航空產品工藝制造成熟度評價模式淺析與探究

陳韋

二○一七年九月公開目錄

2國內外制造成熟度研究和應用現狀

1制造成熟度產生與發展洪都公司制造成熟度研究進展介紹

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3洪都公司開展制造成熟度的思考確定項目研制過程中制造技術是否成熟及其可生產性識別并控制從研制向生產的技術轉化過程中是否存在風險即最大限度提高型號產品質量、降低成本和縮短生產周期，滿足任務需求制造成熟度(Manufacturingreadinesslevel，MRL)，是一種衡量制造能力水平和識別制造風險的新工具，是對技術成熟度概念的延伸。是利用制造、生產、質量保證和工業職能，實現滿足戰斗人員在認定的“最佳值”下完成指定任務的要求。最佳值是指優化的性能，還有全壽命周期內所減少的開發、生產、采購和運行系統的成本。制造成熟度概念介紹生產環節規范化程度：產品關鍵生產環節的識別以及控制的規范化程度。

制造成熟度，主要針對降低產品制造風險和制造成本，強調產品生產規范化程度及批量生產能力兩個方面。批量生產能力：產品生產規模、連續穩定生產能力及其經濟性。2009年5月，美國國防部發布了《制造成熟度評價手冊（草案）》012003年，美國國防部發布了《國防部技術成熟度評價手冊（第1版）》第一次正式提出了制造成熟度的概念02032005年，美國國防部發布的《國防部技術成熟度評價手冊（第2版）》將制造成熟度等級劃分為10級，第一次提出影響制造成熟度的9大關鍵因素042008年美國空軍實驗室開發并發布制造成熟度評價計算器（MRAT）052010年7月正式發布了《制造成熟度評價手冊》。美國制造成熟度評價體系發展進入2000年以后，美國國防部發現隨著型號項目研制數量、規模和要求的不斷提高，大量項目因為在研制階段缺乏應有的制造知識輔助決策而造成進度拖延、質量下降與費用超支等情況。2008年，美國國防部96項比較大的采辦項目，采辦成本增長25％，超支2964億美元，平均進度延遲22個月。美國制造成熟度提出的背景通過上述實踐經驗表明在研制向生產轉移的過程中僅僅依靠技術成熟度是不夠的，技術成熟度難以評價裝備生產系統可應用程度，無法解決由于制造問題而導致的風險；同時，由于制造技術的不成熟，可能會導致生產成本增加、產品質量問題增多、性能不穩定、產品一致性差、可靠性降低和交付周期延長等一系列問題。美國國防部非常關注裝備研制過程的制造風險問題，在國防部指令DODD5000.1中指出：“……應當在大批量生產前降低制造風險，驗證產品的可行性”。目的是在采辦項目中呈現關于關鍵技術和產品的制造成熟度程度的數據和評價信息。重點關注工業制造技術基礎、原材料和元器件供應能力、制造方案可行性、制造工藝穩定性等內容。評價輸出的是潛在制造風險元素。美國國防部開展制造成熟度評價的目的和作用作用支持采辦項目的風險管理有助于項目計劃的指定降低項目費用，為項目的按期完成提供保障有助于項目相關人員對技術問題的溝通協助里程碑決策者決策協助項目主任決策目錄

2國內外制造成熟度研究和應用現狀

1制造成熟度產生與發展洪都公司制造成熟度研究進展介紹

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3洪都公司開展制造成熟度的思考生產對象生產環境即從制造出原理樣件、演示樣件到生產出分系統級和系統級產品即關注從實驗室環境到相關生產環境、典型生產環境，最終轉移至試生產線和批量生產的生產環境變化美國制造成熟度等級（MRL）劃分主要以兩個維度為表征，將制造能力系統性地劃分成為10個等級美國美國制造成熟度等級（MRL）美標制造成熟度風險因素：按制造風險源，將制造成熟度等級分成

