数字化条件下航天产品工艺文件管理标准的适用性研究

汤中恒 李建华 冯春霞 毛坚英 魏冬邦

（中国航天科技集团九院七〇四所， 北京， 100076）

工艺标准化是规范和简化工艺设计与管理的基础性工作， 通过工艺标准化可以保障产品设计与工艺设计的协调性。 对于典型产品来说， 可以减少重复性工作量， 规范工作程序， 提高产品研制过程的工艺设计质量， 缩短工艺准备时间， 优化工艺装备配置。

航天行业标准 《航天产品工艺文件管理制度》 是航天企业组织科研生产的基本技术管理制度， 是技术管理的重要支撑标准之一， 规范了航天产品研制的工作程序， 提高了研制过程的工艺设计质量[1]。

近年来， 以结构化工艺为核心的数字化工艺的迅猛发展， 将制造过程中所需的人、 机、 料、 法、环等要素， 以树状结构的方式组织起来， 可对工序进行串行、 并行、 多路径等流程规划， 体现了结构化、 协同化工艺设计理念， 大幅提高了航天产品生产过程中设计和制造的管理水平。 数字化工艺文件脱离了卡片模板的限制， 而是以颗粒化、 模块化、精准化且能被计算机直接解构的工艺数据， 直接用来指导工人操作和组织生产。 面对全新的航天生产组织模式和工艺文件形式， 需要对现行航天工艺文件管理标准再次开展适用性研究。

1 概述

1.1 数字化工艺设计的特点

a） 工艺数据颗粒化。工艺数据颗粒化是实现结构化工艺的基础， 将指导工艺生产的工艺数据分解成颗粒单元。 工艺数据的颗粒度由系统能解析的最小数据单元决定， 包括以下3 类： ①属性： 用于描述被管理对象的集合， 可以直接被系统精准解析。 ②对象： 指对象数据库中管理中的模型、 图纸、 工艺、 设备、 刀具、 物料等， 可以精准地被数字化平台解析。 ③数据集： 指在系统结构化工艺内存放工艺需求数据文件的集合， 需借助第三方平台进行查看。

b） 工艺流程模块化。数字化工艺将工艺数据颗粒单元以固化的流程进行组织， 最终将所有工艺数据颗粒单元以树状结构的方式组织起来，其主要流程包括： 工艺路线编制， 材料定额编制， 创建专业工艺， 创建工序， 创建工步。 在组织工艺数据颗粒单元时， 可以多人同时参与设计活动， 从而大幅提高数字化工艺的编制效率。

c） 工艺数据接口标准化。工艺数据接口标准化通过工艺数据以规定的规则存储和传递， 实现工艺数据的复用性和可传递性。 工艺数据接口不仅包括数字化平台与工艺颗粒单元知识库之间的接口， 还包括与上下游软件之间的接口， 如ERP 系统、 MES 系统。 根据数字化平台的解析规则制定工艺知识单元存储方式， 实现系统与工艺颗粒单元知识库之间接口的标准化； 根据上下游数据需求及数据类型， 建立标准化的软件接口协议， 从而最大限度地提高工艺数据在产品全生命周期内利用率。

1.2 工艺文件管理标准数字化适用性分析方法

在数字化工艺条件下， 航天产品科研生产模式和工艺文件形式有了颠覆性的改变， 需要对现行航天工艺文件管理标准开展科学全面系统的适用性研究。 既要继承现行管理标准的成熟经验，又要考虑到数字化工艺的特点。 目前， 各单位使用的数字化系统风格各异， 结合具体数字化系统提出要求难以脱离主观因素； 按 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准逐条提出数字化管理要求， 难以充分融入数字化工艺设计的特点。

