航天产品制造过程中的工艺关键特性分析与控制

mnn^质量工程技术专栏/航天产品制造过程中的工艺关键特性分析与控制么健王勇王旗胜亢涛涛(首都航天机械公司，北京100076)摘要阐述了航天产品制造过程中工艺关键特性的概念，产品工艺关键特性分析工作范围、要求和分析时机等，结合有关案例介绍了5M1E、QFD等工艺关键特性分析的方法及应用，并提出了相关控制要求。关键词制造过程工艺关键特性5M1E引言工艺是连接设计和制造的桥梁，是设计图纸转化为产品实物的重要环节。随着航天型号快速、高可靠研制和批量生产需求不断增强，对航天产品工艺设计工作提出了更高的挑战，如何有效识别分析出产品工艺关键特性，聚焦和突出产品制造的关键控制环节，对于强化产品质量控制能力，提高产品的质量与可靠性，以及优化工艺过程，科学地调配资源并组织生产，提高生产效率等方面都将发挥重要的支撑和引领作用。然而，目前航天制造企业的产品工艺设计工作仍普遍以个人经验为主，对工艺关键特性的识别分析存在着不够规范和统一的问题，不利于提升产品的研制质量和效率。因此，围绕产品设计指标实现，提出了利用“人、机、料、法、环、测”要素分析（5M1E)、质量功能展开（QFD)等分析产品工艺关键特性的方法，以及在后续生产过程中的控制要求。1工作目的和范围工艺关键特性，是指产品工艺设计过程中规定的对产品生产实现及对产品最终质量与可靠性有决定性影响的特性，通常是指对设计技术指标的工艺实现产生重要影响的工艺技术指标或控制要求。QFD开展工艺关键特性分析和控制工作的目的主要是找出产品工艺过程中的关键控制环节，分析相关过程的工艺指标裕度是否充分、工艺流程是否合理、控制措施是否全面具体等，从而提高工艺文件的指导性，强化生产过程控制，确保产品实现和质量一致性。同时，也为合理地调配生产资源，科学地安排生产计划及实施更加精准的生产成本控制等提供有效的技术支撑和依据。航天产品工艺关键特性的分析应重点从以下方面开展院一是应围绕设计关键特性的实现过程进行分析；二是应围绕工艺不够稳定、质量波动性大的产品工艺过程进行分析；三是应针对专业上涉及的工艺特殊过程和环节进行分析，比如采取禁限用工艺控制过程措施、多余物预防措施等；四是其他需予以特殊关注的项目。2工作要求和时机对于产品工艺关键特性分析，一般应围绕设计指标实现进行，充分考虑产品设计指标的实现过程和采取的相关工艺保证措施，将有决定影响的工艺指标或措施，以及现有手段条件下，由于控制不当易导致质量发生较大波动的过程要素指标识别为工艺关键特性。同时，产品的工艺实现通常是多个生产工艺条件和因素综合作用的结果，产品某一项指标的实现往往不是单纯某一个工步或工序的工作，ZHILIANGYUKEKAOXING2017年第5期♦总第191期J质量工程技术专栏7也要综合考虑如上下游工序的影响等因素，避免“只见树木，不见森林”。此外，对于工艺关键特性的分析，在围绕设计指标实现的基础上，也应关注专业上通常涉及的特殊控制要求，比如某些增压输送系统产品的加工和装配过程均要进行多余物防控工作，应采取必要的工艺手段（比如相交孔毛刺去除和检查要求冤有效控制多余物的产生和引入，避免产品功能失效。航天型号产品工艺关键特性的分析与控制工作应从初样研制阶段开始，且各个研制阶段均应开展该工作。其中，下一研制阶段的分析应以上一研制阶段的分析结果为基础，充分总结吸取上一阶段的生产经验。同时，对于研制过程中暴露出的质量问题应重点予以关注，必要时应分析识别出新的工艺关键特性并在后续生产中加以控制；对于工艺过程稳定、有成熟控制措施和手段的工艺关键特性也可取消设定，减少冗余控制工作。因此，对于工艺关键特性的分析和控制是一个动态迭代的过程，应随着认识加深和生产实践经验积累不断深化。3采用的分析方法及应用对于产品工艺关键特性的分析，一般应先梳理产品的工艺实现过程，针对相关过程中的工艺控制指标或要求，分析现有控制能力及对产品设计指标实现的影响等，也可根据设计指标逆向梳理相关工艺实现过程，找出需设定的关键工艺指标或保证措施等。