民用飞机主制造商制造工程体系构建

文/中航西飞民用飞机有限责任公司 韩 炜

制造工程是民用飞机制造商主价值链上的关键环节，制造技术的优劣、制造能力的高低，直接影响到飞机型号的实物质量和产品水准，是飞机产品具备竞争力的重要保证。

民机主制造商的制造工程涵盖从材料准备、工装保证、零件制造、部件装配、总装集成到试飞验证的飞机制造全过程，以制造技术能力为基础，进行整机制造总体规划、技术协调与管控，完成整机对接和系统集成，实现产品设计要求，确保制造符合性，满足适航规章、质量体系的规定，并持续发展和提升制造技术，不断提高主制造商价值创造能力。

民用飞机研制体系是以整机制造商为顶尖的覆盖全球范围的塔形构架，国内外民机制造企业普遍采用主制造商—供应商的研制模式。因此，民机主制造商的制造工程体系构建，主要包括三个方面：面向整机制造的工艺规划和设计能力、必须具备的制造技术基础能力、重点掌握的总装集成核心能力，作为技术能力支撑的制造技术标准，以及组织机构保证体系。

图1 民机主制造商运营主价值链示意图Fig.1 Main value chain of operation system of civil aircraft main manufacturer

1 制造技术能力构建

制造技术能力是民机主制造商的核心能力之一，主要包括实现主机厂制造牵引的顶层工艺规划与设计能力、制造构型技术能力、工业工程发展能力、基础工艺技术能力，和面向飞机总装集成的详细工艺设计能力等方面。

1.1 顶层工艺规划与设计

新研民用飞机型号全面应用MBD技术，制造工艺也已进入数字化时代，应借助信息化手段完成工艺设计从二维到三维的全面跨越，形成与工程设计模式相匹配的工艺设计能力。因此，应构建适应全新研发模式的整机工艺流程规划、装配协调方法设计、适度智能生产线规划、全机制造数据构建与制造构型控制等能力，形成对全机制造过程的工艺规划与协调控制能力。

顶层工艺规划与设计主要围绕型号研制三大方案（制造工程组织方案、工艺总方案、生产线建设方案）和一个规范（工作包交付规范）展开，随着研制进程推进对各方案进行细化、优化。

◆ 规划并论证飞机制造工艺及其可行性，制定基于主制造商—供应商模式的制造技术、装配协调总体要求和实施路径，规划和构建工艺规范体系；明确机体结构供应商技术评估及准入标准，使其有效贯彻主制造商制造体系控制和技术协调要求；建立技术、质量问题决策处理机制，在并行协同、工艺准备、现场试制、批产交付等阶段，及时准确地制定问题解决措施和后续改进规划。

◆ 制定工艺设计总体要求、制造各专业技术要求、生产线建设原则、制造分工，完成全机工艺规划、确定装配流程，明确互换、协调手段，规定制造数据管控方式，制定工装设计、制造原则和控制要求，确定“三新”项目。再进一步，编制外缘容差分配方案、全机装配与协调方案、互换协调图表、互换检查技术条件等指令性工艺文件。

◆ 明确生产线建设目标，产能规划，生产线总体布局，各装配站位工作内容、物流设计、产能分析、能源需求、关键技术及设备、工装和工具配置、人力配置，信息化应用等内容，用于指导部、总装生产线的建设。民机生产线规划以满足高质量、高效率、低成本为目的，注重价值创造能力，合理使用先进制造装备。

◆ 明确各机体结构工作包产品技术状态，将大部件对接协调要求、互换协调规定、对接区工艺控制措施、各类测量要求等传递到机体部件的工艺设计、制造和交付过程中，完成机体部件的工艺规划以满足整机制造协调要求和实现产品质量控制。

1.2 制造构型技术

制造构型技术承接产品设计构型要求，实现制造状态控制和相关制造数据集成，确保制造符合性。

总体上，依据不同飞机型号的设计构型要求，基于主制造商—供应商模式规划好制造构型业务流程与技术体系，提出制造构型管控平台应用需求，定义制造构型数据控制流程，确定厂际制造分工编码、顶层制造数据架构、工艺组件构型设计与管理、制造构型生产配置等业务。

操作层面主要包括：

面向设计制造协同，基于设计构型成熟度，开展面向装配的模块协同定义、数据审签控制、制造分工与维护，准确掌握全机数据更改状态，进行制造构型更改纪实，保障数据的交互和追溯性，实现设计制造并行协同和清晰、准确的制造构型控制。

供应商制造构型管控方面，准确定义制造构型数据基线（SPS-BOM），按照统一的流程和规范对制造数据进行传递，满足主-供模式下制造构型管控要求。

具体而言，是以MBOM为核心进行制造构型数据的创建、维护与应用，完成PBOM构建、全机装配单元与装配流程创建、设计数据分配、单机MBOM提取、厂际间SPS-BOM编制与维护、全机BBOM构建与维护，全机制造完整性检查和分析等工作，强化与保障制造数据的完整性和一致性。