《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准作为在航天单位得到广泛贯彻实施的工艺文件管理制度， 经过实践的长期检验， 其管理逻辑是成熟有效的。 以 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准的管理逻辑为基础， 提出数字化工艺文件管理要求， 不仅没有脱离现行管理标准的成熟经验， 又考虑到了数字化工艺的特点。 工艺文件管理标准数字化适用性分析方法架构如图1 所示。

图1 工艺文件管理标准数字化适用性分析方法架构图

为直观形象地表达抽象的管理逻辑， 将 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准的管理逻辑解构成细化的管理要素。 管理要素是从 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准中抽象出的管理对象和管理维度， 直观反映了具体条款规定的内容和提出要求的角度。 管理要素在管理逻辑和标准条款之间承担着承上启下的作用， 管理逻辑由所有管理要素构成， 标准条款是管理要素的具体要求。 通过逐条款提炼管理要素保证管理要素的全面系统性， 从而保证管理逻辑的全面和系统性。

在提炼 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准管理要素的基础上， 按管理要素重组所有的标准条款， 开展以管理要素为主线的适用性分析方法。 结合数字化工艺和传统工艺的区别， 依次对每个管理要素下的所有标准条款开展适用性分析， 保留所有适用的标准条款， 结合数字化工艺设计的特点， 针对不适用的条款和适用但需补充的条款， 提出数字化工艺文件标准修订建议， 为形成数字化工艺文件管理标准草案提供基础。

2 工艺文件管理要素梳理

管理要素是细化的管理逻辑， 由于 《航天产品工艺文件管理制度》 管理类系列标准和编制类系列标准管理逻辑差异性大， 将管理要素细分成管理要求类管理要素和编制规则类管理要素。

2.1 管理要求类管理要素提炼方法

《航天产品工艺文件管理制度》 管理类系列标准包括工艺文件的一般性要求、 完整性、 签署、 更改、 编号等， 保证了工艺文件的完整性、齐套性、 协调性。 具体标准需进一步对标准化内容和事项进行讨论和明确。

具体条款围绕管理对象和管理维度制定管理要求， 管理对象是标准提炼出的内容， 管理维度是管理对象涉及的维度。 以管理对象和管理维度组合的方式提炼管理要求类管理要素， 既脱离了具体要求， 又能保证管理内容的全面性。 逐条对条款内容逆向解构， 按 “管理对象” + “的” +“管理维度” 的方式命名管理要素。 如 《航天产品工艺文件管理制度 第6 部分： 工艺文件更改规定》 的条款4.2： “设计文件更改引起的工艺文件更改， 应以产品设计文件更改单为依据。”该条款属于原则性要求， 对应的管理对象为工艺文件更改， 涉及的管理维度是依据， 最终提炼出的管理要素为工艺文件更改的依据。

2.2 编制规则类管理要素提炼方法

《航天产品工艺文件管理制度》 编制类系列标准主要规定了各专业工艺卡片细化量化的工艺数据和卡片格式， 数字化工艺编制将离散在传统卡片式工艺文件中的工艺数据以结构化的形式组织起来，在编制内容维度上具备一致性， 因此， 按编制内容进行提炼， 编制规则类管理要素具备数字化条件下的适用性。

2.3 工艺文件管理要素汇总

对 《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准的33 个组成部分进行逐条款的分析， 共梳理了标准条款265 项， 工艺卡片的栏位和填写内容1571 项。 重组所有标准条款， 以管理要素为主线进行汇总整理， 对相同的管理要素进行合并，最终梳理出管理要素142 项。 管理要素汇总表示意见表1。

表1 管理要素汇总表示意

3 数字化条件下的适用性分析

3.1 管理要求类管理要素对应条款的适用性

根据数字化工艺的特点， 对管理要素下所有标准条款进行数字化适用性分析。 以管理要素签署者的技术责任为例， 结合数字化工艺设计的特点， 说明管理要求类管理要素对应条款的适用性分析过程， 形成签署者的技术责任所属条款的适用性分析表， 见表2。

