孫巖峰，黃 穎，何 恒

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司,成都610503）

0 引言

提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短開發(fā)時間是制造業(yè)成功和發(fā)展的關鍵因素及目標。設計和制造集成的開發(fā)方式一直是研究熱點，可制造性評估是實現(xiàn)設計和制造集成的重要手段。DFM（Design for Manufacturing）稱為面向制造的設計或設計可制造性，這個概念最初在電子行業(yè)提出并實施，因為電子行業(yè)中的半導體垂直分工細致，代工企業(yè)與IC設計商之間領域分明，通過實施DFM，可以提高產(chǎn)品批產(chǎn)合格率，從而降低成本、縮短產(chǎn)品上市時間。

按狹義范圍理解，設計可制造性評估即產(chǎn)品設計的工藝性評估,就是在產(chǎn)品設計過程的早期就考慮制造的因素，指導產(chǎn)品設計，減少設計的反復，使產(chǎn)品一次開發(fā)成功。其目的是保證滿足產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，采用合理而經(jīng)濟的制造工藝來達到設計要求，從而實現(xiàn)最優(yōu)化產(chǎn)品定義。

按廣義范圍理解，設計可制造性評估是由設計工程師主導，組織制造供應商對產(chǎn)品工藝性進行評判的工作，不只包括產(chǎn)品定義和工藝，還應涵蓋實施該工藝過程中的制造系統(tǒng)，即產(chǎn)品的結構工藝性、可加工性、可裝配性、標準文件、制造成本和制造周期等方面。也就是說，可制造性評估是從制造可能性和經(jīng)濟性的觀點來檢驗設計的質(zhì)量。

相比起電子行業(yè)，航空發(fā)動機的設計可制造性評估研究工作起步較晚。特別是我國航空發(fā)動機研制體系是俄羅斯研發(fā)體系的產(chǎn)物，如設計所和制造廠是分離的，現(xiàn)有工作流程簡單，溝通不充分，有可能導致設計不合理引起后期制造、裝配問題，延誤研制進度。

國外發(fā)動機企業(yè)的產(chǎn)品已實現(xiàn)全球化制造，以美國某知名航空企業(yè)為例：下游供應商多達成百上千，分布在美國、歐洲、亞洲等各地，每個供應商有不同生產(chǎn)能力和經(jīng)驗，因此必須開展設計可制造性評估工作，以保證設計意圖和產(chǎn)品制造匹配。筆者所在公司經(jīng)歷了30多年外貿(mào)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，和美英等國際知名航空發(fā)動機企業(yè)長期合作，并在一些國際最先進的發(fā)動機上開展了同步工程，從2012年開始成為中國最早一家和國外發(fā)動機零部件設計開展同步工程的單位。至今，已開展同步工程共計16項。DFM是同步工程的核心技術，在產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)中，設計和制造最為重要。因此在同步工程的開始，就要考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性等因素[1]，因此DFM已成為同步工程的熱門課題之一。作者曾多次參加同步工程工作，實際參與了顧客面向供應商開展的可制造性評估工作。

本文通過可制造性評估的具體案例詳細介紹其工作要求和優(yōu)點，以期探討該方法在國內(nèi)軍品研制生產(chǎn)過程中應用的必要性。

1 航空發(fā)動機研發(fā)現(xiàn)狀及存在問題

由于設計所和制造廠是分離的，所以目前國內(nèi)航空發(fā)動機研發(fā)一直采用串行模式，即零組件設計→打樣圖的工藝性審查→發(fā)出生產(chǎn)準備圖紙→工藝性審查→反饋問題→形成技術問題協(xié)調(diào)單（保證生產(chǎn)準備不受影響）→修訂設計圖→換版發(fā)出。這種模式流程相對簡單，但需要等待上一階段全部完成后，才能進入下一階段工作，并交換成套信息。