1.3 工业工程

民机主制造商的工业工程主要包括以下方面：

跟踪国内外发展动态，开展智能制造等前沿技术应用研究，制定实施方案并推进。

进行总装生产线详细设计，建设大部件数字化对接系统，实现大部件自动调姿对接和数字化测量；采用线缆自动化检测技术，实现整机电缆导通、绝缘等功能的集成测试；采用系统自动化测试技术，利用仿真激励设备，实现对整机或部分系统功能的集成检测；采用数字化安装设备，实现起落架、发动机的精确安装；总装生产线搭建MES系统，利用信息管控手段提升生产线自动化程度。

鉴于民机研制对成本控制的严格要求，在工艺规划、设计制造并行、工艺设计、工艺改进等阶段，规划并逐步完善制造成本控制模型，研究制造成本控制的标准化方法。

1.4 基础工艺技术

飞机制造是多领域、多专业综合的系统工程，作为主制造商必须在复材、特设、冶金、机加、钣金、工艺装备等制造专业拥有基本的技术识别能力、型号发展所需的规划能力、工艺规范编制验证能力、全制造流程所需的供应商技术审定和管控能力等。

1.4.1 复材工艺

复合材料在飞机结构中的占比越来越高，应用程度越来越深，复材构件成型和装配已成为飞机机体制造的主流。

考虑到复材材料设计、结构设计、工艺设计高度并行的特性以及适航验证要求，在材料设计阶段就要分析材料工艺性能，进行积木式试验件制造和数据积累，开展工艺规范编制、适航验证和工艺鉴定工作。

1.4.2 特设技术

重点在机电、航电、飞控、供电等方面构建保障型号研制及型号规划的特设工艺技术能力，全局规划特设工艺技术并引领实施。

1.4.3 冶金技术

作为飞机制造工艺的重要组成，主制造商应建设冶金技术能力，主要是掌握飞机结构常用金属、非金属材料的基本性能。

1.4.4 零件制造技术

尽管复材应用日新月异，但机加工、钣金等传统工艺仍将保持重要地位。

机加工艺方面，应重点掌握加工工艺，精密制造等加工技术。钣金工艺数控轮廓铣切技术，熟悉钛合金零件超塑成形/扩散连接、充液成型技术。

1.4.5 工艺装备

工艺装备是飞机制造的基础，是主制造商制定制造标准、确定尺寸链协调方法、构建质量控制体系、进行自用工装外委、对供应商制造方案审核和全机制造成本核算的基础。

1.5 详细工艺设计

民机主制造商要熟练应用先进工艺设计手段完成大部件数字化对接、起落架与发动机快速精确安装、复材组部件装配、系统集成测试与故障分析、飞行准备、飞行测试与故障排除等内容的工艺设计，深入开展装配模拟仿真并以此优化工艺设计。

2 制造技术标准能力构建

制造技术标准主要包括技术规范和工艺规范两部分，围绕飞机制造全过程进行管理，旧称“生产说明书”，规定了制造程序、材料控制、设备控制、工具鉴定、加工解决方法、质量保证、工艺鉴定等内容，也可以将工艺规范理解为制造工艺的技术标准。

2.1 技术规范

技术规范构建，以满足民机运营基本需求、贯彻外部体系要求（上级标准、质量体系、适航法规等）为基础，涵盖主制造商和供应商两级技术管理来建设技术规范体系。见图2。

图2 技术规范体系Fig.2 Standard specification system

2.2 技术标准

作为主制造商必须构建一套先进、完整的制造技术标准（工艺规范），包括装配、复材、机加、钣金、热处理、表面处理、理化、无损、工装等专业的工艺技术标准。

3 制造工程信息化应用

制造工程业务的信息化应用是贯通设计制造一体化、推进智能制造的基本条件，主要包括基于MBD技术的三维工艺设计、全机制造数据协同管控、总装现场MES系统、标准文件和档案管理系统等内容。参考架构见图3所示。

图3 制造工程信息化架构Fig.3 IT architecture of manufacturing engineering

4 组织机构构建

组织机构的设置没有标准“模板”，总的来说应围绕核心业务链，基于主制造商定位，根据发展核心制造技术，掌握所需基础专业的原则，兼顾型号研制与基础研究的思路，规划民机主制造商制造工程组织机构。图4是组织机构范例。

图4 制造工程组织机构范例Fig.4 Example of ME organization

制造技术室主要负责飞机型号研制中的顶层工艺规划与设计、生产线规划与设计、总装集成详细工艺设计，同时负责装配专业工艺研究和工艺规范编制。工艺研究室负责工艺技术研究、工艺规范体系建立，同时负责基础工艺技术支持。制造构型室负责飞机制造分工，构建、维护PBOM、MBOM、SPS-BOM、BBOM、备件BOM等制造数据，进行制造构型的控制与分析。标准技术室负责公司标准体系建立，上级与外来标准贯彻，构建型号研制技术规范体系。

组织机构是专业能力建设，构成公司矩阵管理模式中的“横轴”，为各个项目团队输送专业技术人才、提供技术能力支持。

5 总结

围绕民机产业特点，制造工程体系构建应紧扣主制造商定位，在具备全局规划控制能力、掌握核心技术、拥有基本专业的基础上，关注开放、效率、成本、适航等因素，充分调动、利用全社会资源来补足飞机制造领域的全部元素，不追求“大而全”，整体目标是构建完善、精干、开放的民机主制造商制造工程体系，为实现我国在全球民用航空制造领域的突破奠定坚实基础。