航空产品工艺制造成熟度评价模式浅析与探究

航空产品工艺制造成熟度评价模式浅析与探究

陈韦

二○一七年九月公开目录

2国内外制造成熟度研究和应用现状

1制造成熟度产生与发展洪都公司制造成熟度研究进展介绍

4

3洪都公司开展制造成熟度的思考确定项目研制过程中制造技术是否成熟及其可生产性识别并控制从研制向生产的技术转化过程中是否存在风险即最大限度提高型号产品质量、降低成本和缩短生产周期，满足任务需求制造成熟度(Manufacturingreadinesslevel，MRL)，是一种衡量制造能力水平和识别制造风险的新工具，是对技术成熟度概念的延伸。是利用制造、生产、质量保证和工业职能，实现满足战斗人员在认定的“最佳值”下完成指定任务的要求。最佳值是指优化的性能，还有全寿命周期内所减少的开发、生产、采购和运行系统的成本。制造成熟度概念介绍生产环节规范化程度：产品关键生产环节的识别以及控制的规范化程度。

制造成熟度，主要针对降低产品制造风险和制造成本，强调产品生产规范化程度及批量生产能力两个方面。批量生产能力：产品生产规模、连续稳定生产能力及其经济性。2009年5月，美国国防部发布了《制造成熟度评价手册（草案）》012003年，美国国防部发布了《国防部技术成熟度评价手册（第1版）》第一次正式提出了制造成熟度的概念02032005年，美国国防部发布的《国防部技术成熟度评价手册（第2版）》将制造成熟度等级划分为10级，第一次提出影响制造成熟度的9大关键因素042008年美国空军实验室开发并发布制造成熟度评价计算器（MRAT）052010年7月正式发布了《制造成熟度评价手册》。美国制造成熟度评价体系发展进入2000年以后，美国国防部发现随着型号项目研制数量、规模和要求的不断提高，大量项目因为在研制阶段缺乏应有的制造知识辅助决策而造成进度拖延、质量下降与费用超支等情况。2008年，美国国防部96项比较大的采办项目，采办成本增长25％，超支2964亿美元，平均进度延迟22个月。美国制造成熟度提出的背景通过上述实践经验表明在研制向生产转移的过程中仅仅依靠技术成熟度是不够的，技术成熟度难以评价装备生产系统可应用程度，无法解决由于制造问题而导致的风险；同时，由于制造技术的不成熟，可能会导致生产成本增加、产品质量问题增多、性能不稳定、产品一致性差、可靠性降低和交付周期延长等一系列问题。美国国防部非常关注装备研制过程的制造风险问题，在国防部指令DODD5000.1中指出：“……应当在大批量生产前降低制造风险，验证产品的可行性”。目的是在采办项目中呈现关于关键技术和产品的制造成熟度程度的数据和评价信息。重点关注工业制造技术基础、原材料和元器件供应能力、制造方案可行性、制造工艺稳定性等内容。评价输出的是潜在制造风险元素。美国国防部开展制造成熟度评价的目的和作用作用支持采办项目的风险管理有助于项目计划的指定降低项目费用，为项目的按期完成提供保障有助于项目相关人员对技术问题的沟通协助里程碑决策者决策协助项目主任决策目录

2国内外制造成熟度研究和应用现状

1制造成熟度产生与发展洪都公司制造成熟度研究进展介绍

4

3洪都公司开展制造成熟度的思考生产对象生产环境即从制造出原理样件、演示样件到生产出分系统级和系统级产品即关注从实验室环境到相关生产环境、典型生产环境，最终转移至试生产线和批量生产的生产环境变化美国制造成熟度等级（MRL）划分主要以两个维度为表征，将制造能力系统性地划分成为10个等级美国美国制造成熟度等级（MRL）美标制造成熟度风险因素：按制造风险源，将制造成熟度等级分成

