航天装备制造工艺标准视频化探析

彭建军PENG Jian-jun；刘颖LIU Ying；田云TIAN Yun

（①北京航天情报与信息研究所，北京 100854；②中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053）

0 引言

航天装备产品由于其本身运行环境和功能的特殊性，对加工和制造工艺提出了更高的要求。装备制造工艺系列相关标准的发布和实施，对装备产品质量把控起到了重要的指导和支撑作用。生产中的工艺标准可分为工艺技术标准和工艺管理标准两个方面的内容。其中，工艺技术标准是通过标准化工作来规范生产中的工艺技术工作行为，是保障装备及产品质量的核心[1]。因此，在数字化环境下，如何使工艺标准更好更快地被掌握和应用，是在推动装备制造工艺改进和优化过程中值得不断探讨的问题。本文在对装备制造工艺标准进行学习和思考的基础上，结合新媒体技术的发展，提出将工艺技术相关标准进行视频化处理，以此推动航天装备制造工艺标准的贯彻和实施。

1 航天装备制造工艺标准的现状

1.1 国内航天装备制造工艺标准现状

航天装备制造工艺标准是指依据航天装备及产品的实际应用需求，对制造过程中的零部件、元器件等进行加工或装配的方法，以及有关工艺精度要求的一系列标准。工艺标准的贯彻和实施使得装备产品的生产过程能够达到相对稳定的工艺水平，较好地保证了产品质量。随着航天装备多种型号的研发不断推进，我国已经制定多项航天装备制造工艺标准。

广义上可将航天装备制造工艺技术标准分为三类：一是工艺基础标准，如：工艺符号、代号、术语标准；工艺文件标准；工艺余量标准等。二是工艺流程标准，包括工艺流程图、工序参数等。三是工艺操作规程标准，如：专用工艺、通用工艺、规程；工序操作规范等。标准分类如图1 所示。现有的航天装备制造工艺标准中，第三类工艺操作规程标准的数量和种类相对来说远多于其他两类标准[2]，此类标准的贯彻和实施也相对更加困难。此外，航天装备产品对质量和工艺精度的要求十分严格。航天军工产品市场，是一种高离散的定制化市场，具备明显的小批量多品种同时生产的特点[3]，每件产品的加工过程涉及多工艺融合，多工种协同加工，因此也涉及到多个工艺操作标准的内容。航天装备和产品本身的独特性决定了其符合标准文件要求的难度和与此同时带来的巨大工作量。因此，对航天装备制造工艺操作规程标准展开标准化模式与工具创新实践具有重要应用价值。

图1 工艺标准分类

1.2 国外航天装备制造工艺标准现状

国际上的各个军事强国对航天装备制造工艺标准的研究相对我国起步较早，对工艺标准化工作都给予了高度的关注，不断结合各国生产方式和发展水平现状来进行工艺标准化创新实践[5]。目前美国研制了大量先进的工艺制造设备，不断将工艺操作标准融入到工艺制造设备的设计中，尝试利用人工智能技术取代部分人力操作、人工试验或检验。而俄罗斯在多年的航天装备及产品生产经验中积攒了大量的企业工艺技术标准。可以根据工序要求，快速的搭建新的流水线来适应装备及产品的小批量定制生产。此外，欧洲一些军事强国也在不断尝试使用信息化设备和智能制造方法来提高航天装备及产品的工艺质量。

总之，随着科学技术的进步及智能制造的发展趋势，近年来以美国为首的发达国家的装备制造流程、工艺和发展思路已经发生了根本性的转变。先进的计算机和新媒体技术将不断被应用在装备制造工艺标准的实践中。所以，只有依据国家的生产方式和特点，有针对性地开展数字化环境下的工艺标准化模式与工具创新实践，才能够保证装备制造工艺能够不断适应标准化的要求，不断生产出高精度、高质量的航天装备及产品。

1.3 我国航天装备制造工艺标准贯彻和实施过程中存在的问题

综合来看，我国目前航天装备工艺操作规程标准实施过程中主要有以下几个困难：

1.3.1 设计与制造分离

装备制造工艺标准在贯彻和应用的过程中，其应用者主要面向产品设计研发的科研工作者和加工工人。而目前国内航天装备制造业大都是厂所分离，即设计和制造分离的状态[4]，设计、工艺制造分属不同单位，设计人员不直接干涉工艺人员生产流程中的工艺标准实施情况，导致在国内标准设计和应用实践方面存在断层。

