军用电连接器数字化生产过程质量控制研讨

2016-01-29杨奋为

机电元件 2015年2期

关键词：质量控制数字化

杨奋为

(上海航天技术研究院808研究所)

军用电连接器数字化生产过程质量控制研讨

杨奋为

(上海航天技术研究院808研究所)

摘要：本文在阐述影响军用电连接器产品质量一致性因素和我国军用电连接器数字化生产过程质量控制现状的基础上，分析比较了我国与发达国家军用电连接器生产模式的差异，指出了实现我国军用电连接器数字化生产过程质量控制的关键要点，并提出了有关建议。

关键词：军用电连接器；数字化；质量控制

1引言

军用电连接器是组成飞机、导弹、舰艇等武器系统用量最多的通用电子元器件。在军用武器装备和各类电子系统中，连接器是连接器件与组件、组件与单机、单机与单机、系统与系统必不可少的基础元件。在航空、航天、兵器、舰艇等军用武器装备中起着电气连接、传输能量和信号的重要作用。军用电连接器的特点：一是品种规格多，为各种军用装备配套往往需量身定制特殊尺寸或增加附件；二是功能各异，需满足各种型号特定的电学、力学和环境条件，工作条件十分苛严和恶劣；三是性能要求高；需抗腐蚀、耐潮性、髙加速度、冲击和振动、高低温、低气压、防沙尘、防霉菌、阻燃、耐辐照、耐真空释气等，以适用于各种不同军事环境；另外，还有研制生产周期短和小批量、多品种等特点。其品质直接关系军用装备的性能与质量，任何一个接点失效都将导致整机系统失效的严重后果。美国航天失效故障统计元器件故障率占40%。其中，约20～30%故障为电连接器所致。我国航天史上曾因电连接器失效而延误发射。

军用电连接器生产过程具有物理/化学反应的混杂系统、原材料和工况等不确定性、客户定制和快速产品的响应能力等特点。目前，军用电连接器生产企业高端设备对外依存度高，关键支撑的核心技术及材料主要依赖进口，工业化与信息化融合度低。面对高密度、小型化、高可靠、耐环境、混装、多功能、抗干扰和高速传输等军用电连接器新的发展趋势，采用传统的单纯提高精度或速度为指标，数字化、智能化生产过程优化度较低的生产模式已不适应。根据未来制造业智能化发展趋势，国家科技发展“十二五”智能制造专项规划中指出：到2018年，重点行业大中型企业工业化与信息化融合度处于提升阶段，将达到80%以上。故军用电连接器生产企业必须以数字化、柔性化及系统集成技术为核心，提升工业化与信息化融合度，优化大规模批量生产过程质量控制方式，才能满足各种军用武器装备的个性化需求。

2影响军用电连接器产品质量一致性因素

现代产品质量定义是指能满足用户对产品使用要求所具有的属性。根据其属性可分为设计质量、性能质量和服务质量三方面。通常产品质量可把产品的适用性或用户的要求，归纳为六个基本目标：即性能、可靠性、安全性、适用性、经济性和时间性(见图1)。

图1　现代产品质量定义及基本目标

1) 性能包括使用性能要求(额定电压、额定电流、接触电阻、屏蔽性等电参数) 、外观和感官性能要求(零件和成品的表面质量、尺寸偏差、视觉和手感) 、理化性能要求(零件化学成分、组织结构、状态、力学性能，镀层厚度、致密性和结合力检验，成品装配后各项力学性能检验) 。

