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标准化助力民用飞机研制--关于大型客机制造标准体系建设的思考与探讨 |
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摘 要: 依据国内外大型客机先进制造技术发展现状和标准现状，明确了大型客机研制的标准需求，并基于大型客机研制模式和先进制造技术特点，提出了大型客机制造技术体系，分析了大型客机制造标准体系建设需求和构成，阐述了大型客机制造标准体系建设的基本思路和重点内容，并提出了体系建设措施和建议。
关键词: 大型客机；标准；体系
中图分类号: T-65 文献标识码：C
民机产业体现着国家的技术和经济实力，在我国工业领域具有引领、示范效应，其产业核心—大型客机，则更是百花丛中的一朵奇葩。
先进制造技术在大型客机项目研制过程中占有非常重要的地位。近几年来，国内外数字化设计/制造/管理技术、数字化工程和企业信息技术的迅猛发展，促使飞机制造技术发生了根本性变革，随之带来的是对民用飞机先进制造技术标准的强烈需求。而以波音、空客等为代表的先进民用飞机制造企业的制造技术标准已走在世界前列，除了以企业标准形式存在的设计、制造以及管理规范等，还包括了国际标准以及本国的军用标准、协会标准等，构成了协调性高、适用性强、满足适航要求的企业制造技术标准体系，显著提高了企业生产效率，减少了浪费，降低了研制成本，缩短了研制周期，进而增强了企业核心竞争力和在国际市场上的话语权。
我国航空工业制造体系是建立在军机科研、生产、经营和管理基础上的。随着改革开放的深入和对外合作的增多，在民用飞机自主研制、转包生产、“三来加工”和军用飞机研制过程中，针对先进制造技术及装备，经过了多年的引进、消化、吸收和自主创新，积累了众多的技术经验和科研成果[1]。目前，针对大型客机研制的先进制造技术体系日益成熟，其对标准化需求主要集中在五方面：其一，在航空产品研制过程中逐渐积累起来的生产工艺、加工工艺、连接和装配、测试和检验等核心制造技术[2,3]；其二，针对生产现场的精益制造及其制造执行系统[4]；其三，基于模型定义的设计/制造/管理一体化技术[5]；其四，“主制造商-供应商”模式[6]；其五，适航认证。面对体现国家意志、人民意志的大型客机研制项目，要达到研制成功和商业成功的目的，需贯彻、执行“四化”，即涉及企业的人员/组织、经营管理和技术的“市场化、信息化、智能化、国际化”。而以先进大型客机制造技术为依托和相应规范其制造技术活动的标准化工作（构建制造标准体系）为支撑，可以实现上述目标，即需与当下国内外的先进制造技术相结合，构建以制造技术、经营管理、信息技术、适航认证等方面为主，具有自身创新特色、高效率、高应变能力的大型客机制造技术体系及为其服务的制造标准体系。
1 大型客机先进制造技术体系分析
以波音 787、空客 A380 为代表的大型客机研制项目集中体现了民用飞机先进制造技术应用、管理水平，是与最新的制造和加工技术、基于微电子技术和信息技术的工厂自动化、面向制造业的计算机软件系统和网络通信技术、最新的制造业组织管理模式或现代管理技术等先进制造技术相结合的结果[2]。
我国在 ARJ21 支线客机研制过程中，采用了经型号研产验证的先进制造技术和主制造商/供应商研产模式，并在其科研、生产和经营上取得了重大突破，但相应的先进制造技术水平与国外相比仍有较大差距，由此建立的制造技术体系和标准体系仍不完善，需要进一步开展技术研发与攻关工作。
依据美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)对先进制造技术的定义及分类，即先进制造技术主要包括 3 个技术群：主体技术群、支撑技术群、制造技术环境[5]，同时结合大型客机项目研制、经营管理模式和特点，考虑目前国内大型客机主制造商和供应商的传统制造技术，结合自主研发、技术攻关以及引进的先进制造技术，分析、梳理大型客机的各制造技术群，初步提出大型客机制造技术体系框架(如图 1 所示)，从而指导制造标准体系构建。