目前航空工業(yè)發(fā)展迅猛，新產(chǎn)品推出速度越來越快，傳統(tǒng)的串行設計模式已經(jīng)越來越跟不上發(fā)展的速度。一方面，設計所設計員的工程背景有限，工藝能力較差，在發(fā)動機設計過程中對工藝性的考慮不足，導致很多零、部件工藝性較差或制造成本高，同時在設計階段，產(chǎn)品相關信息不能及時提給工藝部門、制造部門、質(zhì)量控制部門、采購部門及其相關供應商，難以全面考慮制造可行性和質(zhì)量保證等問題，所以國內(nèi)軍品零件的工藝性不如外貿(mào)零件，往往是圖紙已經(jīng)出來，制造廠進行工藝性審查時提出的建議，設計所一般不會采納。另一方面由于設計與制造單位的分離，造成信息溝通不充分，設計先天缺陷往往在后期才暴露出來，造成后期工程更改，或者由于設計不合理引起后期制造、裝配問題，延誤研制進程，或者很多意見無法融入設計圖樣和文件中，產(chǎn)品制造性問題導致的設計變更，甚至可能引起相關配套產(chǎn)品的變更；浪費人力物力，影響制造周期。

現(xiàn)代航空發(fā)動機研發(fā)工作需要各個專業(yè)設計人員的配合與協(xié)調(diào)，眾多承制部門和單位要及時交換信息并驗收成果。面向產(chǎn)品全壽命周期的并行設計技術（即同步工程），就是對產(chǎn)品整個研發(fā)過程的各個子系統(tǒng)同步研發(fā)，產(chǎn)品與工藝、工裝的開發(fā)，產(chǎn)品與質(zhì)量目標同步規(guī)劃，使開發(fā)者從概念形成開始就考慮其他子系統(tǒng)的接口和需求，考慮后續(xù)工藝和工裝的水平和能力，考慮質(zhì)量目標的實現(xiàn)要求。即研發(fā)時就考慮到整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素（包括質(zhì)量、成本、進度和用戶要求）的1種系統(tǒng)方法[2-5]。在產(chǎn)品各部分的同時設計和綜合，以及有關工程、制造和支持相關性協(xié)調(diào)的處理。在同步工程中往往應用設計可制造性評估，使開發(fā)人員從一開始就能考慮到產(chǎn)品壽命期內(nèi)的所有環(huán)節(jié)，即從項目規(guī)劃到產(chǎn)品交付的有關質(zhì)量、成本、周期和用戶要求等[6-10]。

鑒于目前國內(nèi)設計所與制造企業(yè)溝通不暢的特殊情況，必須通過學習國外的先進經(jīng)驗，開展設計可制造性評估，提升設計質(zhì)量，最終達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本以及縮短試制周期的目的。

2 國外知名航空發(fā)動機制造企業(yè)的可制造性評估方法簡介

任何產(chǎn)品的設計不會百分百完美，從設計階段、產(chǎn)品制造、裝配試車再到成熟使用，或多或少都會有問題出現(xiàn)，即使是國際知名企業(yè)，產(chǎn)品設計也存在不足之處，仍然需要開展可制造性評估工作。設計師聯(lián)合供應商開展設計可制造性評估，充分考慮供應商在零件加工過程中提出的改進建議，并將其納入設計更改。評估時需考慮產(chǎn)品全加工過程，包括結構定義、尺寸公差限制、形位公差、特種工藝，甚至材料等。設計工程師對供應商提出的意見進行評估和采納，在加工前就有效提高產(chǎn)品的工藝加工性， 提高成本優(yōu)勢，實現(xiàn)“雙贏”。

實際上，產(chǎn)品可制造性評估工作貫穿于產(chǎn)品整個生命周期。如果按時間段來劃分產(chǎn)品生命周期，可以分為設計啟動、設計研發(fā)、設計定型和工程定型等4個階段。每個階段的工作目的、工作要求、評估流程和評估方法（工具）、評估輸入和評估結果形式有一定的差別。