2) 可靠性包括可靠性要求(机械寿命、失效率、可靠度等) 、维修性要求(可维修的难易程度) 。

3) 安全性包括安全要求(耐压、绝缘电阻、阻燃) 、卫生要求(无毒、无有害气体释放) 、环境保护要求(零件表面处理过程中的三废排放处理) 。

4) 适应性包括稳定性要求(操作适宜性、防误插、定位锁紧功能) 、环境条件要求(温度、湿度、气压、辐射、电磁干扰、盐雾、振动、冲击、碰撞等) 。

5) 经济性包括性价比要求(质量等级) 根据使用部位合理选用不同型别和质量等级。

6) 时间性包括及时性要求(交货周期、进度、售后服务和维修质量和速度) 。

产品质量一致性，可理解为这六个质量特性波动性的大小程度；波动性小，一致性好。反之，波动性大，一致性差。导致军用电连接器生产过程质量波动的因素错综复杂，如原材料性能差异、加工机械设备及测试仪器的误差和波动、操作人员的不稳定性、工艺方法或参数的变更、环境温湿度变化等都可能影响产品质量。通常可把这些影响因素概括为5M1E，即材料(Material)、设备(Machine)、方法(Method)、操作者(Member)、测量(Measurement) 、环境 (Environment) 。

质量管理主要任务之一是要稳定生产过程由于偶然性原因造成的随机波动或误差，消除生产过程由于异常原因造成的系统波动或误差。

影响军用电连接器生产过程质量因素具体体现在以下四方面：

1. 制订产品标准；

2. 产品质量检验；

3. 优化产品生产流程；

4. 加强人员管理培训。

军用电连接器生产过程质量控制重点是技术和人员两方面。技术方面目前我国产品设计标准规范、详细规范、生产流程、制造工艺文件、加工生产设备和检测仪器等软硬件缺少原创，绝大部分依靠引进。人员方面主要取决于操作者、管理者和其相关人员的工作质量、综合素质和水平。

实践证明，面对军用电连接器小型化、髙密度、髙可靠、多功能、混装、髙速传输等新的发展趋势和小批量、多品种、复杂多变的生产任务。没有先进科学的生产设备和检测仪器，仅依靠人的因素采用传统的全员质量管理“严防死守”事后检验，难以保证产品的固有可靠性。例如检测髙密度、小型化超微矩形电连接器用的绞线式插针镦粗后直径(图2、图3)和检测微小的表面贴装电连接器接触件间距(图4、图5)，用游标卡尺无法测量，用传统的工件显微镜、形状测量仪和投影仪测量费工费时，而采用智能化的图像尺寸测量仪，工件放置后仅按一键，5秒即可测量出数据，大幅缩短测量时间，检测绞线式插针镦粗后直径为0.4205mm，检测表面贴装连接器接触件间距为0.2107mm，检测精度可达0.1μm。

图2　0.2mm绞线式插针

图3　测量绞线镦粗直径为0.4205mm

图4　表面贴装电连接器

图5　测量接触件平均间距为0.2107mm

材料品质和工艺技术集成度是决定产品质量一致性的关键因素。发达国家凭借优质材料和高度自动化零部件加工和装配技术，配上先进的柔性加工和在线质量控制技术，有效地控制全生产过程质量，在实现大规模、高效率、低成本批量同时，保证了产品的质量一致性，而我国许多企业质量管理重点至今还停留于产品完工后的传统“三检”，不能从产品质量的事后检验转移到对生产过程质量控制，不能从管“结果”转移到管“原因”。这也是目前我国与进口同类军用电连接器存在明显差距的重要原因。企业必须优化生产流程，提高生产过程技术集成度和数字化、智能化制造设备和检测仪器应用水平，才能保证新型军用电连接器产品质量和可靠性。

3我国军用电连接器数字化生产过程质量控制现状

信息网络技术将对军用电连接器传统生产方式带来的革命性变化。信息网络技术与传统的军用电连接器制造业正在相互渗透和深度融合，深刻改变产业组织方式，催生形成新的企业生产方式和管理模式。回顾数字化技术在我国军用电连接器生产领域的应用和发展历程，与网络信息技术在日常生活中应用相比，不论是应用的深度和广度方面目前都还存在很大差距。

军用电连接器数字化生产过程质量控制的应用历史可追遡到上世纪九十年代初期。当时，螺纹连接锁紧的圆形电连接器插合、分离过程中经常产生金属多余物，曾一度严重危及航天等髙可靠电连接器的使用可靠性。随后，在国家有关部委重视和支持下，数控机床和加工中心的引进，极大提髙和改善了电连接器壳体等关键零件的加工精度和质量一致性，明显减少了电连接器插合、分离过程中产生金属多余物的概率。