图 1 大型客机制造技术体系框架
2 大型客机制造标准体系建设需求和架构
国外先进飞机制造企业标准体系完善、开放，涵盖了基础、材料、通用零部件、工艺工装、管理、客户服务、产品性能和产品设计等各个方面；标准数量庞大，基本在 1 万项左右；除了企业内部标准外，还包括来源广泛的外部标准。外部标准主要包括公司标准、国际标准、地区标准、国家标准、工业标准、协会标准以及合作伙伴、用户或政府的标准。
2.1 体系建设需求
2.2.1 保障项目研制成功和商业成功
大型客机研制项目采用的是与欧美民用飞机研制发展趋势基本一致的先进制造技术、“主制造商-供应商”模式和经营管理方式。通过建立制造标准体系，指导各研制单位在项目研制的基础上统一、协调的开展标准化工作。对涌现出的大量先进制造技术和经营管理方法，通过统一制定标准或引进国际、国外先进标准来规范企业内部的科研、生产、管理等活动；对存在于企业内部的标准资源，结合项目研制特点进行梳理、修订；对各研制单位之间的产品和技术的对接，通过制定顶层管理标准或文件来规范其活动。进而减少重复劳动，保证产品质量、节约项目研制成本，使研制有据可依，规范整个研制流程，是主制造商、供应商内部及他们之间在制造技术和管理层面沟通的共同语言和交流平台。
2.2.2 作为适航审定的技术基础支持
我国的适航条例是从美国的适航条例转化而来，由于我国过去未对民机标准安排预先研究，没有形成自己的民机标准体系，也没有将 FAA 引用的标准加以转化，使得我国适航条例中无法引用相应的标准作为其适航要求的一部分。通过建立大型客机制造标准体系，在关键制造技术标准制修订过程中，考虑适航审定的因素，以支持大型客机研制顺利通过适航当局的适航审查。
2.2.3 支撑民用飞机先进制造技术的创新
大型客机核心、关键的制造技术必须依靠自主创新。伴随大型客机先进制造技术的突破，以标准形式对其核心技术和关键技术进行固化，不仅是新技术成果的最佳表现形式，更是创新成果传播的重要载体。通过建立大型客机制造标准体系，将加速创新成果转移和扩散，充分发挥标准在民用飞机领域的技术引领作用，促进民用飞机先进制造技术的发展[9]。
2.2 体系构成
大型客机制造标准体系是参考国外先进民机制造企业以及国内航空行业、企业、ARJ21项目的标准体系框架[10]，并基于项目研制和“主制造商-供应商”模式下企业的技术体系和标准现状，由研制、生产、经营管理过程中所需标准组成的科学有机整体，依据设计标准和客户服务标准的要求，涉及到大型客机研制过程中针对原材料、半成品、制件、零部件、系统级产品、最终产品等进行的制造、加工、部装、总装、检验检测、验收、计量、经营管理等全过程的各项活动。它由基础标准、工艺标准、工装标准、验收标准、计量标准、信息技术应用标准和管理标准构成；从广义角度上讲，大型客机制造标准体系是基于型号研制项目的企业技术标准体系和管理标准体系的结合体，如图 2 所示，主要包含国际标准、国家标准、行业标准和企业标准，由各级别标准共同组成的一个系统完整、科学适用、技术先进、开放灵活的制造标准体系。
目前我国航空工业标准除去明显用于军机的标准，有与大型客机研制可能相关的标准约近万项，主要存在于国家军用标准、航空行业标准和国家标准中。经初步分析梳理得知，涉及制造类的标准包括：基础标准、材料标准、工艺标准、工装标准、理化测试标准、信息技术应用标准、管理标准，其它为设计、客服类标准。这些标准大多是针对军用飞机制定的，需要进一步分析其技术指标对大型客机的适用性。另外，关键制造技术标准数量少、标龄老、专业分布不均衡、标准零散；与国外以先进制造技术为依托的标准水平存在较大差距；相关引用的国际、国外标准缺少分析转化工作；由于民机制造技术标准的缺乏使得我国的适航条例中无法引用相应的标准作为其适航要求的一部分。