9个风险因素以及20个子因素，和数百条的工作细则。制造成熟度评价应该将项目关键元素当前的成熟度等级与项目该阶段要求达到的制造成熟度等级进行比较，识别出项目关键元素目前存在的差距和达不到目标的风险，从而为制定降低制造风险及其投资预算计划奠定基础。美国制造成熟度评价（MRA）这9个要素划分为若干个子要素，最终形成了评价各级制造成熟度的细则和检查单。如表2所示，给出了美国国防部“工艺与控制能力要素”MRL4级评价检查单。具有制造可行性达到原型制造的能力达到批量生产的能力2008年，美国国防部正式将制造成熟度评价工作纳入5000.2采办指令中，标志着美军武器装备采办项目后续必须执行制造成熟度评价。2010年4月，美国国家审计总署在最佳实践报告中向国防部推荐将MRL评价工作贯穿于整个研制项目中，作为一项新的用于识别和管理制造风险的评价手段。制造成熟度在美国国防领域的应用空军在F-35联合攻击机、F-135喷气发动机、先进中程空对空导弹(AMRAAM)、MQ-9死神无人侦察机、x波段雷达、战术系统传感器等项目中通过应用MRL，提高了生产效率，降低成本达数百万美元。如针对MQ-9确定了5个风险领域进行重点改进以满足产能目标；通过MRL将新的钻孔工艺从MRL4提高到MRL9，在工具、人力、车间使用面积以及加工周期等方面均有改进，实现了每架飞机每单位成本降低1.7万美元左右。我国相关科研与型号管理部门已经认识到开展制造成熟度评价工作的必要性，2015年发布了《装备制造成熟度等级划分及定义》（GJB8345-2015）和《装备制造成熟度评价程序》（GJB8346-2015）两项国军标。国内等级标准定义1明确制造基本含义2明确制造概念3完成制造概念可行性论证4具备在实验室环境下制造技术物化载体的能力5具备在生产相关环境下制造部件原型的能力6具备在生产相关环境下制造系统或子系统原型的能力7具备在生产相关典型环境下制造系统、子系统或部件的能力8完成试生产，具备小批量生产的能力9完成小批量生产，具备大批量生产或稳定生产的能力10完成大批量生产或稳定生产验证，贯彻实施精益生产国军标制造成熟度等级定义制造成熟度评价标准体系是MRA方法的核心，它由制造成熟度等级定义（MRL）、能力要素和评价细则三者共同组成。国军标制造成熟度风险因素：按制造风险源，将制造成熟度等级分成10个大类，23个小类评价支撑信息评价需求启动制定评价计划评价计划确定参评产品编写评价准则被评方自评价专家组评价提交报告结束准备评价支撑信息参评产品清单报告评价方主管部门评价准则制造成熟度自评报告形成等级判定结论被评方评价方支持支持支持支持国军标：制造成熟度评价流程工艺和检测各级检查单——工艺建模仿真等级条件内容2如果适用，开发初步的仿真模型3根据顶层工艺流程图，识别可信的制造概念或可生产性需求4识别工艺流程或产品加工装配的建模和仿真方法5开发出部件级的初步仿真模型6开发出系统或子系统级的初步仿真模型并用于确定产品的约束条件7通过产品级的仿真模型确定产品制造的约束条件并识别优化改进的途径8在试生产中验证产品级仿真模型根据仿真结果优化工艺在小批量生产中验证产品级仿真模型，除用于支持小批量生产管理，并确定小批量生产要求的可实现性10在大批量生产中验证产品级仿真模型，并用于支持大批量生产管理书籍资料国内制造成熟度应用与研究《武器装备研制项目制造风险与制造成熟度》张健壮、史克禄《国防装备系统工程中的成熟度理论与应用》张新国著通过对某导弹装备研制项目MRA应用的实例，评估结果表明，该型导弹生产过程控制和生产管理方面还存在一定的风险，需要进一步提高生产过程控制能力与生产管理水平，验证了所提方法的正确性与有效性。中国商飞公司副总经理贺东风在“商飞民用飞机技术及制造成熟度研讨会”总结讲话中提出要结合适航当局关于民机技术及制造管理的要求开展民机技术及制造成熟度相关工作，并吸纳适航当局积累的经验。制造成熟度是一个系统管理的思想，我国已认识到项目制造风险管控的重要性。很少就某个制造要素的具有操作性价值的MRL评价展开研究。现有研究基本都围绕MRA的介绍与方法的推广应用，航空领域缺乏实践经验，尚未形成相关规范。目录