9個風險因素以及20個子因素，和數百條的工作細則。制造成熟度評價應該將項目關鍵元素當前的成熟度等級與項目該階段要求達到的制造成熟度等級進行比較，識別出項目關鍵元素目前存在的差距和達不到目標的風險，從而為制定降低制造風險及其投資預算計劃奠定基礎。美國制造成熟度評價（MRA）這9個要素劃分為若干個子要素，最終形成了評價各級制造成熟度的細則和檢查單。如表2所示，給出了美國國防部“工藝與控制能力要素”MRL4級評價檢查單。具有制造可行性達到原型制造的能力達到批量生產的能力2008年，美國國防部正式將制造成熟度評價工作納入5000.2采辦指令中，標志著美軍武器裝備采辦項目后續必須執行制造成熟度評價。2010年4月，美國國家審計總署在最佳實踐報告中向國防部推薦將MRL評價工作貫穿于整個研制項目中，作為一項新的用于識別和管理制造風險的評價手段。制造成熟度在美國國防領域的應用空軍在F-35聯合攻擊機、F-135噴氣發動機、先進中程空對空導彈(AMRAAM)、MQ-9死神無人偵察機、x波段雷達、戰術系統傳感器等項目中通過應用MRL，提高了生產效率，降低成本達數百萬美元。如針對MQ-9確定了5個風險領域進行重點改進以滿足產能目標；通過MRL將新的鉆孔工藝從MRL4提高到MRL9，在工具、人力、車間使用面積以及加工周期等方面均有改進，實現了每架飛機每單位成本降低1.7萬美元左右。我國相關科研與型號管理部門已經認識到開展制造成熟度評價工作的必要性，2015年發布了《裝備制造成熟度等級劃分及定義》（GJB8345-2015）和《裝備制造成熟度評價程序》（GJB8346-2015）兩項國軍標。國內等級標準定義1明確制造基本含義2明確制造概念3完成制造概念可行性論證4具備在實驗室環境下制造技術物化載體的能力5具備在生產相關環境下制造部件原型的能力6具備在生產相關環境下制造系統或子系統原型的能力7具備在生產相關典型環境下制造系統、子系統或部件的能力8完成試生產，具備小批量生產的能力9完成小批量生產，具備大批量生產或穩定生產的能力10完成大批量生產或穩定生產驗證，貫徹實施精益生產國軍標制造成熟度等級定義制造成熟度評價標準體系是MRA方法的核心，它由制造成熟度等級定義（MRL）、能力要素和評價細則三者共同組成。國軍標制造成熟度風險因素：按制造風險源，將制造成熟度等級分成10個大類，23個小類評價支撐信息評價需求啟動制定評價計劃評價計劃確定參評產品編寫評價準則被評方自評價專家組評價提交報告結束準備評價支撐信息參評產品清單報告評價方主管部門評價準則制造成熟度自評報告形成等級判定結論被評方評價方支持支持支持支持國軍標：制造成熟度評價流程工藝和檢測各級檢查單——工藝建模仿真等級條件內容2如果適用，開發初步的仿真模型3根據頂層工藝流程圖，識別可信的制造概念或可生產性需求4識別工藝流程或產品加工裝配的建模和仿真方法5開發出部件級的初步仿真模型6開發出系統或子系統級的初步仿真模型并用于確定產品的約束條件7通過產品級的仿真模型確定產品制造的約束條件并識別優化改進的途徑8在試生產中驗證產品級仿真模型根據仿真結果優化工藝在小批量生產中驗證產品級仿真模型，除用于支持小批量生產管理，并確定小批量生產要求的可實現性10在大批量生產中驗證產品級仿真模型，并用于支持大批量生產管理書籍資料國內制造成熟度應用與研究《武器裝備研制項目制造風險與制造成熟度》張健壯、史克祿《國防裝備系統工程中的成熟度理論與應用》張新國著通過對某導彈裝備研制項目MRA應用的實例，評估結果表明，該型導彈生產過程控制和生產管理方面還存在一定的風險，需要進一步提高生產過程控制能力與生產管理水平，驗證了所提方法的正確性與有效性。中國商飛公司副總經理賀東風在“商飛民用飛機技術及制造成熟度研討會”總結講話中提出要結合適航當局關于民機技術及制造管理的要求開展民機技術及制造成熟度相關工作，并吸納適航當局積累的經驗。制造成熟度是一個系統管理的思想，我國已認識到項目制造風險管控的重要性。很少就某個制造要素的具有操作性價值的MRL評價展開研究。現有研究基本都圍繞MRA的介紹與方法的推廣應用，航空領域缺乏實踐經驗，尚未形成相關規范。目錄

