航空產(chǎn)品工藝制造成熟度評(píng)價(jià)模式淺析與探究

航空產(chǎn)品工藝制造成熟度評(píng)價(jià)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(jìn)展介紹

4

3洪都公司開展制造成熟度的思考確定項(xiàng)目研制過程中制造技術(shù)是否成熟及其可生產(chǎn)性識(shí)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(xiǎn)即最大限度提高型號(hào)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(shí)別制造風(fēng)險(xiǎn)的新工具，是對(duì)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(shí)現(xiàn)滿足戰(zhàn)斗人員在認(rèn)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(yùn)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(shí)別以及控制的規(guī)范化程度。

制造成熟度，主要針對(duì)降低產(chǎn)品制造風(fēng)險(xiǎn)和制造成本，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范化程度及批量生產(chǎn)能力兩個(gè)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(jì)性。2009年5月，美國國防部發(fā)布了《制造成熟度評(píng)價(jià)手冊(cè)（草案）》012003年，美國國防部發(fā)布了《國防部技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)手冊(cè)（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(píng)價(jià)手冊(cè)（第2版）》將制造成熟度等級(jí)劃分為10級(jí)，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(shí)驗(yàn)室開發(fā)并發(fā)布制造成熟度評(píng)價(jià)計(jì)算器（MRAT）052010年7月正式發(fā)布了《制造成熟度評(píng)價(jià)手冊(cè)》。美國制造成熟度評(píng)價(jià)體系發(fā)展進(jìn)入2000年以后，美國國防部發(fā)現(xiàn)隨著型號(hào)項(xiàng)目研制數(shù)量、規(guī)模和要求的不斷提高，大量項(xiàng)目因?yàn)樵谘兄齐A段缺乏應(yīng)有的制造知識(shí)輔助決策而造成進(jìn)度拖延、質(zhì)量下降與費(fèi)用超支等情況。2008年，美國國防部96項(xiàng)比較大的采辦項(xiàng)目，采辦成本增長25％，超支2964億美元，平均進(jìn)度延遲22個(gè)月。美國制造成熟度提出的背景通過上述實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(píng)價(jià)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(xiǎn)；同時(shí)，由于制造技術(shù)的不成熟，可能會(huì)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(xiǎn)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(xiǎn)，驗(yàn)證產(chǎn)品的可行性”。目的是在采辦項(xiàng)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(píng)價(jià)信息。重點(diǎn)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(píng)價(jià)輸出的是潛在制造風(fēng)險(xiǎn)元素。美國國防部開展制造成熟度評(píng)價(jià)的目的和作用作用支持采辦項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理有助于項(xiàng)目計(jì)劃的指定降低項(xiàng)目費(fèi)用，為項(xiàng)目的按期完成提供保障有助于項(xiàng)目相關(guān)人員對(duì)技術(shù)問題的溝通協(xié)助里程碑決策者決策協(xié)助項(xiàng)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(jìn)展介紹

4

3洪都公司開展制造成熟度的思考生產(chǎn)對(duì)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(jí)和系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品即關(guān)注從實(shí)驗(yàn)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(jí)（MRL）劃分主要以兩個(gè)維度為表征，將制造能力系統(tǒng)性地劃分成為10個(gè)等級(jí)美國美國制造成熟度等級(jí)（MRL）美標(biāo)制造成熟度風(fēng)險(xiǎn)因素：按制造風(fēng)險(xiǎn)源，將制造成熟度等級(jí)分成