2国内外制造成熟度研究和应用现状

1制造成熟度产生与发展洪都公司制造成熟度研究进展介绍

4

3洪都公司开展制造成熟度的思考航空工业洪都航空工业洪都是新中国第一架飞机的诞生地，创建于1951年，共研制生产各型飞机5000余架，是一家厂所合一、机弹一体的国防军工企业。现已成为我国教练机、强击机、轻型通用飞机的科研生产基地以及航空外贸出口基地，并已成为波音、商飞等国内外知名航空企业合格供应商。目前，公司正在结合“十三五”及“2025”中长期发展战略，正同步开展多型号的预研、科研工作并进一步拓展国内外航空转包业务，将面临更大的机遇和挑战。内部需求制造风险管理外部环境航空制造业新形势综合各类质量标准体系贯穿到航空器的全寿命周期管理中，完善标准体系，与国际标准加快接轨——引入和应用制造风险评估标准

我们要打一场制造业的‘攻坚战’，用先进标准倒逼‘中国制造’升级。优化生产结构，用质量标准体系推动质量提升，提升产出效能，助推航空制造业创新转型升级。我国航空制造业，质量体系需拓展到制造过程管控在构建一个完备的、面向新一代航空产品研制制造体系的过程中，需要我们系统和准确地预测和判定制造需求，更需要系统和准确地判定我们的制造能力与制造需求之间存在的差距。

航空制造企业，质量标准体系需要贯穿到产品全寿命周期管理中

近年来，对于航空企业来讲，“标准体系”外延不断扩大，“标准”的要求也在不断提升。航空企业需要走出“质量管理体系是唯一标准”的思维误区，综合各类质量标准体系贯穿到航空器的全寿命周期管理中。洪都公司，型号生产过程中存在产品质量、成本和进度的短板目前各型号项目等都存在不同程度的“拖进度、涨经费、降指标”等问题，其中有很多项目遇到的问题都与制造环节密切相关。这些问题主要归纳有：设计的工艺性、可生产性不高，制造工艺的工程化困难，材料和零部件的供应不稳定，供应商的质量管理缺乏，多品种小批量下生产成本超支，设计频繁更换导致进度拖延等。洪都公司，型号项目在科研转批产时工艺要素存在问题尤为明显在各型号在生产制造中都遇到一些问题，尤其是在科研机转批产的情况中出现的“人、机、料、法、环、测”等制造要素问题亟待解决。其中，工艺要素存在的问题尤为明显，例如工艺设计差错、工艺协调性差、新工艺成熟度不高、工装不合理等问题，导致某型机研制过程中出现多次较大的技术质量问题，故障率、返修率高发，造成的大量返工返修补制，严重影响了产品研制进度，增加了研制经费。综上所述，决定从工艺要素入手开展工艺制造成熟度的研究作为生产总价值链上重要的一环，工艺是连接设计与制造生产的桥梁，可以起到承上启下的作用。且在研制过程中，工艺技术质量发生问题或引起其他制造要素产生问题，故选择工艺要素进行制造成熟度评价。目录

2国内外制造成熟度研究和应用现状

1制造成熟度产生与发展洪都公司制造成熟度研究进展介绍

4

3洪都公司开展制造成熟度的思考洪都公司2016年开始与南昌航空大学接触，讨论共同开展工艺制造成熟度研究的具体问题。形成小批量生产的工艺制造成熟度企业标准工艺制造成熟度评价系统开发项目结题总结验收2016年6月2017年11月2018年6月2018年12月初步整理影响工艺制造成熟度的制造要素项目立项工作构建小批量生产的工艺制造成熟度等级体系项目合作洽谈以某型机为实例进行工程应用2021年12月2021年6月2020年12月2019年8月研究计划及内容2016.09-2016.11进行相关资料整理与提炼（MRL）12016.11-2016.12与301所交流北京专家访谈洪都内部调研22017.01-2017.07MRL调研报告、初步工艺梳理、项目建议书3现阶段的进展情况1、有利于规范化企业制造工艺管理，管控工艺制造风险梳理洪都制造工程部业务域，规范化工艺管理识别制约工艺稳定的短板和制约制造能力提升的瓶颈，管控工艺制造风险，提高效能2、以点带面，有利于制造成熟度评价全面开展以点带面，从工艺要素制造成熟度上下延伸，为企业全面开展制造成熟度评价提供基础4、标准推动质量提升，助推航空制造业转型升级