图 2 大型客机制造标准体系框架
3 大型客机制造标准体系建设的基本思路和重点内容
3.1 基本思路
大型客机制造标准体系的建设是一项长期而复杂的系统工程，应以大型客机研制、技术创新和企业需求为牵引，以民机项目、技术基础和型号项目为依托，以支撑大型客机制造技术体系建设为核心，坚持自主研发，构建具有自主知识产权的大型客机制造标准体系，保障项目的研制，促进技术创新，推动民机产业的可持续发展。
3.1.1 结合实践，科学适用
调研分析大型客机研制流程，梳理相关科研生产、信息技术和经营管理等关键环节，结合企业需求、技术和业务水平，建立科学、合理、完整、适用的制造标准体系；避免片面追求“大而全”，有用和无用的标准一齐制定或纳入，造成效果不佳，增加运行和管理成本[11]。
3.1.2 体系完备，层次合理
构建覆盖大型客机及后续型号项目研制全过程的标准体系，规范和支持项目研制和适航审定活动，形成和保障在总装制造、信息技术、经营管理、适航管理等方面能力；建立外部制造标准引进机制，广泛运用国内外成熟和先进的各级制造方面的标准资源，形成各级标准配套齐全、层次合理、协调配合的体系格局。
3.1.3 体现创新，积极引进
贯彻自主创新方针，形成一批具有自主知识产权的关键标准，带动新技术、新材料、新工艺、经营管理等关键技术的群体突破，为项目研制提供技术支持和储备。另外，还应积极考虑吸收相关国际标准、国内先进标准以及供应商和转包生产企业的标准成果，构建一个包含多种标准的制造标准体系。
3.1.4 技术领先，水平先进
标准技术指标应突出反映民机产品研制特点，满足民机产品在“安全性、经济性、舒适性、环保性”等方面的特殊要求，关键标准技术水平应适度超前或领先，并能够适应企业的技术基础和资源能力，以降低研制成本和商业风险，满足大型客机等项目研制要求。
3.1.5 状态开放，持续改进
应依据项目研制进展和相关技术发展情况及其应用需求，动态更新或补充相关技术标准，及时维护标准体系，保证相关标准状态的有效性，以持续满足项目推进需要。
3.2 重点内容
3.2.1 适用于新环境、新材料、新技术的基础标准构建
近年来随着信息技术深入发展和应用，新材料螺纹件的涌现和基于三维模型的设计、制造和检测环境的变化，基础专业技术在螺纹加工、图样管理和产品几何技术规范方面得到了快速发展。我国基础标准基本等同采用国际标准，而航空行业总体上采用的是国家标准，基本满足民用飞机需求。综合诸多因素，基础标准构建将以现行国家标准和航空行业标准体系为蓝本，通过对其标准技术内容的分析来完成。
3.2.2 基于先进材料、先进结构、先进加工特征的工艺标准构建
工艺标准主要包括工艺基础、工艺管理和工艺技术标准三个方面，其中工艺技术标准又划分为切削加工、连接、装配技术等九大领域。依据民机适用性分析原则，开展国内现行航空工艺标准的“军转民”工作，同时基于民机、技术基础等项目开展先进制造工艺标准研究与制订工作。方向主要集中在：高效、低成本复合材料制件制造技术，以钛、铝合金为代表的大型、整体化轻金属构件制造技术，高效数控加工技术，自动化、柔性化的飞机装配技术，激光束焊接技术，新材料及其制件、零部件、系统和产品的先进检验检测技术等。
3.2.3 数字化环境下的工装设计、制造与管理技术标准构建
面对竞争激烈的国际民机市场，波音和空客都通过大力发展工艺装备柔性化、数字化、快速研制以及数据库型式工装标准技术，大大缩短了工装的设计、生产、检验周期，降低了工装研制成本，满足了大型客机研制所要求的短周期、低成本和高质量的目标。我国大型客机的工装技术标准需关注三方面：高精度、耐用、柔性、数字化、货架式通用工装，系列化、柔性化、自动化的专用工装，先进工装设计/制造/管理技术。
3.2.4 将设计、制造、管理融为一体的信息技术标准构建