可采用质量管理活动中常用的工具如5M1E法、QFD法、因果矩阵分析法、过程故障模式及影响分析（PFMEA)等开展分析工作。此外，工艺分析过程中应引入头脑风暴环节，以保证分析结果的客观、准确。下面结合有关例子介绍5MIE法和QFD法的分析应用情况。3.15M1E分析法5M1E法是工艺设计和管理活动中经常应用的一种分析方法，虽然该方法对分析人员的工艺经验也有一定依赖性，但考虑到产品及工艺设计的继承性问题，以及企业生产工艺条件相对稳定的特点，采用5M1E法还是十分可行的。5M1E法是围绕着产品的工艺实现过程，对工艺过程中涉及到的“人、机、料、法、环、测”6个基本要素，逐一分析出其相关的控制要求是否合理、全面和具体，以及对结果的影响等，将对结果产生重要影响的、与产品设计关键特性实现直接相关的要素和控制要求，确定为工艺关键特性。每个环节要素分析的要点如下。1)人员：人员的技能等级、岗前培训、考核上岗要求、具备的生产经验、双岗操作等。2)机器（指设备和工艺装备）：设备的能力，如选用机床的精度和行程、热处理设备炉温均勻性和控温精度要求，工艺装备的保证水平等。3)材料：材料的状态、性能等要求，如非金属材料由于不同批次的性能波动对产品质量带来影响的控制要求、复验要求等。4)方法：工艺流程合理性，工艺参数合理、充分性，加工操作要点，相关工艺控制要求是否全面、具体等。5)环境：制造环境条件要求，如焊接时环境温度、湿度等，装配厂房的洁净度要求等。6)测量：过程监视测量要求及成品检验要求，相关的检测方法、检测工具要求（一般指精度、检定或鉴定周期等)。例如，某阀门壳体材料为某铝锻件，壳体型腔内底部的密封台尺寸要求为R0.50〜R0.02、Ra0.3,与壳体型腔内孔同轴度要求为0.03。由于该特征部位主要用来起密封作用，工作时要经过常低温交变环境考验，且有多次开闭动作等，因此，对密封台的形位尺寸、表面粗糙度等要求高。对该部位指标的加工工艺过程采用5M1E法进行了分析如表1所示。通过对以上工艺过程分析，结合对产品加工的影响程度及控制难易程度情况，可以认为采用基准找正及找正精度要求、使用专用活门座成形车刀、控制机床的转速和进给量及进行首末件剖切检查，这些为阀门壳体密封台加工的工艺关键特性。3.2QFD分析法在工艺攻关时期或开展产品工艺设计活动初期，生产子样较少情况下，采用QFD法分析比较适合。QFD法是根据产品设计任务书或功能、用途要求等分析产品设计指标重要性及和产品工艺实现相关的工艺质量要素，建立工艺设计质量屋，将产品设计指标按对最终功能实现的影响程度分别赋予一定分值，量化分析各相关工艺要素对设计指标的影响程度，并按重要度大小确定关键工艺参数和关键工艺操作要求，即工艺关键特性。ZHILIANGYUKEKAOXING40---------------------------------------2017年第5期♦总第191期m%\il质量工程技术专栏7表i某阀门壳体密封台加工工艺过程分析序号工艺要素相关内容分析对密封台加工影响控制难易程度1人员1)中级工以上一般易2)具有关键工序上岗证一般易3)具有同类产品的加工经验重要易2机器(设备和工装）1)普通数控车床，机床重复定位精度在0.005以上重要易2)活门座车刀（保证密封台尺寸R0.5)非常重要难3)三坐标精密测量机重要易4)0.001mm外径千分尺（测量壳体外圆基准尺寸）重要易3材料1)某铝锻件/(设计要求）易2)切削液一般易4工艺方法1)一次性装夹工件，完成壳体型腔和密封台等结构尺寸加工重要易2)加工前及换刀后通过找正同一基准保证型腔内孔与密封台同轴度，找正精度在0.01以内非常重要难3)通过专用成形车刀保证密封台尺寸，以及通过控制机床转速、进给量等保证密封台的表面粗糙度非常重要较难//5环境///6测量1)三坐标测量精测同轴度重要易2)首末件的剖切检查密封台尺寸、表面粗糙度等非常重要难例如，某舱段壳体端面对接协调孔的加工，考虑该孔后续用于舱段对接，孔与其他舱段孔的协调性为设计关键特性渊可具体分解为对接孔的分布角度、分布圆直径等指标要求加工状态一致冤，另外，孔的加工尺寸精度、表面粗糙度、相对于舱段外锥面的同轴度、扭角渊偏转角度冤也是重要的特性。