿真標(biāo)準(zhǔn)、熱處理仿真標(biāo)準(zhǔn)的制定，在進(jìn)行工藝仿真的同時，結(jié)合產(chǎn)品工藝特點(diǎn)，形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步提高公司仿真能力建設(shè)。

4.報告模板編制

為實(shí)現(xiàn)各類工藝報告模板的固化，形成格式化內(nèi)容，保證報告的完整性和一致性，提升報告編制效率和質(zhì)量，將單據(jù)和報告進(jìn)行模塊嵌入，通過新建各類報告模板，將相關(guān)名稱、文件編號、階段標(biāo)記等各項(xiàng)內(nèi)容填寫完整，通過電子流程，完成相關(guān)簽署，目前已完成所有工藝報告25 項(xiàng)模板的編制，見表1。

表1 報告模板完成情況匯總

5.搭建數(shù)字化精益工藝設(shè)計平臺，初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精益工藝設(shè)計能力

在進(jìn)行新產(chǎn)品工藝設(shè)計時，針對典型零部件可通過選擇典型工藝進(jìn)行創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后只須對典型工藝內(nèi)容進(jìn)行修改即可，保證工藝的一致性，同時可快速提供工藝編制效率。

將機(jī)加、焊接、熱表處理、總裝等工藝設(shè)計過程與典型工藝庫、典型工序或術(shù)語庫、工藝參數(shù)庫、材料特性庫、工藝知識庫、基礎(chǔ)制造資源庫、工藝仿真等活動集成起來，實(shí)現(xiàn)快速、智能的模塊化工藝設(shè)計，將模塊化工藝設(shè)計落實(shí)在產(chǎn)品中，以熱處理工藝為突破口，通過熱處理方式、材質(zhì)、工件形狀、熱處理爐等要素分類、選用及工藝處理，達(dá)到自動生成熱處理工藝的目的，目前已完成公司內(nèi)常用材料熱處理方法的參數(shù)收集和整理。

三、后續(xù)思路

企業(yè)發(fā)展追求的是利益最大化，一個企業(yè)的工藝設(shè)計水平?jīng)Q定了企業(yè)未來發(fā)展的高度，只有工藝設(shè)計精益化，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)精益化，因此推行精益工藝設(shè)計工作對于企業(yè)發(fā)展而言至關(guān)重要。

公司在精益工藝設(shè)計工作上，充分結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)，提高工藝設(shè)計的科學(xué)性、有效性和設(shè)計效率。利用精益工藝設(shè)計平臺，新進(jìn)廠工藝人員在進(jìn)行工藝設(shè)計時，通過對工藝知識庫中定型問題的學(xué)習(xí)，可以盡快地融入新的工作崗位，最大限度地選用典型工藝、典型工步，引用典型術(shù)語庫，引用報告模板，通過精益工藝設(shè)計，提高工藝設(shè)計效率，降低典型零部件的工藝設(shè)計差錯率，提高報告編制效率，節(jié)省新人培訓(xùn)時間。

雖然目前公司在精益工藝設(shè)計工作上取得了一定的成績，但是，與國外先進(jìn)生產(chǎn)制造工藝相比還存在非常大的差距，后續(xù)還要在數(shù)字化精益工藝設(shè)計上繼續(xù)開展工作，進(jìn)一步推進(jìn)工藝設(shè)計的數(shù)字化、智能化，提高工藝設(shè)計效率和質(zhì)量，滿足產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率的交付需求。