2.1 設計啟動階段

由于航空發(fā)動機結構復雜，在大多數(shù)情況下，新設計的航空發(fā)動機產(chǎn)品并不是完全意義上的全新產(chǎn)品，而是在已有產(chǎn)品基礎上，根據(jù)新功能等需求進行更新或改進。因此即使沒有最終產(chǎn)品設計，設計工程師仍然可以開展評估工作。即在設計啟動階段，產(chǎn)品處于“概念設計”，在缺少特征尺寸和工藝要求不完善的情況下，在選定制造供應商之后就由設計發(fā)布結構初樣設計模型，可以開展這個評估工作。比如評估產(chǎn)品性能是否滿足客戶需求、其主要參數(shù)是否滿足產(chǎn)品的可制造性和加工工藝性是否合理等。產(chǎn)品的性能要求、系統(tǒng)和試驗等要求的評估審定在設計部門內(nèi)部開展。對于可制造性和加工工藝性，需要設計工程師聯(lián)系制造供應商，開展評估工作。

2.1.1 評估目的

在設計啟動階段開展可制造性評估，其目的是有助于制造供應商初步了解產(chǎn)品設計要求，評估自身加工能力，提前合理安排實際加工工序和過程，為下一步研發(fā)和制造集成工作奠定基礎，也可以稱為“功能預評審”。

評估目標：（1）設計單位將設計意圖傳遞給供應商；（2）強調(diào)原有設計和工藝的應用；（3）將工程和質(zhì)量要求傳遞給供應商；（4）將項目要求傳遞給供應商；（5）實施對工程要求符合性的預評審。

2.1.2 工作內(nèi)容

任命設計單位和制造供應商的項目經(jīng)理；審查設計要求；審查預計的性能要求；審查發(fā)動機系統(tǒng)要求；確定試驗要求；審查可靠性、維護性和安全問題；審查零件早期成熟的設計方案；審查相似零部件的知識經(jīng)驗；確定設計性能的服務壽命；審查擬使用的材料；討論與適用的設計單位的設計規(guī)程的一致性；審查關鍵質(zhì)量特性（CTQ）和關鍵指標（KC）的要求；易裝配性；討論零件的預期研發(fā)計劃；審查六西格瑪設計（DFSS）和可靠性設計（DFR）的初始評分卡；確定下一次評審日期。

2.1.3 評估人員

設計單位的設計工程師、系統(tǒng)工程師、產(chǎn)品質(zhì)量工程師、價值工程師、材料工程師、機械分析師及其他技術專家；制造供應商的設計工程師、制造工程師、質(zhì)量工程師、生產(chǎn)和項目管理人員。

2.1.4評估方法

通過視頻會議，展示PPT文件或UG模型，設計工程師向制造供應商傳遞原有產(chǎn)品的特征尺寸和工藝要求，并以此為基礎，告知制造供應商預估的新設計要求和可能的更改風險，比如材料更改、關鍵特征、關鍵工藝或者可能會增加哪些新的形體特征等等。除此以外，還應該向制造供應商告知，為配合新發(fā)動機試車試驗，新設計產(chǎn)品的需求數(shù)量和交付時間。功能預評審評估清單見表1。

2.1.5 評估流程

設計單位和制造供應商組成跨部門團隊熟悉擬研發(fā)零件的設計規(guī)范意圖和項目要求。向團隊傳遞零件的功能、在發(fā)動機中的位置、裝配要求，同時也包括運行環(huán)境、特殊操作、安裝和拆卸技術。評估流程如圖1所示。

2.2設計研發(fā)階段

經(jīng)過前期的評估交流，設計和制造雙方達成合作意向，由此開始進入研發(fā)階段。由于在研發(fā)階段，設計更改頻繁，信息量巨大，因此要求雙方緊密聯(lián)系，需要定期溝通、開會并做好記錄。此階段的評估工作專業(yè)是多方面的，應該充分考慮到實際加工的情況，制造單位根據(jù)初樣結構制造工藝性與設計溝通，提高加工性和經(jīng)濟性，提出與結構相關的制造工藝實現(xiàn)的建議。評估工作不僅相關產(chǎn)品尺寸精度、特種工藝、加工合理性，也涉及標準符合性和產(chǎn)品檢測等多個方面。