1.3.2 工艺加工人员对标准的理解和掌握存在局限性

此外，由于标准本身是一种书面化的具有规范性的文件，具有精炼、严谨的特性，这使得实际应用过程中难以掌握其尺度。工艺操作规程标准的实施则更加侧重工厂中进行实际工艺加工操作工人。工人本身的专业知识有限、学习能力有限，这使得他们在阅读和理解标准的过程中遇到较大的困难，这也在一定程度上制约了工艺标准的贯彻和实施。

1.3.3 工艺质量检验要求与标准不一致

在装备工艺质量检验阶段，需要依据工艺标准的文字要求给出检验结果，这需要检验员对标准有充分和深入理解。此外，航天装备产品的小批量多品种的特点也对检验员提出了更高的要求，意味着检验员需要掌握大量的标准规范和具备一定的检验经验。所以在工艺质量检验环节可能会出现检验要求与标准无法对应的情况。此外，虽然对于某些批量生产的产品已有视频标检设备，但仍然依赖于标准比对视频的制作质量。

总而言之，我国目前急需便捷高效的方法来使工艺操作规程标准被工艺加工者、检验员或检验设备设计人员理解和应用，从而使得航天装备加工制造过程真正得到标准化指导、测试和验证。

1.4 数字化环境下的标准的视频化趋势

随着互联网和计算机技术的不断成熟，数字化环境下的新媒体逐步朝着视频化、多感官化发展。与传统的信息媒介相比，视频信息可视又可听，是动态的直观的，这无疑可以在同样的时间传递更多的信息，更符合未来信息快速、大量传播的发展趋势。多种便捷的摄影录像设备、计算机强大的音视频数据处理能力、高效易用的视频处理软件，共同为视频制作提供了足够的技术支持和技术保障，降低了视频制作的门槛。数字化环境下视频化趋势的发展，促进了视频技术的快速发展，目前视频资源的质量在不断提升，兼容性也越来越好，而制作成本也越来越低，这为航天装备制造工艺标准的视频化提供了可能。

2 数字化环境下工艺标准视频化实践的方法

数字化环境下，针对我国航天装备制造工艺标准贯彻和实施中存在的问题，利用计算机和多媒体技术，录制或制作标准视频具有可行性。根据图1 中的工艺标准分类进行分析，因为工艺基础标准和工艺操作规程标准内容相对固定且数量较少，其中很多参数和流程要求也渗透于航天装备制造工艺操作规程标准之中。所以标准视频化主要针对航天装备制造工艺操作规程类标准。此类规范与工艺操作者联系更为密切，直接关系到工艺操作本身，视频化可以使操作规范更直观，有更好的实际应用效果。

2.1 制作标准视频的整体流程

2.1.1 标准分剧本制作

要将静态的、平面的标准转换成动态的、立体的视频，需要建立在将标准研读清楚透彻的基础上。所以视频制作的第一步就要求对标准进行反复的阅读和研究（如图2）。

图2 标准分剧本制作

首先要标准制定人员确定整份标准的核心与重点，找准主体对象；然后依据标准逻辑结构，以条为单元，考虑该条标准的效用和功能、录制或制作的难度和周期等因素，将标准进行多个视频片段的初步划分；制作标准剧本分割汇总表，如表1 中的示例；在此基础上，经工艺专家评审对标准细节进行研究和不断补充。最终确定剧本分割汇总表和剧本设计。

表1 工艺标准剧本分割汇总表

2.1.2 标准视频的制作和注录

以工艺标准剧本分割汇总表和标准分剧本为基础，来进行标准视频的制作（如图3）。对于多数剧本，均可采用高清视频录制加后期剪辑的方法，多镜头多角度进行工艺制造加工过程的录制。此外，对于某些工件的加工细节、装配等标准，或者涉及高温或有害加工环境的标准，视频制作可以采用动画制作的方式，以减少视频制作难度和成本。

图3 工艺标准视频制作和注录

视频制作完成后，由于工艺标准剧本分割以条为单元，所以工艺专家要对视频进行把关，最后进行章节条号、标准名称、工艺类型、工序名称等信息的注释和录入。这样才可以形成标准文字到标准视频的映射关系，逐条存储入标准视频库。可以依据实际需求，进行视频片段的调取、整合和使用。

