航空產(chǎn)品工藝制造成熟度評價模式淺析與探究

航空產(chǎn)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(nèi)外制造成熟度研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1制造成熟度產(chǎn)生與發(fā)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(shù)是否成熟及其可生產(chǎn)性識別并控制從研制向生產(chǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化過程中是否存在風(fēng)險即最大限度提高型號產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和縮短生產(chǎn)周期，滿足任務(wù)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(fēng)險的新工具，是對技術(shù)成熟度概念的延伸。是利用制造、生產(chǎn)、質(zhì)量保證和工業(yè)職能，實現(xiàn)滿足戰(zhàn)斗人員在認定的“最佳值”下完成指定任務(wù)的要求。最佳值是指優(yōu)化的性能，還有全壽命周期內(nèi)所減少的開發(fā)、生產(chǎn)、采購和運行系統(tǒng)的成本。制造成熟度概念介紹生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)范化程度：產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的識別以及控制的規(guī)范化程度。

制造成熟度，主要針對降低產(chǎn)品制造風(fēng)險和制造成本，強調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范化程度及批量生產(chǎn)能力兩個方面。批量生產(chǎn)能力：產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模、連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)能力及其經(jīng)濟性。2009年5月，美國國防部發(fā)布了《制造成熟度評價手冊（草案）》012003年，美國國防部發(fā)布了《國防部技術(shù)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(fā)布的《國防部技術(shù)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(guān)鍵因素042008年美國空軍實驗室開發(fā)并發(fā)布制造成熟度評價計算器（MRAT）052010年7月正式發(fā)布了《制造成熟度評價手冊》。美國制造成熟度評價體系發(fā)展進入2000年以后，美國國防部發(fā)現(xiàn)隨著型號項目研制數(shù)量、規(guī)模和要求的不斷提高，大量項目因為在研制階段缺乏應(yīng)有的制造知識輔助決策而造成進度拖延、質(zhì)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(jīng)驗表明在研制向生產(chǎn)轉(zhuǎn)移的過程中僅僅依靠技術(shù)成熟度是不夠的，技術(shù)成熟度難以評價裝備生產(chǎn)系統(tǒng)可應(yīng)用程度，無法解決由于制造問題而導(dǎo)致的風(fēng)險；同時，由于制造技術(shù)的不成熟，可能會導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加、產(chǎn)品質(zhì)量問題增多、性能不穩(wěn)定、產(chǎn)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(guān)注裝備研制過程的制造風(fēng)險問題，在國防部指令DODD5000.1中指出：“……應(yīng)當(dāng)在大批量生產(chǎn)前降低制造風(fēng)險，驗證產(chǎn)品的可行性”。目的是在采辦項目中呈現(xiàn)關(guān)于關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的制造成熟度程度的數(shù)據(jù)和評價信息。重點關(guān)注工業(yè)制造技術(shù)基礎(chǔ)、原材料和元器件供應(yīng)能力、制造方案可行性、制造工藝穩(wěn)定性等內(nèi)容。評價輸出的是潛在制造風(fēng)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(fēng)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(guān)人員對技術(shù)問題的溝通協(xié)助里程碑決策者決策協(xié)助項目主任決策目錄

2國內(nèi)外制造成熟度研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1制造成熟度產(chǎn)生與發(fā)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(chǎn)對象生產(chǎn)環(huán)境即從制造出原理樣件、演示樣件到生產(chǎn)出分系統(tǒng)級和系統(tǒng)級產(chǎn)品即關(guān)注從實驗室環(huán)境到相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境、典型生產(chǎn)環(huán)境，最終轉(zhuǎn)移至試生產(chǎn)線和批量生產(chǎn)的生產(chǎn)環(huán)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(tǒng)性地劃分成為10個等級美國美國制造成熟度等級（MRL）美標(biāo)制造成熟度風(fēng)險因素：按制造風(fēng)險源，將制造成熟度等級分成