2.2.1 評估目的

在設計研發(fā)階段開展可制造性評估工作，其目的是有利于增強設計的工藝性，避免由于設計與工藝能力不協(xié)調(diào)產(chǎn)生較多不合格品審理。同時能提高設計開發(fā)的有效性，將制造工藝要求和質(zhì)量要求提前引入產(chǎn)品設計過程中，充分利用供應商的知識經(jīng)驗，優(yōu)化設計方案，設計圖樣更加完善，最大化減少設計更改工作。也可以稱為“設計最優(yōu)化評審”。

評估目標：（1）確保開發(fā)可行性的設計；（2）確保制造供應商的能力符合需求方的要求；（3）鑒別和糾正設計存在的問題；（4）確定總設計意圖的一致性；（5）盡量減少導致不合格品審理的零件偏差；（6）鑒別和糾正所有生產(chǎn)和質(zhì)量敏感的設計區(qū)域；（7）評定與所有需求方標準的一致性。

2.2.2 工作內(nèi)容

對先前的評審提出行動措施；指定支持人員和技術資源；與需求方標準的符合性；可靠性、可維護性、安全；圖紙更改控制；設計更改與生產(chǎn)問題；圖紙（草圖/詳圖/尺寸/公差/基準）的評審；裝配的簡易性；材料、替代材料；工藝路線和過程評估；質(zhì)量；設計規(guī)程；安全和維護性的審查；關鍵質(zhì)量特性（CTQ）和關鍵指標（KCs）要點和要求；CTQs和KCs的6σ能力的評估；DFSS工藝和初步的DFR的評估；生產(chǎn)流程卡（6σ零件）；來源審核；測試計劃要求；風險評估/規(guī)避風險計劃修正；主要項目計劃或進度計劃的修正；確定下一次評審日期。

2.2.3 評估人員

設計單位的設計工程師、質(zhì)量工程師、價值工程師和其他技術專家；制造供應商的總工程師、設計工程師、質(zhì)量控制/檢驗人員、材料工程師和其他專業(yè)技術人員。

2.2.4 評估方法

采用專用文件-交流單（Memo或者Comm Sheet）傳遞設計要求，交流單按正式文件傳遞和存檔。定期召開視頻會議，頻次按工程進度需要確定，一般為每周1～2次。在會議之前，設計工程師應陸續(xù)將已確定產(chǎn)品的特征尺寸、工藝要求等信息通過交流單傳遞給制造供應商。制造供應商組織工藝、制造、采購和質(zhì)量部門在會議前期評估交流單，在視頻會議上和設計工程師討論，并形成書面意見，會后按正式文件進行反饋。設計工程師根據(jù)制造供應商的反饋意見，敲定無異議的設計特征，評審有異議部分并尋求解決方案，最終雙方在設計方案上達成一致。設計最優(yōu)化評審評估清單見表2。

2.2.5 評估流程

修改設計圖以適應選定制造供應商的設備、工具和工藝能力。目標是增強工藝性并避免由于初始設計與工藝能力不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的不合格品審理。建立來源審核要求。評估流程如圖2所示。

2.3 設計定型階段

通過前2個階段的評估交流，產(chǎn)品設計逐步完善成型，發(fā)布詳細正樣的結構尺寸要求，設計圖樣正式定稿發(fā)布，產(chǎn)品進入設計定型階段。在這個階段，產(chǎn)品加工已經(jīng)完成或接近完成，必須考慮產(chǎn)品的制造系統(tǒng)。設計制造單位對正樣結構進行精細加工的制造工藝性審查，與設計達成綜合最佳的修正意見，確保產(chǎn)品的可實現(xiàn)性和結構設計功能、性能目標的最優(yōu)平衡。如果供應商對更改要求無異議，需要在規(guī)定時間內(nèi)反饋評估統(tǒng)計結果，并貫徹設計更改。英國某航空采用FVRA表單評分的形式建立同設計工程師溝通反饋，將制造性或檢測性差的尺寸特征，標識為高級或中級風險等級，能幫助設計工程師聚焦具體尺寸特征要求，綜合考慮改進設計特征，提高產(chǎn)品設計和加工、檢測的符合度，進而減少產(chǎn)品批產(chǎn)后可能出現(xiàn)的風險和不合格品審理。