本世纪初，随着改革开放的深入和国家重点工程配套急需，部分军用电连接器生产企业陆续引进自动冲压、注塑、电镀和装配等智能化生产线，应用数字化的柔性监控加工和在线检测技术，提高了产能和质量一致性，且减轻工人劳动强度和节省制作成本。例如，796厂为满足迅猛发展的通讯工程对背板电连接器的需求，在掌握复合电镀、连续压塑、自动装配等新工艺基础上，依靠数字化技术支撑，建成了日产数十万套的背板电连接器生产线，取得了很好的经济效益和社会效益。

扬州精艺机电设备有限公司研制的数控加工专用机床，昆山德来福工业自动化有限公司研制的自动装配设备等国产数字化工艺装备，相继成功应用于航空、航天和信息等系统许多电连接器生产企业，在提髙产品生产效率和质量一致性同时，极大地改善了操作者劳动强度，开创用国产数字化工艺装备代替进口的先河，取得了可喜发展和令国人振奋的业绩。

采用从美国、日本等发达国家引进的数字化自动检测仪器，能十分便捷地进行外观和尺寸检验。一次插合，即能自动进行多回路导通、接触电阻、绝缘和耐压等电性能参数检验，并可同步在被检产品上打上带有条码的合格标签，通过条码可实现产品所有信息跟踪。在进行产品出入库时，直接通过扫描合格证条码实现库存管理，在装配现场可直接扫描合格证条码来实现装配记录的跟踪，大大地简化和方便了现场操作，提高了管理效率。

航天等电连接器企业采用PDM(产品数据管理)，管理产品整个生命周期内的全部数据。工程技术人员除根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的动态管理。

建立企业资源计划(ERP)系统，对企业的所有资源(物流、资金流、信息流、人力资源)进行整合集成管理，采用信息化手段实现企业生产控制(计划、制造)、物流(分销、采购、库存管理)和财务(会计核算、财务管理)供销链管理，达到对供应链上的每一环节实现科学管理。

目前，我国军用电连接器生产过程的技术集成度和产品系列化、标准化总体水平较低，产品标准编制滞后于实际产品研发，特别是在市场经济利益驱动下，电连接器生产企业要满足来自不同行业系统、各种不同型号产品的配套需要，只要用户提出需要什么，就生产什么。

登陆各家企业网站“产品展示栏”或浏览各家企业“产品样本”，相同型谱、设计结构、功能和用途的电连接器，往往在不同生产厂有不同的型号命名方法，并按各自企业军标接受订货，组织生产。我国军用电连接器产品生产通常以小批量、多品种的非连续生产方式进行，使参照美军标制定的国军标，在质量保证规定部分有多处不适合我国实际情况。

军用电连接器产品是若干技术组合的结果，按生产流程或中间产品的上下游关系往往形成一个技术链，见图6所示。

图6　军用电连接器生产流程形成的技术链

军用电连接器技术集成创新的重要特征是寻求最大限度满足军用装备配套的市场需求和可供的最优技术资源的匹配性，实现技术链上的材料技术、工艺技术、装备技术和检测技术等全部技术的复杂组合。实现军用电连接器数字化生产的基础条件是产品的标准化、通用化和系列化。

军用电连接器生产技术链上，许多涉及数字化技术应用的产品设计标准、关键材料、工艺装备和检测仪器至今都依靠引进。例如，日本NAC公司研制用于电连接器电缆组件导通、瞬断、绝缘和耐压等常规电性能自动检测仪器，现广泛应用于我国许多军用电连接器生产企业的产品在线监测和质量检验。在我国市场销售形势一直看好，开始是全进口，现改为在中国组装仍经常断货供不应求，我国紧缺的就是这些核心技术。军用电连接器标准、材料、工艺和检测等基础共性技术研究的落后和薄弱，已成为我国今后实现军用电连接器数字化生产发展的瓶颈。

