浅谈工艺标准化与产品可制造性的提升

赵莉 陈政伯 董琼

（1北京机械设备研究所，北京，100039；2中国航天科工集团公司第二研究院产品保证部，北京，100854）

文 摘：针对工艺标准化工作在航天产品可制造性中的应用实践进行分析和阐述。将工艺标准化应用于产品的设计制造过程中，可在产品设计阶段有效提升其可制造性评估的准确性，并提升产品本身的设计品质；在工艺设计阶段可提升模型可制造性的检查效率，有利于实现产品制造过程的快速响应。

近年来随着航天工业的发展，航天产品设计走向了批量化生产，注重 “三化”为采用先进制造技术提供了基础。纵观应用于先进制造体系下的产品均具备标准化程度高、可互换性强、机械装置操作简便的特点。为实现产品制造过程的快速响应，标准化是先进制造体系发展的必然结果，是现代化工业的基础。

可制造性设计 （DFM，Design for manufacturability）主要是通过研究产品本身的物理特性与制造系统各部分之间的相互关系，在进行产品设计时通过考虑产品制造的要求，使其具有良好的可制造性，以最低的成本、最短的时间和最高的质量实现产品的制造。

工艺标准化是根据企业的生产特点，运用标准化的手段把产品制造的工艺过程、操作方法及加工的工艺要求等进行统一和规范，通过提高工艺文件质量、缩短工艺文件编制周期、加强工艺科学管理来提高产品质量和降低成本的一系列活动。工艺标准化可以有效促进产品的可制造性设计提升，是产品脱离手工化生产的必经之路。

1 可制造性设计与工艺标准化相结合促进航天产品的智能化、自动化生产

在产品设计阶段，产品设计师通过应用可制造性设计技术，可以对产品的可制造性进行评估，提升产品本身的可制造性，为后续产品生产的可制造性打下基础；在工艺设计阶段，工艺师应用工艺标准化工作形成的审查规则对模型的可制造性进行检查，可以加快工艺审查效率，有效避免产品设计可制造性缺陷，使得产品能够以最低的成本、最短的时间和最高的质量制造出来，实现产品制造过程的快速响应，提高生产效率，打破生产孤岛，畅通沟通桥梁，并为在线检测提供测试基础。

中国航天科工集团第二研究院各单位在面向批生产、发展先进制造技术的同时，结合新设备、新工艺、新方法的引进和应用，正在逐步加强产品可制造性审查细则方法的应用，形成相应的标准并定期修订完善。细则方法在编制过程中注意细分条目并明确量化可测量的指标，将产品可制造性设计细则条目集成到设计工艺协同平台上，实现工艺审查过程数字化。工艺师在进行设计工艺性审查时，对照细则条目逐条确认是否满足。通过这些可制造性设计与工艺标准化相结合的工作促进了产品的标准化、系列化、模块化设计，提高了产品设计的可制造性，实现提质降本增效。

随着生产信息化水平的提高、数字化生产线的建设和发展，自动化和智能化已成为生产能力发展的必然方向。要实现生产自动化和智能化，就必须实现制造技术与信息化的深度融合，开展面向智能化、自动化生产的设计工艺规范研究，设计方法与工艺过程的深度融合是其重要前提。例如：设计模型的三维标注，设计模型生成方式与数控加工设备加工过程的一致性，EBOM（设计物料清单）与PBOM （计划材料清单）的相融性等方面，通过对设计模型的工艺性进行全面规范，加强对数字化设计模型 （数字化产品）的全息化 （包括生产、工艺信息）要求，提高设计与工艺信息转化的效率，以缩短工艺设计和生产准备的周期。

2 面向智能化、自动化生产的可制造性案例研究

2.1 面向自动弯管机的液压管路可制造性设计

依托数字化和自动化设备实现液压系统集成制造，编制液压部件可制造性设计规范，明确液压产品的可制造性设计要求，实现液压产品自动化生产和在线检测。

在液压管路设计过程中，应遵循防差错、简单路径优先、管路平行优先、路径最短优先、同一平面优先、拐点最少、设备边沿优先等原则。并需要综合考虑整车布局和液压设备布局的合理性。在液压设备总图中体现管路布局，并在图样中明确各硬管、软管、接头、管卡的名称、代号、位置和数量。管路布局应与液压设备管路连接图等设计图样相符，管路走向应尽量一致，避免交叉、重叠，管路零件设计要考虑运动干涉、结构变形等因素，应在管路布局中合理设置管卡。总的来说，为提升产品可制造性，液压管路可制造性设计规范主要从硬管和软管两方面明确了具体要求。

a）硬管。对硬管设计的结构尺寸、间隔要求和固定方式进行详细要求。①硬管的弯曲半径和直线段长度应符合QJ 918—1985的要求，并考虑采用数控弯管机加工，数控弯管机应配置弯管半径相应的弯管模具。②设计时应当考虑到防差错特性、安装便捷性、维护便利性，管路的两端接头处应考虑设计标识。③管路布局应对并列管路、交叉管路的间隔作出规定，并应考虑与相邻结构和电器线路的分层设计。④明确管路固定方式和管卡数量、间距和布局等要求。

b）软管。对软管的安装和布局进行详细要求。①软管在安装后不应使其承受机械载荷，尤其是软管平直连接时，应保证软管有足够松弛度，弯曲半径不宜过小。无论在自然状态下，还是在运动状态中，其弯曲半径均不能小于软管制造厂规定的最小弯曲半径，通常为软管外径的5倍或更大。②软管的弯曲段应远离软管接头处，其最短距离应大于其外径的1．5倍。软管应避免自身重力作用或有阻挡物而造成的在接头部位急剧、反复弯曲，应通过优化管路走向，合理选用弯接头或直接头，使管路自然弯曲。③运动软管应具有足够弯曲及运动空间，以保证零部件活动时不会对管路增加应力。在使用过程中如不可避免有与硬物接触或摩擦的部位，应增加螺旋保护套、弹簧护套或橡胶保护套等保护措施。④在布局中应将高压软管和低压软管隔离，软管和硬管隔离。