表2 設計最優(yōu)化評審評估清單

2.3.1 評估目的

在制造供應商的試生產(chǎn)階段開展評估，其目的是驗證設計的可制造性、可檢驗性?？芍圃煨灾饕球炞C設計的零件從能不能加工、好不好加工、能加工出來的合格率大小、加工成本等方面的因素；可檢驗性主要是驗證零件尺寸能不能檢測、好不好檢測、測具能否設計出來、測頭能否接觸到檢測形體、是在工序中檢測還是終檢等方面的因素。考慮加工質(zhì)量和成本，盡量減少高風險的特種工藝和不夠健全的加工技術，確保加工、裝配和試驗能滿足要求。因此這個評估也稱為“試制、生產(chǎn)和質(zhì)量評審”。

評估的目標：（1）確保完成的設計具有可制造性、可驗證性，審查所有與零件最終設計有關的生產(chǎn)、質(zhì)量和特種工藝，審查材料與特種工藝能力的協(xié)調(diào)性；（2）確保工藝路線和工藝圖表符合要求；（3）確保現(xiàn)場工藝符合工程要求；（4）審查試制和改進零件過程中生產(chǎn)、工藝、裝配和檢驗方面暴露出的問題并確保已經(jīng)采取了糾正措施。

2.3.2 工作內(nèi)容

評估討論材料和工藝與規(guī)范的一致性；初始圖紙和工藝圖表的狀態(tài)和適宜性；定義關鍵的生產(chǎn)和質(zhì)量特性；知識經(jīng)驗的應用；評審生產(chǎn)流程圖；重要工藝的鑒定；SSL要求的評審/定稿；可行性評審，包括CTQs、KCs、特種工藝和歷年棘手區(qū)域；評審/修改/同意驗收試驗說明書；評審/修改/同意裝配說明書；評審/同意質(zhì)量要求并實施；確定Gage R&R（測量系統(tǒng)再現(xiàn)性與重復性分析）要求；生產(chǎn)風險評估和規(guī)避風險計劃；評審工藝能力；工裝（機加工、鑄造、鍛造）；基準；無損檢測（時間、地點、方法）；裝配的簡易性；定義CTQ數(shù)據(jù)庫并制訂實施計劃；審查/更新主進度計劃；確定下一次評審日期。

2.3.3 評估人員

設計單位的設計工程師、質(zhì)量工程師、材料工程師以及其他技術專家。制造供應商的設計工程師、質(zhì)量工程師、制造工程師以及其他專業(yè)的技術人員。

2.3.4 評估方法

在這個階段，評估工作不再采用視頻會議等形式，主要采用書面的評估，不同企業(yè)的評估方式有所不同。如美國某航空企業(yè)采用評估表，而英國某航空采用FVRA表單。

2.3.4.1 評估表的具體評估內(nèi)容

試制、生產(chǎn)&質(zhì)量評審評估清單見表3。

2.3.4.2 FVRA表單介紹

英國某航空公司采用FVRA表單開展可制造性評估。FVRA表單示例見表4。FVRA即Feature Verification Risk Analysis（特征風險分析），是 DCM(特征尺寸矩陣表單）的一部分。DCM（特征尺寸矩陣表單）用于設計評審工作，其包含7個部分：圖紙描述、特征描述、特征風險分析、特征驗證方法、圖紙符合性、綜合信息、超差呈報。DCM評審由設計工程師、機加工程師和制造供應商合作完成。

FVRA表單位于DCM流程的第3部分，包含3個評分列 （“Severity scores”、“Occurrence scores”和“Detection scores”）組成，分別由設計工程師和制造供應商填寫完成，其作用為：（1）識別應改進的設計定義；（2）識別應改進的機加工工序和/或檢測方法；（3）幫助分類特征為A,B或C等級。