目前，我国承担军用电连接器生产企业对网络化制造的好处都有共识，在数字化生产软硬件应用方面也取得了不同程度成效，但由于长期以来国家只重视研究成果，不重视取得成果的基础和过程，忽视标准、材料、工艺基础技术研究，导致我国军用电连接器标准、材料、工艺等基础的共性技术研究十分落后和薄弱。

我国军用电连接器企业必须通过和设计、材料和工艺设备等外部资源全面整合，形成开放的产品技术总成系统，掌握这些最基础的核心技术才能使国产军用电连接器质量和可靠性水平逐步接近和达到国外先进水平。

举世瞩目的国产商用飞机、空间站、髙铁和航母等重点工程项目都要靠最基础的技术来支撑。目前，这些重点工程项目选用相当数量进口电连接器，髙铁进口电连接器用量高达85%。要实现国产替代进口，必须要靠最基础的技术来支撑，而这些都需有人潜下心花十年、二十年坚持不懈的努力研究，要让这些人看到回报。

这就需要整个社会形成对包括军用电连接器在内的基础制造业的重视，甚至是尊重的氛围。要提倡和逐步积累这种企业文化，实现中华民族复兴大业，决定了不能摒弃制造业，资本必须回到制造业来，必须以实体经济为主。国家必须想办法给出政策导向，让投入军用电连接器核心技术基础研究的企业能赚钱。

4我国与发达国家军用电连接器生产模式差距

目前，进口的德驰等世界名牌电连接器的外观、机械、电气和环境等总体质量水平，要优于已拥有部分数字化加工设备和检测仪器的航空、航天、信息等系统龙头企业生产的国产电连接器。拥有部分数字化加工设备和检测仪器的航空、航天、信息等系统龙头企业的国产电连接器总体质量水平，要优于虽承担军用电连接器生产任务，但生产设备相对落后、数字化生产技术应用水平较低的企业。

MIL26482、MIL38999等美军标规定是以大规模连续批生产为制定依据的，大批量、连续批生产，生产工艺及生产过程控制的稳定性，使产品质量一致性周期检验(24个月或36个月)成为可能。而我国军用电连接器生产是以满足型号研制任务配套需求来选择确定品种、规格和数量。特点是多品种、小批量、非连续生产和孤立批验证，其质量考核都以交货检验和周期检验同时做，合格后用户提货结束合同关系。

产品质量一致性与生产技术集成度、规模和数量有关。我国军用电连接器往往多品种、小批量、非连续生产为主，生产规模小、技术集成度低。这是造成我国军用电连接器质量和可靠性与国外先进水平存在差距的原因之一。

笔者最近观看瑞士Preci-Dip制作接触件及连接器的视频资料后感触颇深。该公司依靠先进的设计、优质的材料、杰出的精细加工技术和富有创新精神的研发团队，集聚了由全球性物流网络支持的专业技术、资质、髙产、灵活性和面向客户的宗旨，不断将客户的理念和想象转换成现实。在定制设计方面，该公司的强大优势变得更为明显。材料的质量保证、工程技术人员的专业知识和自主研发的生产设备和设计能力等，在构筑面向客户完全受控的一站式生产制造过程中作用都发挥得淋漓尽致。现已成为髙度技术集成、每周接触件生产能力达1.5亿个、世界顶级品牌接触件工业化生产的领头羊。

联想到目前我国军用电连接器生产现状，我们应学习借鉴发达国家技术集成创新的成功经验，将互联网理念扩展到军用电连接器生产和服务领域，促进军用电连接器生产企业和用户能实时互动，使企业生产出的产品不再大量类同而是更具个性化。网络企业为适应快速多变的市场机遇，通过整合企业流程和供需链，充分利用企业内外部的资源，来满足客户多样化、个性化、及时化的需求。提髙军用电连接器，特别是接触件等关键核心零件的技术集成度。