通过对以上液压管路可制造性设计规范进行标准化，可有效提升液压管路的设计和制造规范性，避免液压管路弯制失败，防止液压管路与车、液压管路与液压管路、液压管路与管卡、液压管路与管接头之间的干涉，避免液压管路与液压管路连接不上、液压管路与接头连接不上的问题，提高了液压管路的制造和安装质量和效率，并有效提升了液压管路的可制造性。

2.2 面向地 （舰）面装备的腐蚀控制可制造性设计

腐蚀控制作为环境适应性设计的重要工作，应纳入到装备海洋大气环境的总体设计中。工艺人员从方案论证阶段就应充分了解装备使用环境需求，包括服役环境以及可能出现的极限服役环境等，依据装备腐蚀控制设计规范规定的设计准则、选用规定、结构设计规定、电气系统特殊设计规定和维修维护设计要求等，对装备长期在高温、高湿、高盐雾环境下服役的设计、使用维护等阶段中腐蚀控制设计过程进行工艺性审查。通过大量的工艺试验及装备实际使用反馈来看，材料选用和装备结构设计是提升装备腐蚀控制可制造性设计的重要因素。

a）材料选用。明确金属材料应采取适当的表面防护措施。除特殊要求外，原则上不允许裸材直接使用。①根据使用部位综合考虑材料的强度、疲劳性能、断裂韧性、耐蚀性、工艺性和经济性等，给出不锈钢、碳钢和合金钢选型推荐。②非金属材料则应考虑材质的耐候性，给出工程塑料、橡胶、密封剂、绝缘材料等推荐。③应综合考虑材料的特性、热处理状态、使用条件和部位、结构形状和公差配合等因素。根据零件类型、特性、使用环境条件及寿命选用表面防护涂层，对常用金属镀覆层、化学覆盖层、有机涂覆层的种类、特性和厚度进行推荐并提出结构件前处理要求。

b）装备结构设计。①装备结构设计过程中，避免出现 “大阴极—小阳极”的腐蚀结构。②要考虑应力和环境的联合作用，采取措施避免或减少局部应力集中。③电气产品箱体结构设计应充分考虑使用工况选择密封或者除湿、防凝露和密封设计。④非密封结构腔体，要通过上排下泄的原则进行防排水设计，如设计好导流、排水通道或排水孔等。⑤对于易腐蚀部位，设计时需留有相应的维护和检查空间，易腐蚀或老化材料零部件应便于拆卸、更换。

通过对材料选用和装备结构设计进行标准化，可使长期在高温、高湿、高盐雾环境下服役的地（舰）面装备通过设计和制造中，有效规避电偶腐蚀、密封性不足、排水性不够、应力腐蚀、霉菌腐蚀、高温氧化等问题，并为产品交付后的维护、防护、修复打下坚实的基础，为武器装备的维修和保养提供较强的可操作性和便利性。

2.3 电缆组装件可制造性设计

在电缆的设计中，明确电连接器、导线、电缆及相关材料的选用原则，按系统工程的要求进行优化设计，尽可能压缩电连接器、导线、电缆及相关材料品种、规格和颜色，减少转接次数。对电缆组装件进行匹配性设计，导线、电缆的芯线应与电连接器接触件焊杯、压接端子相匹配，电缆束外径应与电连接器尾罩出线口内径相匹配等。线缆布局应充分考虑电缆组装件在产品上的敷设、安装、防护与加固所需要合理的线路、位置、空间、距离，应保证电连接器插拔所必需的安全空间及安全距离，避免与周围设备的干涉，特别是不能形成电连接器插拔盲区。并根据使用环境，对有密封、绝缘、防水、加固等要求的电缆组装件，提出电连接器灌封要求。明确电缆组装件可维修性设计、轻量化设计、经济化设计要求。

电缆组装件可制造性规范包括电缆组装件设计依据、设计准则、设计方法及注意事项。通过对电连接器及尾罩选用，导线与电缆的选择，电连接器接点分配，电连接器与电缆的匹配设计，导线束、电缆与电连接器尾罩出线口的匹配设计，导线、电缆屏蔽处理要求、标识要求，电连接器灌封胶的选用和电缆组装件防护等方面进行标准化规范，可有效地减少制造过程中出现的导线、电缆、线芯与焊杯、压接端子匹配性不够，线径与尾罩配合性差，线缆布局的线路、位置、空间、距离不合理，电连接器的操作易干涉，灌封后密封性、绝缘性不足等问题。

3 结束语

由制造端发起的可制造性设计规范，首先依据加工能力对产品设计提出设计要求和可制造性设计细则，在此基础上形成标准细则细分条目并明确量化可测量的指标。在设计评审时，审查人按照可制造性设计规范提供的定制化表格对设计文件 （如方案报告、技术设计报告、图纸等）进行检查，逐项打分，量化评价产品的可制造性。同时，可进一步将产品可制造性设计细则条目应集成到设计工艺协同平台上，实现工艺审查过程数字化。

随着信息技术、智能制造技术为代表的新一轮科技革命和产业变革孕育兴起，并加速渗透到工业发展的各个领域，为适应这一新的时代潮流，企业要在产品可制造性设计实践和应用过程中继续阔步前行，标准化作为一项助推创新发展、引领时代进步的工作必将发挥更大的作用。