9個風(fēng)險因素以及20個子因素，和數(shù)百條的工作細則。制造成熟度評價應(yīng)該將項目關(guān)鍵元素當(dāng)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(guān)鍵元素目前存在的差距和達不到目標(biāo)的風(fēng)險，從而為制定降低制造風(fēng)險及其投資預(yù)算計劃奠定基礎(chǔ)。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(chǎn)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(biāo)志著美軍武器裝備采辦項目后續(xù)必須執(zhí)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(fēng)險的評價手段。制造成熟度在美國國防領(lǐng)域的應(yīng)用空軍在F-35聯(lián)合攻擊機、F-135噴氣發(fā)動機、先進中程空對空導(dǎo)彈(AMRAAM)、MQ-9死神無人偵察機、x波段雷達、戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)傳感器等項目中通過應(yīng)用MRL，提高了生產(chǎn)效率，降低成本達數(shù)百萬美元。如針對MQ-9確定了5個風(fēng)險領(lǐng)域進行重點改進以滿足產(chǎn)能目標(biāo)；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(xiàn)了每架飛機每單位成本降低1.7萬美元左右。我國相關(guān)科研與型號管理部門已經(jīng)認識到開展制造成熟度評價工作的必要性，2015年發(fā)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(biāo)。國內(nèi)等級標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境下制造技術(shù)物化載體的能力5具備在生產(chǎn)相關(guān)環(huán)境下制造部件原型的能力6具備在生產(chǎn)相關(guān)環(huán)境下制造系統(tǒng)或子系統(tǒng)原型的能力7具備在生產(chǎn)相關(guān)典型環(huán)境下制造系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件的能力8完成試生產(chǎn)，具備小批量生產(chǎn)的能力9完成小批量生產(chǎn)，具備大批量生產(chǎn)或穩(wěn)定生產(chǎn)的能力10完成大批量生產(chǎn)或穩(wěn)定生產(chǎn)驗證，貫徹實施精益生產(chǎn)國軍標(biāo)制造成熟度等級定義制造成熟度評價標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)制造成熟度風(fēng)險因素：按制造風(fēng)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(chǎn)品編寫評價準(zhǔn)則被評方自評價專家組評價提交報告結(jié)束準(zhǔn)備評價支撐信息參評產(chǎn)品清單報告評價方主管部門評價準(zhǔn)則制造成熟度自評報告形成等級判定結(jié)論被評方評價方支持支持支持支持國軍標(biāo)：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(nèi)容2如果適用，開發(fā)初步的仿真模型3根據(jù)頂層工藝流程圖，識別可信的制造概念或可生產(chǎn)性需求4識別工藝流程或產(chǎn)品加工裝配的建模和仿真方法5開發(fā)出部件級的初步仿真模型6開發(fā)出系統(tǒng)或子系統(tǒng)級的初步仿真模型并用于確定產(chǎn)品的約束條件7通過產(chǎn)品級的仿真模型確定產(chǎn)品制造的約束條件并識別優(yōu)化改進的途徑8在試生產(chǎn)中驗證產(chǎn)品級仿真模型根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化工藝在小批量生產(chǎn)中驗證產(chǎn)品級仿真模型，除用于支持小批量生產(chǎn)管理，并確定小批量生產(chǎn)要求的可實現(xiàn)性10在大批量生產(chǎn)中驗證產(chǎn)品級仿真模型，并用于支持大批量生產(chǎn)管理書籍資料國內(nèi)制造成熟度應(yīng)用與研究《武器裝備研制項目制造風(fēng)險與制造成熟度》張健壯、史克祿《國防裝備系統(tǒng)工程中的成熟度理論與應(yīng)用》張新國著通過對某導(dǎo)彈裝備研制項目MRA應(yīng)用的實例，評估結(jié)果表明，該型導(dǎo)彈生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理方面還存在一定的風(fēng)險，需要進一步提高生產(chǎn)過程控制能力與生產(chǎn)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(jīng)理賀東風(fēng)在“商飛民用飛機技術(shù)及制造成熟度研討會”總結(jié)講話中提出要結(jié)合適航當(dāng)局關(guān)于民機技術(shù)及制造管理的要求開展民機技術(shù)及制造成熟度相關(guān)工作，并吸納適航當(dāng)局積累的經(jīng)驗。制造成熟度是一個系統(tǒng)管理的思想，我國已認識到項目制造風(fēng)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?，F(xiàn)有研究基本都圍繞MRA的介紹與方法的推廣應(yīng)用，航空領(lǐng)域缺乏實踐經(jīng)驗，尚未形成相關(guān)規(guī)范。目錄