2國內外制造成熟度研究和應用現狀

1制造成熟度產生與發展洪都公司制造成熟度研究進展介紹

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3洪都公司開展制造成熟度的思考航空工業洪都航空工業洪都是新中國第一架飛機的誕生地，創建于1951年，共研制生產各型飛機5000余架，是一家廠所合一、機彈一體的國防軍工企業。現已成為我國教練機、強擊機、輕型通用飛機的科研生產基地以及航空外貿出口基地，并已成為波音、商飛等國內外知名航空企業合格供應商。目前，公司正在結合“十三五”及“2025”中長期發展戰略，正同步開展多型號的預研、科研工作并進一步拓展國內外航空轉包業務，將面臨更大的機遇和挑戰。內部需求制造風險管理外部環境航空制造業新形勢綜合各類質量標準體系貫穿到航空器的全壽命周期管理中，完善標準體系，與國際標準加快接軌——引入和應用制造風險評估標準

我們要打一場制造業的‘攻堅戰’，用先進標準倒逼‘中國制造’升級。優化生產結構，用質量標準體系推動質量提升，提升產出效能，助推航空制造業創新轉型升級。我國航空制造業，質量體系需拓展到制造過程管控在構建一個完備的、面向新一代航空產品研制制造體系的過程中，需要我們系統和準確地預測和判定制造需求，更需要系統和準確地判定我們的制造能力與制造需求之間存在的差距。

航空制造企業，質量標準體系需要貫穿到產品全壽命周期管理中

近年來，對于航空企業來講，“標準體系”外延不斷擴大，“標準”的要求也在不斷提升。航空企業需要走出“質量管理體系是唯一標準”的思維誤區，綜合各類質量標準體系貫穿到航空器的全壽命周期管理中。洪都公司，型號生產過程中存在產品質量、成本和進度的短板目前各型號項目等都存在不同程度的“拖進度、漲經費、降指標”等問題，其中有很多項目遇到的問題都與制造環節密切相關。這些問題主要歸納有：設計的工藝性、可生產性不高，制造工藝的工程化困難，材料和零部件的供應不穩定，供應商的質量管理缺乏，多品種小批量下生產成本超支，設計頻繁更換導致進度拖延等。洪都公司，型號項目在科研轉批產時工藝要素存在問題尤為明顯在各型號在生產制造中都遇到一些問題，尤其是在科研機轉批產的情況中出現的“人、機、料、法、環、測”等制造要素問題亟待解決。其中，工藝要素存在的問題尤為明顯，例如工藝設計差錯、工藝協調性差、新工藝成熟度不高、工裝不合理等問題，導致某型機研制過程中出現多次較大的技術質量問題，故障率、返修率高發，造成的大量返工返修補制，嚴重影響了產品研制進度，增加了研制經費。綜上所述，決定從工藝要素入手開展工藝制造成熟度的研究作為生產總價值鏈上重要的一環，工藝是連接設計與制造生產的橋梁，可以起到承上啟下的作用。且在研制過程中，工藝技術質量發生問題或引起其他制造要素產生問題，故選擇工藝要素進行制造成熟度評價。目錄

2國內外制造成熟度研究和應用現狀

1制造成熟度產生與發展洪都公司制造成熟度研究進展介紹

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3洪都公司開展制造成熟度的思考洪都公司2016年開始與南昌航空大學接觸，討論共同開展工藝制造成熟度研究的具體問題。形成小批量生產的工藝制造成熟度企業標準工藝制造成熟度評價系統開發項目結題總結驗收2016年6月2017年11月2018年6月2018年12月初步整理影響工藝制造成熟度的制造要素項目立項工作構建小批量生產的工藝制造成熟度等級體系項目合作洽談以某型機為實例進行工程應用2021年12月2021年6月2020年12月2019年8月研究計劃及內容2016.09-2016.11進行相關資料整理與提煉（MRL）12016.11-2016.12與301所交流北京專家訪談洪都內部調研22017.01-2017.07MRL調研報告、初步工藝梳理、項目建議書3現階段的進展情況1、有利于規范化企業制造工藝管理，管控工藝制造風險梳理洪都制造工程部業務域，規范化工藝管理識別制約工藝穩定的短板和制約制造能力提升的瓶頸，管控工藝制造風險，提高效能2、以點帶面，有利于制造成熟度評價全面開展以點帶面，從工藝要素制造成熟度上下延伸，為企業全面開展制造成熟度評價提供基礎4、標準推動質量提升，助推航空制造業轉型升級