欧美等国的航空制造商目前已建立了较完善的产品数字化开发环境，从设计、试验、制造到并行协同，从数字化部件发展到整机数字样机，构建了一个涉及航空产品研制全过程的信息技术平台和标准体系，其专业技术领域涉及三个方面：基于模型的设计/制造/管理技术，高度并行协同的研制模式，面向工程应用的数字化仿真技术，我国应在这三方面开展标准化工作。
3.2.5 面向大型客机研制项目的管理标准构建
大型客机研制是一项非常复杂的系统工程项目，对内需优化各项资源，推广精益制造，加强信息流、物流和资金流的控制；对外涉及多专业、多行业、多供应商的协同，同时还面向竞争激烈的国际民机市场，故针对大型客机研制的管理是以项目管理为基础，开展系统工程管理、供应链管理和基于生产现场的管理。与此同时，应针对上述管理活动开展标准制订和体系建设工作。
4 几点措施和建议
4.2 优化、整合研制单位现有标准资源
由于承担大型客机研制项目的各研制单位技术和标准资源、水平参差不齐，技术指标和相关要求不尽相同，故应基于项目建立企业制造标准资源共享平台，互通有无，进而深入合作，求同存异，实现共赢。
4.3 针对尚未成熟的先进制造技术开展标准先行工作
国际民机市场竞争激烈，我国民机制造企业应未雨绸缪，通过密切跟踪国内外先进制造技术发展趋势，结合自身技术资源和实力，针对先进制造技术开展标准预先研究，并在后续型号研制过程中不断实施、完善，进而可上升为国家标准，甚至国际标准，以实现企业自身技术的话语权和我国民机产业的软实力。
4.4 注意解决引进标准和自身标准的知识产权问题
民机制造企业难免会引进国际、国外先进制造标准，对于标准的版权问题，应通过协商以获得所有权人的许可。标准要进行专利查询，涉及技术专利的，要按照国际标准化组织惯例或协议，按照事先约定、许可以及声明进行技术协商。同时，对于我国的知识产权保护应该及早做好防护措施，避免技术流失。
4.5 依据“适航条例引用”制订标准
大型客机研制有满足适航认证要求和市场竞争需要等特点。应以适航条例为参照物，与基础科研相结合，及时总结制造技术成果，制订满足适航审定的制造技术标准。
4.6 开展大型客机制造综合标准化研究
大型客机研制项目是一项综合性强的系统工程，在项目研制时机适当的情况下，应有组织、有计划的开展制造综合标准化研究，以达到大型客机研制项目技术发展和经济效益整体最佳。
参考文献
[1] 皮付见,刘颖,梁勇.民机工艺标准体系构建探讨[J].航空标准化与质量,2008,5:20-23.
[2] 李春田.标准化概论[M].北京:中国人民大学出版社,2010:230-231.
[3] 郭恩明.航空先进制造技术发展趋势[J].航空制造技术,2007:1-5.
[4] 王琛.精益制造与制造执行系统在航空制造企业中的应用[J].航空制造技术,2008,19:42-45.
[5] 王亚军,吴希孟,刘湘.航空制造技术发展趋势[J].科技中国,2004,8:44-47.
[6] 阴庞龙,何景武.大型客机构型管理研究[J].民用飞机设计与研究,2009:179-182.
[7] 白康明,李岩,张越梅.民机适航审定与标准化[J].航空标准化与质量,2007,6:25-29.
[8] 姜澄宇,王俊彪.我国大型飞机研制中的关键制造技术[J].航空制造技术,2009,1:28-31.
[9] 刘启国,代冰,于宏军等.关于航空发动机标准体系建设的思考与讨论[J].航空标准化与质量,2010,2:9-12.
[10] 孙晓康,陈渭,袁华南.企业标准体系实施指南[M].北京:中国标准出版社,2003:60-86.
[11] 李春田.企业如何建立标准体系[J].世界标准信息,2009:103-105. (end)
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(8/18/2012) |
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