設計工程師識別出所有尺寸特性并分別賦予編號，編號采用由頁數(shù)和特征編號相結合的5位數(shù)字，如01001（01-第1頁，001-1號特征）。設計工程師和制造供應商按照編號，在FVRA表單中以打分的形式分別評定各個尺寸特性。設計工程師評分“嚴重度分值Severity scores”欄，評分等級根據(jù)尺寸特性超差對發(fā)動機功能的影響程度；制造供應商評分“加工分值Occurrence scores”和“檢測分值 Detection scores”，前者的評分標準根據(jù)尺寸特性的可制造性，后者則按尺寸特性的可檢測性。評分等級有高、中和低3個等級，分值設定分別為10、5和1。

表4 FVRA表單示例

2.4 工程定型階段

產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)并開始實際使用就進入了工程定型期。在這個時期，已完成了產(chǎn)品工程設計并實現(xiàn)試制產(chǎn)品交付。雖然多數(shù)產(chǎn)品比較穩(wěn)定，設計更改較少，但因為某些原因，比如改善產(chǎn)品性能或降低生產(chǎn)成本而進行設計優(yōu)化的情況，因此仍然需要開展評估工作。

2.4.1 評估方法

工程定型期的設計更改要比設計定型期的更改更加慎重。因為在供應商內(nèi)部，針對該產(chǎn)品的各個加工系統(tǒng)已經(jīng)成熟，不恰當?shù)脑O計更改可能會極大增加加工成本，而導致設計單位和供應商的合作不能正常進行。這個階段的評估主要通過審核方式和更改單來開展。

設計工程師在發(fā)布更改單前，首先會進行如下2類現(xiàn)場審核，便于設計工程師直觀了解零件加工狀態(tài)，并結合零件工作狀態(tài)對設計進行改進。

2.4.1.1 PPR審核

重點產(chǎn)品審核 PPR（Priority Part Review,），一般是用于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在制造或使用過程中的問題，但是不能明確是哪些因素引起的，因此設計工程師到加工現(xiàn)場開展審核，組織供應商制造工程師和質(zhì)量工程師參與，確認產(chǎn)品制造是否完全符合設計意圖。審核零件和內(nèi)容的確定是在供應商所承接的產(chǎn)品范圍內(nèi)，由設計工程師根據(jù)設計關注點來確定的，檢查文件資料、審核從投料到產(chǎn)出全加工過程。

2.4.1.2 AWO審核

AWO(Action Work Out）,類似于六西格瑪項目，設計工程師針對產(chǎn)品的某一方面，如降低成本或是提高加工效率等等，由設計方的設計工程師、制造工程師和質(zhì)量工程師，聯(lián)合供應商方的設計工程師、制造工程師和質(zhì)量工程師組成綜合團隊。通過審核加工過程、對加工數(shù)據(jù)進行分析、組織團體頭腦風暴等形式，一起評估并提出設計或者制造方面的改進點。

2.4.2 更改單

一般采用更改單反饋來開展設計更改的評估和落實。設計更改單評估見表5。更改單是交流單的拓展，設計通過更改單傳遞設計更改信息，并通過更改單反饋在設計和制造之間建立溝通渠道，要求制造供應商在一定時間內(nèi)反饋相關信息，以收集設計更改信息對產(chǎn)品工藝、驗收和貫徹情況等信息。比如：產(chǎn)品的工藝驗收：是否改變工藝路線/加工程序？是否修改制造、裝配和檢驗規(guī)范？是否需要重新設計或制造工裝/測具？設計更改貫徹：由哪個車間負責貫徹？計劃從何時開始貫徹？目前已經(jīng)有多少在制品和庫存？實際從哪批產(chǎn)品開始貫徹？

3 可制造評估的實例展示

實例1 尺寸公差合理性

針對美國某新型發(fā)動機的壓氣機靜子機匣，其初始設計外型面輪廓度公差較為嚴格，導致加工成本很高。筆者公司通過設計可制造性評估并根據(jù)以往經(jīng)驗和設計必要性，說服國外設計師更改凸臺結構，放寬輪廓度要求，增加退刀槽，更改噴丸丸粒要求等，有效地降低了加工成本。