2國內(nèi)外制造成熟度研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1制造成熟度產(chǎn)生與發(fā)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(yè)洪都航空工業(yè)洪都是新中國第一架飛機的誕生地，創(chuàng)建于1951年，共研制生產(chǎn)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(yè)?，F(xiàn)已成為我國教練機、強擊機、輕型通用飛機的科研生產(chǎn)基地以及航空外貿(mào)出口基地，并已成為波音、商飛等國內(nèi)外知名航空企業(yè)合格供應(yīng)商。目前，公司正在結(jié)合“十三五”及“2025”中長期發(fā)展戰(zhàn)略，正同步開展多型號的預(yù)研、科研工作并進一步拓展國內(nèi)外航空轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)，將面臨更大的機遇和挑戰(zhàn)。內(nèi)部需求制造風(fēng)險管理外部環(huán)境航空制造業(yè)新形勢綜合各類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系貫穿到航空器的全壽命周期管理中，完善標(biāo)準(zhǔn)體系，與國際標(biāo)準(zhǔn)加快接軌——引入和應(yīng)用制造風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)

我們要打一場制造業(yè)的‘攻堅戰(zhàn)’，用先進標(biāo)準(zhǔn)倒逼‘中國制造’升級。優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系推動質(zhì)量提升，提升產(chǎn)出效能，助推航空制造業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級。我國航空制造業(yè)，質(zhì)量體系需拓展到制造過程管控在構(gòu)建一個完備的、面向新一代航空產(chǎn)品研制制造體系的過程中，需要我們系統(tǒng)和準(zhǔn)確地預(yù)測和判定制造需求，更需要系統(tǒng)和準(zhǔn)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(yè)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系需要貫穿到產(chǎn)品全壽命周期管理中

近年來，對于航空企業(yè)來講，“標(biāo)準(zhǔn)體系”外延不斷擴大，“標(biāo)準(zhǔn)”的要求也在不斷提升。航空企業(yè)需要走出“質(zhì)量管理體系是唯一標(biāo)準(zhǔn)”的思維誤區(qū)，綜合各類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)過程中存在產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)費、降指標(biāo)”等問題，其中有很多項目遇到的問題都與制造環(huán)節(jié)密切相關(guān)。這些問題主要歸納有：設(shè)計的工藝性、可生產(chǎn)性不高，制造工藝的工程化困難，材料和零部件的供應(yīng)不穩(wěn)定，供應(yīng)商的質(zhì)量管理缺乏，多品種小批量下生產(chǎn)成本超支，設(shè)計頻繁更換導(dǎo)致進度拖延等。洪都公司，型號項目在科研轉(zhuǎn)批產(chǎn)時工藝要素存在問題尤為明顯在各型號在生產(chǎn)制造中都遇到一些問題，尤其是在科研機轉(zhuǎn)批產(chǎn)的情況中出現(xiàn)的“人、機、料、法、環(huán)、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(shè)計差錯、工藝協(xié)調(diào)性差、新工藝成熟度不高、工裝不合理等問題，導(dǎo)致某型機研制過程中出現(xiàn)多次較大的技術(shù)質(zhì)量問題，故障率、返修率高發(fā)，造成的大量返工返修補制，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品研制進度，增加了研制經(jīng)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(chǎn)總價值鏈上重要的一環(huán)，工藝是連接設(shè)計與制造生產(chǎn)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(shù)質(zhì)量發(fā)生問題或引起其他制造要素產(chǎn)生問題，故選擇工藝要素進行制造成熟度評價。目錄

2國內(nèi)外制造成熟度研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1制造成熟度產(chǎn)生與發(fā)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(xué)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(chǎn)的工藝制造成熟度企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝制造成熟度評價系統(tǒng)開發(fā)項目結(jié)題總結(jié)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(gòu)建小批量生產(chǎn)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(yīng)用2021年12月2021年6月2020年12月2019年8月研究計劃及內(nèi)容2016.09-2016.11進行相關(guān)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(nèi)部調(diào)研22017.01-2017.07MRL調(diào)研報告、初步工藝梳理、項目建議書3現(xiàn)階段的進展情況1、有利于規(guī)范化企業(yè)制造工藝管理，管控工藝制造風(fēng)險梳理洪都制造工程部業(yè)務(wù)域，規(guī)范化工藝管理識別制約工藝穩(wěn)定的短板和制約制造能力提升的瓶頸，管控工藝制造風(fēng)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(yè)全面開展制造成熟度評價提供基礎(chǔ)4、標(biāo)準(zhǔn)推動質(zhì)量提升，助推航空制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級