分析我国与发达国家军用电连接器生产模式差距得到以下启示：

1) 数字化、智能化的柔性生产过程质量控制是保证军用电连接器产品质量和可靠性的关键。

2) 高度技术集成、大规模、连续、标准化生产是实现军用电连接器数字化生产过程质量控制的基础和前提。

3) 互联网、物联网、服联网为我国军用电连接器由过去大量类同的批生产过渡到今后强强联合、异地合作制造，满足用户小批量、多品种的个性化需求提供了可能性。

5实现数字化生产过程质量控制关键要点

1) 国家政策扶植基础共性技术研究

要解决我国军用电连接器创新发展的瓶颈, 领导必须转变观念，由抓产业链未端配套产品变为抓产业链前端共性技术，政府必须制定相应的支持和扶植发展军用电连接器共性技术的政策，由政府牵头建立产学研结合开展军用电连接器共性技术研究平台，必须下决心将已掌握的一批共性优势技术形成为技术标准，使每个军用电连接器生产企业都夯实和改善标准、设计、材料、工艺、检验等技术基础工作，从源头加强基础技术研究和供给。

2) 创建产业联盟

产业联盟是借助虚拟网络建立企业间横向信息交流的扁平式企业组织机构，能使多个企业在一个整体设计管理下，上下游企业实现各尽所能、分工协作的快速运作，使上游企业产品准确及时到达下游企业，最大限度地减少库存和占用资金，减少企业管理层次，增强部门自主权。

实现军用电连接器数字化生产过程质量控制的基础条件是必须创建产业联盟。建立技术键相关产业的合作机制，形成一个开放型、数据共享和交流的平台，最大限度利用企业内外一切有利于生产过程质量控制的因素。

过去，军用电连接器龙头企业都各自化巨资釆购国外著名品牌电连接器和仿制产品做对比摸底试验，并委托电子元器件可靠性检测中心做长寿命、高可靠定级试验，许多十分珍贵的试验结果数据，由于保密约定不能在行业里共享，造成国家资源极大浪费。而建立产业联盟后，在合作双赢的原则下，新型网络企业许多数据就有可能达成信息交换或有偿共享的契约。

3) 培育造就全能型知识人才

人才是创新的第一要素。军用电连接器产业联盟要实施新型网络企业组织形式和生产方式的另一重要条件，是要培育造就适应新型网络企业运作的全能型人才。现代机械技术、电子技术、网络信息技术横向交叉、渗透和综合集成，已达到各自单独所不能达到的境界。要做到网络企业人力资源知识共享，产业联盟必须集合拥有机械电子学等专业知识的一流全能型设计人才，并将产业链上精通各行业专业知识和技能的人才组成合作团队，以求实现企业人才、信息、技术和资源的高度共享，使各协作企业有相互学习借鉴机会，并为研发新产品创造更有利的条件。

4) 产品总体设计和标准体系建设

产品标准化、通用化和系列化是实现资源和信息快速流通和共享的基础，必须建立适应军用电连接器大规模定制生产的总体设计系统和信息共享系统，优化设计产品生产过程质量控制。

产业联盟应承担我国军用电连接器总体设计和标准体系建设任务，分析我国军用电连接器标准体系现状，制定我国军用电连接器标准体系发展规划。可先易后难、以点带面、循序渐进，先清理整顿承担军用电连接器生产任务企业中量大、面广、相同系列和型谱的通用产品标准。

必须在产业联盟组织领导下，在我国军用电连接器生产企业产品设计中，加强军用电连接器的整体设计和产品系列化、标准化和通用化工作，对相似或相同的零部件尽可能采用相似的加工工艺和设备，由同一工厂进行系列化生产和管理。即由核心企业通用零部件配送中心供应。图7为军用电连接器通用零部件配送中心生产流程。

图7　军用电连接器通用零部件配送中心生产流程

5) 倡导先进的企业文化

转向网络化制造的先决条件包括多项政策驱动因素，但仅依靠政府的力量还不足以推动向网络化制造的转变，必须创造先进的企业文化，企业间要有良好的相互信任、合作共赢的氛围。?军用电连接器产业联盟是产品技术链相关企业利用信息技术建立的新型合作组织，是为完成某一特定生产任务，在短时间内迅速建立合伙关系的协作网络。由于企业在一定阶段内要与竞争对手共享信息和利益，必须要有相互信任的企业文化氛围，要有能支持多学科、多层次、分散式协同工作的坚强团队和共同的价值观来提髙信息集成系统的可靠性和有效性。