針對某新型發(fā)動機的高壓渦輪機匣，其管道鏡凸臺在焊接管子后無法再加工，且焊接可能會引起變形，輪廓度公差較難滿足。筆者公司在制造過程中發(fā)現(xiàn)了該問題，向設計師建議增大輪廓度值。設計師評估滿足設計要求后，同意將公差放寬。

表5 設計更改單評估

實例2 提高可加工性

針對某新型發(fā)動機的燃燒室機匣組件，其初始設計方案為內(nèi)外機匣由電子束焊接成形。焊縫初始設計沿用原參考產(chǎn)品-法向焊縫。筆者公司經(jīng)過充分評估后，發(fā)現(xiàn)自身焊接設備能力不足，且焊接有干涉。經(jīng)反饋后，設計師更改為水平焊縫，保證了制造。

同樣該型發(fā)動機的燃燒室機匣，外型面上有多個安裝儀器的凸臺。其初始設計方案中凸臺安裝槽壁厚很薄，加工時容易變形，且這種設計并不能提供有效的保護作用，還導致加工刀路復雜，檢驗成本增加,初始設計如圖3所示。建議將其改成通槽，設計師評估后接受，對該特征做了修改，顯著改善了設計的可加工性，最終設計如圖4所示。

又如英國某新型發(fā)動機的機匣組件，其前安裝邊沉頭孔初始設計為R=0.1±0.05，但是無法購買到如此小R的鏜刀，通過與設計工程師交流裝配關系，并確認R給定太嚴。因筆者公司精加工能做到R=0.4，所以建議改為R=0.3±0.1。經(jīng)設計師審核之后，確認此處R改大后并不影響螺栓頭的裝配，最終改為R=0.3±0.1。

又如美國某新型發(fā)動機壓氣機靜子機匣，對其有噴丸要求，但是筆者公司沒有配置相對應的丸粒。如果重新購買新丸粒，不僅會增加加工成本，還可能造成現(xiàn)場實際生產(chǎn)時，丸?；煜馁|(zhì)量事故。經(jīng)噴丸工程師提出專業(yè)意見，說服了設計更改了丸粒，使用制造商已有的丸粒。

實例3 提高標準符合性

針對美國某新型發(fā)動機燃燒室機匣，其儀器接口螺紋的初始設計按宇航標準要求，但是產(chǎn)品實際厚度不能滿足該標準要求的尺寸。筆者公司核對標準和產(chǎn)品實物后發(fā)現(xiàn)，設計要求的形體在產(chǎn)品實物中不存在。經(jīng)反饋后，設計工程師修改設計要求，取消該標準控制的尺寸。

案例4 提高產(chǎn)品特征可檢測性

針對美國某新型發(fā)動機的燃燒室機匣，內(nèi)機匣壁有2級溝槽。設計師提供了檢測要求,初始測具如圖5所示。但是筆者公司對方案進行評估后認為測臂長度過長，影響尺寸測量精度，同時也不便于檢測操作。如果測具支撐面由大端端面改為第1級溝槽內(nèi)壁，那么測臂長度將大大縮短，操作方便。將方案反饋后，設計師認同筆者公司的設計方案，有效提高了零件的可檢測性。最終測具如圖6所示。

案例5 提高產(chǎn)品一次合格率

針對美國某成熟發(fā)動機機型的燃燒室機匣，其法蘭邊螺孔是壽命控制點之一。螺孔中位絲套、鎖片、墊圈3層密封，保證緊密配合不漏氣。但是在某次發(fā)動機試驗操作中，所有操作動作都合格了，燃燒室卻發(fā)生了漏氣。但是經(jīng)過檢測，各個零件均尺寸合格，無法定位問題所在。通過開展PPR，設計確認裝配時應選擇尺寸公差為上限的絲套進行安裝。改進后零件均一次合格。