经过相关分析和计算，制定出工艺设计质量屋，如图i所示。主要分析和计算过程如下。i冤将对接孔的协调性等分解的技术指标，按重要程度将分值设定为9，7，7，5，1，相对重要度（单个分值衣分值和，具体计算过程略）计算结果分别为0.31，0.24，0.24，0.17,0.04。2)QFD小组分析出加工流程、工装方案、装夹要求、刀具要求4个工艺质量要素，重要度渊各要素设计分解指标相对重要度分别乘以强弱相关度后，再求和）计算结果分别为3.04，5.36，6.04,1.89。3)各工艺质量要素的相对重要度（单项分值衣分值和）计算结果为0.19，0.33，0.37，0.12,列出工艺质量的分解要素渊可结合实际设计技术指标量化为具体的工艺控制指标)。4)假设QFD小组设定相对重要度大于0.25渊1/n，其中n为工艺要素数量）的工艺要素为关键工艺特性，则产品的关键工艺特性分析为协调钻模保证、钻模的装夹，以及定位精度渊应量化为具体指标)。另外，也可利用质量屋屋顶所表征的关联度进一步计算出各工艺质量要素之间的关联系数，作为详细工艺设计时合理分配工艺参数指标及制定工艺控制措施的参考。4相关控制要求4.1技术状态控制对于识别分析出的工艺关键特性，应利用工艺仿真、工艺试验和试生产等方式对工艺关键特性进行充分验证。必要时，应结合一些技术管理手段如过程确认、首件鉴定、工艺评审等来进行综合验证评价，确保所分析的项目全面、完整和准确。针对分析出的工艺关键特性应尽可能量化，制ZHILIANGYUKEKAOXING-----412017年第5期♦总第191期J质量工程技术专栏卜mnn加工流程工装方案装夹要求刀具要求对接孔的协调性0.31◎•◎/孔系相对于壳体的同轴度0.24◎◎•/孔系相对于壳体的扭角0.24A◎•/孔加工尺寸精度（直径）0.17/AA•孔表面粗糙度0.04///•工艺要素重要度3.045.366.041.89工艺要素相对重要度0.190.330.370.12工艺质量具体分解要素加工定位孔及连接孔顺序协调钻模、定位销精度钻模与工件贴合度、对正工件象限线、中心要求铰刀直径、精度注：荫表示强相关（9);◎表示中等相关（5);吟表示弱相关（1);/表示不相关（0)图1某舱段壳体端面对接协调孔的工艺设计质量屋定可操作、可检查的控制措施并落实在指导生产的工艺文件中。必要时，可采取设置关键工序、强制检验工序等形式加强过程控制，确保其始终处于受控状态。对于工艺关键特性的分析结果（项目）、验证情况等应形成正式汇总文件，作为技术状态控制的基线或依据文件。工艺关键特性的更改或调整等属于重大工艺更改范畴，应严格按相应的管理程序进行控制。4.2生产过程控制设定工艺关键特性的产品应参考关键工序的生产管理要求进行管控，对于生产过程中涉及的人员、设备、工装、原材料等提出控制要求，保证加工过程的稳定性和产品的一致性。设定工艺关键特性的产品在生产实施前应进行必要的技术交底，帮助操作人员正确理解工艺意图。应通过强化执行双岗制、三检制、增加检验人员巡检频次及在线监视测量等手段对生产过程进行有效监控。当工艺关键特性加工过程或结果出现异常波动时，应及时分析原因并制定控制措施。必要时，还应进行测量系统分析，防止测量系统出现偏差造成结果反馈不准确。产品工艺关键特性在生产过程中的控制情况，以及所用的检（监）测工具信息（规格、精度、检定周期等）应形成有效的质量记录，作为后续开展数据包络分析、质量评审验收等的依据。5结束语开展航天产品工艺关键特性的分析与控制，是近年来航天科技集团公司为加强型号质量可靠性建设所推行的一项重要举措。目前，相关企业由于承制产品特点不同和制造环境差异性，采用的分析方法和控制手段也各有所异，需要结合自身情况进行不断探索实践和深化。相信随着工具