2.2 制作标准视频片段的技术手段

2.2.1 高清视频设备录制剪辑

目前市面上可用的视频摄像设备较多，高清视频剪辑软件也较多。例如：Adobe Premiere 软件，有较好的兼容性，可进行标准化视频录制后的剪辑、合并等相关工作。会声会影软件可导出多种常见的视频格式，可以直接制作成DVD 和VCD 光盘。因为航天等军工装备系统常常用于涉密工作环境，因此视频的传播介质离不开光盘传输，会声会影很好地适用于此方面的应用需求。

2.2.2 利用三维视频动画制作

对于工件加工细节、装配等标准、或者涉及高温或有害环境的标准，视频制作可以采用动画制作的方式。例如：Unity3D 软件可以实现多平台交互操作三维视频的实现；3DSMax 软件是三维建模、动画、渲染的制作软件，可用于标准化视频中工艺场景的仿真和搭建；Adobe After Effects软件可以高效且精确地创建动态图形和视觉效果[6]。此外，当前航天装备制造领域提出的MBD（基于模型的定义）技术，将产品设计尺寸和制造信息等共同注入到产品的三维模型之中。也可以在此基础上进行标准视频的制作，融入工艺信息及工艺操作规程标准信息，从而以三维视频为载体使标准贯彻产品设计加工全流程，进一步发挥MBD 技术的价值。

2.3 标准视频片段的使用

标准视频使用时，工艺操作人员或检验员可填写“装备产品选用标准清单”，通过标准章节条号、产品类型、工艺类型、工序名称和工步名称等信息从标准视频信息库中调取相应的视频片段。依据最终的标准选用清单，按顺序进行视频片段的整合。工艺操作人员通过观看标准视频提升自身技能。检验员通过观看标准视频充分了解标准的内涵，从而更好的对工艺进行监督检验。

3 标准视频化的应用

3.1 标准视频化辅助MBD 应用，促进设计工艺一体化

航天武器装备的研制是先进技术的工程化实现。工程化过程中，装备产品的特性会受到制造工艺的限制，其可靠性、经济性、安全性都要靠工艺来实现和保证。国内航天装备制造业大都是设计和工艺加工分离的状态。而在标准视频化的实践过程中，离不开设计人员和工艺专家的共同参与和合作，加强了双方的沟通。此外，在制作三维视频时，基于产品的MBD 三维模型进行视频制作，可有效融合产品设计和制造加工各方面的信息，促进研制、加工、检验各环节的高度集成，推动一体化变革发展。工艺工人在视频观看过程中，也更能快速掌握标准的要求和设计者意图。总之，标准视频的制作或使用的传递过程也是设计人员、工艺人员和检验人员之间的沟通过程，有效保证了装备产品的工艺质量[8]。

3.2 丰富一线人员培训方式，加强信息化贯标手段

此外，工艺操作规程标准视频可作为工艺操作工的学习载体，工人在观看标准化视频后，按照其中的标准动作及要求反复练习，直至能够熟练规范的进行工艺加工操作，可帮助其养成正确的操作习惯，提高加工操作水平[7]。针对航天装备产品本身的小批量多品种的特点，工艺工人往往需要较高的工艺水平和多工种协同操作能力，所以标准视频可有效帮助提升工人多工艺综合操作能力。此外，工人操作与标准操作视频可进行对比检验，可辅助对工人的加工操作过程进行有效的监督和管理。

3.3 提升标准和质检的关联度，为智能化检验奠定基础

多数的工艺质量检验是检验员依据工艺操作规程标准和设计文件，在加工过程中的每个工序之后进行质量检验。实际上，检验员在没有专门的检验标准的情况下，只能依据工艺操作规程标准进行理解判断和评估，任务量大且比较依赖检验经验与对标准的理解能力。此外，市面上的视频对比标检软件也已经相对成熟，而标检软件的视频的制作离不开标准视频的制作。因此，进行工艺操作规程标准的视频制作，可为航天装备产品检验员和标检软件提供有力的技术检验支撑，提高检验效率和准确度。

4 标准化工作的启示

将传统工艺标准文件进行视频化处理，是数字化环境下标准化模式与工具的创新实践，对提升航天装备制造工艺水平有重要的应用价值。新时期，随着数字化、智能化在航天领域的提出与逐步推进，标准将成为数字化研制过程中的高级知识，要将标准中的知识解构并灵活嵌入研制流程，使数字化研制环境下的航天装备产品真正成为符合标准要求的产品。只有真正将标准实质性融入数字航天，才能不断激发标准化建设新动能。标准视频化的逐步推进和成熟，未来可能改变标准制定的流程和标准的结构形式，进而强力推动标准的改革和创新工作。