案例6 有效降低加工成本

美國某成熟發(fā)動機的1號軸承座后法蘭上有特殊結構形體，加工工藝復雜：（包括車削、銑削和孔加工等），需要頻繁更換刀具和設備。初始設計如圖7所示。通過AWO審核，設計了解實際加工耗時費力，于是在滿足產(chǎn)品工作性能的前提下，對產(chǎn)品形體結構進行更改，取而代之為完全車削加工的法蘭邊。據(jù)估計，更改后每個零件的加工工時降低了8 h，節(jié)約300美元左右；刀具損耗減少了近千元。此設計更改不僅節(jié)省了加工工時，降低刀具成本，同時也降低了產(chǎn)品采購成本。最終設計如圖8所示。

4 成果展示

美英知名航空公司在研發(fā)新機型的發(fā)動機零件時，通過和筆者公司開展設計可制造性評估，不僅縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期:某新機型的燃燒室機匣，在11個月即完成設計和制造交付。更是通過引入筆者公司的制造經(jīng)驗，提前優(yōu)化設計，完善設計圖樣，減少了批產(chǎn)后的不合格品審理。設計圖樣更改頻次統(tǒng)計見表6。開展可制造性不僅對設計部門有利，并且對制造供應商也有幫助。除了提前完善加工，減少批產(chǎn)后的不合格品呈報外，還能在其他方面和設計部門商討，以節(jié)省產(chǎn)品制造和檢測成本。如在研發(fā)美國某新機型的燃燒室機匣期間，設計師要求采用某指定檢測設備檢查同軸度，指定的檢測設備售價高達100多萬人民幣。筆者公司通過了解具體的設計意圖，調(diào)研了檢測原理，最終說服設計師同意采用三坐標來代替，節(jié)省了購買設備的費用。

表6 設計圖樣更改統(tǒng)計表

同樣，針對英國某新機型的機匣組件前安裝邊，所提出的加工和檢測問題共有65項，最終設計師同意修改58項，待定4項，拒絕3項。解決問題的效率高達90%。

5 結論

以“更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量”進行產(chǎn)品研發(fā)是各個企業(yè)追求的目標，因此設計可制造性評估是產(chǎn)品設計、特別是研發(fā)階段不可缺少的工作，也是滿足良好工藝性，提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研發(fā)周期，降低成本的重要手段。同時，開展設計可制造性評估不僅僅是工作需要和技術手段，從某種意義上講是1種思想，貫穿了產(chǎn)品實現(xiàn)過程中的各個環(huán)節(jié)[11]，可以推廣運用到產(chǎn)品的整個生命周期中。因此我們有必要將可制造性評估工作在國內(nèi)航空發(fā)動機產(chǎn)品設計-制造產(chǎn)業(yè)鏈中推廣應用。

設計可制造性評估為設計-工藝之間建立了溝通渠道。開展該項工作的優(yōu)點：（1）提高設計開發(fā)的有效性，將制造工藝要求和質(zhì)量要求提前引入產(chǎn)品設計過程，充分利用制造供應商的知識經(jīng)驗，優(yōu)化設計方案，使圖紙更加完善，減少更改次數(shù)；（2）提高研發(fā)實施效率，縮短研發(fā)周期，提前工藝審查，使工藝性問題在萌芽狀態(tài)就得以解決，設計修改接受率提高；（3）可以降低制造成本，有效利用現(xiàn)有工藝設備優(yōu)化設計方案，設計盡可能考慮生產(chǎn)制造的通用化、模塊化、標準化和系列化；（4）制造供應商在保證產(chǎn)品使用功能的前提下，結合制造企業(yè)積累的先進經(jīng)驗和現(xiàn)有優(yōu)勢資源，從設計結構、材料選擇、設計技術細節(jié)優(yōu)化等各個方面對設計所的設計及時提出符合實際的改進建議，或提供有關新材料，新技術的技術儲備，以便在設計中引進先進工藝、設備和專利，從而實現(xiàn)設計理念和方案的持續(xù)優(yōu)化，設計從開始就與工藝深度融合，有效提高產(chǎn)品設計的工藝加工性，提高成本優(yōu)勢，實現(xiàn)“雙贏”。（5）可以將設計制造性評估與信息化深度融合，建立設計與制造單位的信息化平臺，快速反饋制造優(yōu)化建議；建立設計可制造性數(shù)據(jù)庫，為以后的設計提供依據(jù)。

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