6相关建议

1)制定产品生产过程数字化质量控制应用发展规划

调查军用电连接器产品生产过程质量控制现状，针对目前接触件、绝缘体和壳体等主要零件加工及表面处理和组装成品等生产过程中的常见病、多发病，借鉴航天系统处理质量问题的经验，按“定位准确、机理清楚、故障复现、措施有效、举一反三”程序，明确故障原因和整改措施，由产品质量事后检验转移到生产过程质量控制，即从管“结果”转移到管“原因”，有针对性地制定产品生产过程数字化、智能化质量控制系统优化的软硬件应用发展规划。

2)开展产学研相结合的基础共性技术研究

作为我国军用电连接器生产的核心龙头企业，除研发军用装备配套急需的新型电连接器外，应责成有关部门组织人员开展产品生产过程质量控制相关的基础共性技术的各项研究。

针对目前我国军用电连接器生产企业髙端设备对外依存度高、关键支撑核心技术和材料依赖进口的现状，应积极争取和产品技术链上有关髙等院校、科研机构和供应原材料、制造工艺设备和在线检测仪器的上游企业建立产业联盟；开展优化军用电连接器产品生产过程质量控制有关课题的立题可行性论证；争取有关课题能得到国家有关部委的批准和给予政策、资金、人才等支持，以促进军用电连接器数字化、智能化生产过程质量控制软硬件应用的逐步国产化。

3)建立军用电连接器通用零部件配送中心

图8　军用电连接器数字化大规模定制生产流程图

发达国家为加速产品流通，往往以配送中心为核心，上游与原材料、零配件供应商相连，下游与销售商、用户相连，组成一个产业供应链，使跨地区、跨行业的企业实现资源和信息共享，为完成向市场提供商品和服务形成合作联盟。

几个月前，上海发生的福喜食品事件，虽连接上下游企业的配送中心“中央厨房”质量监管出了问题，但发达国家建立配送中心为核心的供应链联盟管理模式仍值得学习借鉴。联想到我国耐环境快速分离圆形电连接器目前生产企业多达数十家，质量水平参差不一，能否借鉴其管理模式整合资源形成新的供应链联盟，进行零件髙度标准化大规模定制生产。图8为军用电连接器数字化大规模定制生产流程图。

承担军用电连接器生产任务的各家企业，可使用共享模块技术、部件交换模块技术、主件适应模块技术、添加模块技术、组合模块技术等，根据市场需要，将标准功能模块进行不同组合，快速获得不同产品，从而使大部分零部件可向通用零部件配送中心购买，使定制产品的专用零部件大量减少。

根据零部件的相似性，充分利用和继承已有的成熟产品信息资源，缩短产品开发周期，节省制造成本，并可使新产品开发和定制产品开发同时并进，根据市场调查预测，进行新产品和相应标准零件模块设计，使产品适应未来一个时期需求。

7结束语

数字化生产过程质量控制是确保军用电连接器产品质量与可靠性的关键，也是今后军用电连接器生产过程逐步实现智能化、网络化的基础。

目前，我国军用电连接器数字化生产过程质量控制还处于十分被动的初级启蒙阶段，军用电连接器产品生产由过去传统制造模式过渡到未来智能制造模式有大量实事和研究课题期待完成，这将是几代人前赴后继、努力拼搏、漫长而艰辛的历程。愿有更多的领导、专家和同行能关注和研究军用电连接器数字化生产过程质量控制。

参考文献：

[1]杨奋为. 军用电连接器接触件的技术集成创新.机电元件,2014年第4期.

[2]覃征等. 网络企业管理.西安交通大学出版社,2001年9月.

[3]杨奋为. 电连接器的共性技术研究.质量与可靠性.2012年第3期.