9個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素以及20個(gè)子因素，和數(shù)百條的工作細(xì)則。制造成熟度評(píng)價(jià)應(yīng)該將項(xiàng)目關(guān)鍵元素當(dāng)前的成熟度等級(jí)與項(xiàng)目該階段要求達(dá)到的制造成熟度等級(jí)進(jìn)行比較，識(shí)別出項(xiàng)目關(guān)鍵元素目前存在的差距和達(dá)不到目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，從而為制定降低制造風(fēng)險(xiǎn)及其投資預(yù)算計(jì)劃奠定基礎(chǔ)。美國制造成熟度評(píng)價(jià)（MRA）這9個(gè)要素劃分為若干個(gè)子要素，最終形成了評(píng)價(jià)各級(jí)制造成熟度的細(xì)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(jí)評(píng)價(jià)檢查單。具有制造可行性達(dá)到原型制造的能力達(dá)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(píng)價(jià)工作納入5000.2采辦指令中，標(biāo)志著美軍武器裝備采辦項(xiàng)目后續(xù)必須執(zhí)行制造成熟度評(píng)價(jià)。2010年4月，美國國家審計(jì)總署在最佳實(shí)踐報(bào)告中向國防部推薦將MRL評(píng)價(jià)工作貫穿于整個(gè)研制項(xiàng)目中，作為一項(xiàng)新的用于識(shí)別和管理制造風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)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(jī)、F-135噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)中程空對(duì)空導(dǎo)彈(AMRAAM)、MQ-9死神無人偵察機(jī)、x波段雷達(dá)、戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)傳感器等項(xiàng)目中通過應(yīng)用MRL，提高了生產(chǎn)效率，降低成本達(dá)數(shù)百萬美元。如針對(duì)MQ-9確定了5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)改進(jìn)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(jìn)，實(shí)現(xiàn)了每架飛機(jī)每單位成本降低1.7萬美元左右。我國相關(guān)科研與型號(hào)管理部門已經(jīng)認(rèn)識(shí)到開展制造成熟度評(píng)價(jià)工作的必要性，2015年發(fā)布了《裝備制造成熟度等級(jí)劃分及定義》（GJB8345-2015）和《裝備制造成熟度評(píng)價(jià)程序》（GJB8346-2015）兩項(xiàng)國軍標(biāo)。國內(nèi)等級(jí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)證，貫徹實(shí)施精益生產(chǎn)國軍標(biāo)制造成熟度等級(jí)定義制造成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系是MRA方法的核心，它由制造成熟度等級(jí)定義（MRL）、能力要素和評(píng)價(jià)細(xì)則三者共同組成。國軍標(biāo)制造成熟度風(fēng)險(xiǎn)因素：按制造風(fēng)險(xiǎn)源，將制造成熟度等級(jí)分成10個(gè)大類，23個(gè)小類評(píng)價(jià)支撐信息評(píng)價(jià)需求啟動(dòng)制定評(píng)價(jià)計(jì)劃評(píng)價(jià)計(jì)劃確定參評(píng)產(chǎn)品編寫評(píng)價(jià)準(zhǔn)則被評(píng)方自評(píng)價(jià)專家組評(píng)價(jià)提交報(bào)告結(jié)束準(zhǔn)備評(píng)價(jià)支撐信息參評(píng)產(chǎn)品清單報(bào)告評(píng)價(jià)方主管部門評(píng)價(jià)準(zhǔn)則制造成熟度自評(píng)報(bào)告形成等級(jí)判定結(jié)論被評(píng)方評(píng)價(jià)方支持支持支持支持國軍標(biāo)：制造成熟度評(píng)價(jià)流程工藝和檢測(cè)各級(jí)檢查單——工藝建模仿真等級(jí)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(shí)別可信的制造概念或可生產(chǎn)性需求4識(shí)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(jí)的初步仿真模型6開發(fā)出系統(tǒng)或子系統(tǒng)級(jí)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(jí)的仿真模型確定產(chǎn)品制造的約束條件并識(shí)別優(yōu)化改進(jìn)的途徑8在試生產(chǎn)中驗(yàn)證產(chǎn)品級(jí)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(yàn)證產(chǎn)品級(jí)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(shí)現(xiàn)性10在大批量生產(chǎn)中驗(yàn)證產(chǎn)品級(jí)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(xiàng)目制造風(fēng)險(xiǎn)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(duì)某導(dǎo)彈裝備研制項(xiàng)目MRA應(yīng)用的實(shí)例，評(píng)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(xiǎn)，需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)過程控制能力與生產(chǎn)管理水平，驗(yàn)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(jī)技術(shù)及制造成熟度研討會(huì)”總結(jié)講話中提出要結(jié)合適航當(dāng)局關(guān)于民機(jī)技術(shù)及制造管理的要求開展民機(jī)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(yàn)。制造成熟度是一個(gè)系統(tǒng)管理的思想，我國已認(rèn)識(shí)到項(xiàng)目制造風(fēng)險(xiǎn)管控的重要性。很少就某個(gè)制造要素的具有操作性價(jià)值的MRL評(píng)價(jià)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)展介紹

4

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(jī)的誕生地，創(chuàng)建于1951年，共研制生產(chǎn)各型飛機(jī)5000余架，是一家廠所合一、機(jī)彈一體的國防軍工企業(yè)。現(xiàn)已成為我國教練機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)、輕型通用飛機(jī)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(hào)的預(yù)研、科研工作并進(jìn)一步拓展國內(nèi)外航空轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)，將面臨更大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。內(nèi)部需求制造風(fēng)險(xiǎn)管理外部環(huán)境航空制造業(yè)新形勢(shì)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(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

我們要打一場(chǎng)制造業(yè)的‘攻堅(jiān)戰(zhàn)’，用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)倒逼‘中國制造’升級(jí)。優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系推動(dòng)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(jí)。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(gè)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(cè)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(duì)于航空企業(yè)來講，“標(biāo)準(zhǔn)體系”外延不斷擴(kuò)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(hào)生產(chǎn)過程中存在產(chǎn)品質(zhì)量、成本和進(jìn)度的短板目前各型號(hào)項(xiàng)目等都存在不同程度的“拖進(jìn)度、漲經(jīng)費(fèi)、降指標(biāo)”等問題，其中有很多項(xiàng)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?dú)w納有：設(shè)計(jì)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(jì)頻繁更換導(dǎo)致進(jìn)度拖延等。洪都公司，型號(hào)項(xiàng)目在科研轉(zhuǎn)批產(chǎn)時(shí)工藝要素存在問題尤為明顯在各型號(hào)在生產(chǎn)制造中都遇到一些問題，尤其是在科研機(jī)轉(zhuǎn)批產(chǎn)的情況中出現(xiàn)的“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”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(jì)差錯(cuò)、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(jī)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(bǔ)制，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品研制進(jìn)度，增加了研制經(jīng)費(fèi)。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(jià)值鏈上重要的一環(huán)，工藝是連接設(shè)計(jì)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(jìn)行制造成熟度評(píng)價(jià)。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(jìn)展介紹

4

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(píng)價(jià)系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目結(jié)題總結(jié)驗(yàn)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(xiàng)目立項(xiàng)工作構(gòu)建小批量生產(chǎn)的工藝制造成熟度等級(jí)體系項(xiàng)目合作洽談以某型機(jī)為實(shí)例進(jìn)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(jì)劃及內(nèi)容2016.09-2016.11進(jìn)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(bào)告、初步工藝梳理、項(xiàng)目建議書3現(xiàn)階段的進(jìn)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(xiǎn)梳理洪都制造工程部業(yè)務(wù)域，規(guī)范化工藝管理識(shí)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(xiǎn)，提高效能2、以點(diǎn)帶面，有利于制造成熟度評(píng)價(jià)全面開展以點(diǎn)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(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)4、標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)質(zhì)量提升，助推航空制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)