表2 签署者的技术责任所属条款适用性分析表 （部分）

3.2 编制规则类管理要素对应条款的适用性

传统工艺设计模式下， 所有指导实际加工生产的工艺数据以工艺卡片的形式组织起来， 而在数字化条件下， 工艺人员将工艺数据颗粒单元按模块化的编制流程组织起来， 最终形成树状工艺结构树。

编制规则类管理要素是以编制内容的角度提炼出的， 数字化工艺设计同样需要编制相应工艺内容， 用来指导实际生产加工。 因此， 从编制内容的角度进行分析， 编制规则类管理要素所属条款是适用的。

编制规则的差异性体现在工艺数据的组织方式， 相较于传统工艺设计， 数字化工艺数据以属性、 对象、 数据集的组织架构进行组织管理， 因此， 从组织架构的角度进行分析， 编制规则类管理要素所属条款都是不适用的。

4 数字化条件下工艺文件管理制度建议

4.1 管理要求类管理制度建设

随着数字化工艺文件编制模式的转变， 数字化工艺文件不仅包括树状结构， 还包括工艺数据颗粒单元， 面对工艺文件的架构化和工艺数据的颗粒化， 需要细致化的工艺文件管理模式。

a） 工艺文件管理层次

管理层次要和颗粒化工艺数据的工艺流程相匹配， 依据管理要求类管理要素， 提出颗粒单元的管理办法。 如工艺文件更改的实施管理条款中对更改方式进行了规定， 包括划改、 刮改等， 数字化工艺文件的更改应围绕工艺数据颗粒单元展开， 如对象的更改方式为重新到对象数据库中选取。

b） 工艺文件管理范畴

数据接口的标准化拓宽了工艺文件的管理范畴， 需要建立工艺数据库和接口协议相关管理细则。 数据接口的标准化依赖于标准化的工艺数据库和接口协议， 依据工艺数据库的种类建立规范化的工艺数据存储和引用方式。 接口协议包括对外输出数据的规则和工艺卡片模板库， 根据上下游软件数据交互方式， 建立系统对外输出数据的标准化机制， 根据科研生产管理实际需求， 建立系统对外输出工艺卡片模板库。

c） 工艺文件管理职责

数字化系统在继承传统工艺文件管理标准的基础上， 借助系统功能分担了工艺人员的部分管理职责， 需要重新对数字化工艺文件管理职责进行界定。 如管理要素签署者的技术责任， 对于部分以前需要签署者进行检查操作的技术责任， 信息化系统可以通过软件的开发实现自动校验。

4.2 编制规则类管理制度建议

数字化工艺文件编制规则不再局限于最后呈现的树状结构的管理， 还包括对编制过程的管理。

a） 颗粒单元编制规则

首先明确颗粒单元的属性特点， 如数据集的数据类型， 对象数据库的种类等， 还需明确具体细化量化的工艺参数所对应的颗粒单元类型。

b） 模块化工艺编制规则

通过明确流程中所需编制的颗粒单元， 实现模块化的工艺编制模式， 如在编制工序属性时，要明确工序属性的种类， 包括工序名称、 工序特性、 协作单位等。 数字化工艺数据编制方法更加多样化， 需要进一步明确， 编制方法包括继承自其他数据源、 系统根据规则自动生成、 选取自数据库， 工艺人员手动填写等。

5 结语

通过工艺文件管理要素梳理， 全面分析了《航天产品工艺文件管理制度》 系列标准数字化条件下的适用性， 提出了数字化工艺文件管理制度建议， 为以后的标准制定和换版修订提供了参考。 通过开展现有航天产品工艺文件管理标准的数字化适用性研究， 保证数字化工艺文件的完整、 正确、 统一、 协调。 通过数字化航天产品工艺文件管理标准指导工艺设计信息化系统的开发与建设， 系统优化工艺设计工作流程， 全面规范工艺文件的编制及管理， 全方位提升航天产品质量。