郭荣飞 景理
中国航发西航 陕西省西安市 710016
摘 要：通过对航空发动机在研制过程中涉及到的工艺安全风险相关要素进行分析梳理，明确了关键技术风险、工艺安全风险、生产过程风险、工艺操作风险的定义、应对策略，固化到了相关工艺技术文件。并结合具体型号研制，说明了不同工艺安全风险的控制措施和具体做法。
关键词：工艺安全；工艺风险；航空发动机；产品研制
0 引言
航空发动机产品研制是非常复杂的一项系统工程，包含产品功能设计、工艺路径设计、零部件生产制造、总装试车、客户服务保障等诸多环节，在全寿命周期内存在诸多风险。国外航空发动机研制过程中，按照不同维度对研制风险进行分类，将同类风险合并后，认为技术风险发生的概率最高[1]。技术风险又分为设计技术风险和制造技术风险两类。笔者公司作为大中型军、民用航空发动机研制生产重要基地，大型舰、船用燃气轮机动力装置生产修、理基地，系统研究型号研制制造技术风险，十分必要。
1 工艺安全风险
航空发动机研制制造技术风险主要表现为工艺安全风险，如图1所示，工艺安全风险又可分为关键技术风险、工艺设计风险、生产过程风险和工艺操作风险。
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1.1 采购技术风险
采购技术风险是指在供应链管控、成附件、零部件、原材料采购；成本控制等方面存在的技术风险。如在设计制造技术交底过程中，长周期毛料、原材料辨识及核心供应商的开发、培育等。
1.2 工艺安全风险
针对航空发动机制造企业，工艺安全风险是最重要的风险之一。本文重点研究航空发动机研制过程中工艺安全风险的识别与管理。结合六十余年航空发动机型号研制经验，如图1所示，基本建立了工艺安全风险框架体系，将航空发动机研制生产制造过程中工艺安全风险分为四类。
1.2.1 关键技术风险
指在航空发动机新型号研制过程中，设计制造协同、制造前沿技术研究、突破、关键核心技术掌握不充分、不成熟等原因而带来的相关技术风险。
1.2.2 工艺设计风险
指由于工艺设计方面的缺陷、不足或者失控而导致的相关技术风险。如工艺流程设置不合理、加工制造参数错误、零组件组合加工接口不协调等给产品质量带来的风险。
1.2.3 生产过程风险
指在产品形成过程中人（不含操作）、机、料、法、环、测等因素存在控制不当的风险，而致使发动机零部件不能满足预期的使用要求[2]。如设计更改、工艺更改、临时超越等引起的工艺偏离。
1.2.4 工艺操作风险
指产品加工过程，操作方面的因素导致的相关技术风险，其与操作人员所使用的操作方法、工具等直接相关，如违规操作、工具失效等[3]。从某种程度上来说，工艺操作风险是关键技术风险、工艺设计风险、生产过程风险控制不力而在最终操作层面的进一步放大。
2 工艺安全风险应对策划
为确保航空发动机型号研制工艺安全风险得到有效控制，规范研制过程中风险识别、风险防范及风险监控等工作。如表1所示，分层分类的制定了工艺安全风险应对策略100余项。
通过工艺安全风险应对策略要素的不断识别、实践、迭代和完善，基本在关键技术、工艺设计、生产过程、工艺操作等制造领域相关过程明确了相关风险识别、应对及管控要求。
表1 工艺安全风险应对策略清单
序号 风险层级 应对策略 序号 风险层级 应对策略
1 关键技术风险 产品图样工艺性审查 14 生产过程风险 工艺偏离管理
2 设计制造协同 15 工艺试验管理
3 新材料、新工艺管理 16 数控程序管理
4 科研课题管理 17 工艺装备管理
5 … 18 …
6 工艺设计风险 工艺设计和开发控制 19 工艺操作风险 工艺操作控制（操作卡）
7 工艺总方案 20 关键过程控制（关控卡）
8 工艺成熟度 21 检验过程控制
9 标准工艺规程 22 特殊过程控制
10 工艺风险识别管理 23 …
11 工艺设计防错 24 型号项目风险 科研项目风险管理
12 工艺评审 25 工艺安全管理
13 … 26 …
3 工艺安全风险应对实践
3.1 设计制造协同
原有航空发动机设计制造采用传统串行模式，直接导致某一阶段工作完成后，才开始下一阶段工作，后期工作无法快速介入前期工作，存在产品设计周期长、工艺准备周期长、三新技术论证不充分等风险。
3.1.1 应对策略设计
鉴于诸多弊端，制定了设计制造协同应对策略，明确了厂所协同工作界面，制造并行介入型号设计过程开展技术交底及生产准备，设计数据分批传递、甚至可以随即、单点进行传递，不仅使设计过程时间叠加利用，同时分批或单点数据的传递模式，有助于制造单位进行数据的精准处理，数据处理能力得到有效提升[4]。将过去设计、制造之间的独立活动进行有机衔接。
3.2.1 取得成效
通过设计制造协同过程中风险控制与应对，试点型号分别在质量、周期、成本等方面均取了一定成效，
在质量方面：设计图纸更改率由120%-150%降至60%，高压涡轮盘及核心机静子部件模拟装配跳动检测从全呈报交付实现0呈报交付。
在周期方面：设计图纸发放到整机交付周期由验证批27个月、改进批18个月缩短至12个月。
在成本方面：提供的已有外部管路工装弯块规格经设计采纳，使得173根外部管路0工装派制。
3.2 工艺风险管控
工艺风险识别旨在型号研制初期，梳理试制过程中可能遇到的技术风险和加工周期等风险，包括新结构、新材料、新工艺、特种/热工艺过程以及其它可能的风险等，并针对识别出的风险点制定防范预案和技术工作计划，以确保试制过程风险可控。
3.2.1 应对策略设计
工艺风险分析是在型号研制各个阶段的初始阶段，编制工艺文件之前和编制工艺文件的过程中进行，其作为风险管理的关键过程之一，应随着产品研制的进展反复迭代、不断深入，并贯穿于整个产品研制的全过程。
工艺风险分析一般分为三个步骤，即风险识别、风险评价和风险排序。制定了工艺风险管理程序文件，规范型号研制过程中工艺风险识别、风险防范预案制定、风险监控流程。同时，结合PFMEA要求，制定了包含25项梳理要素的工艺风险梳理表，规定了风险指数（RPN）的计算要求、工艺风险等级的划分方法、以及不同风险等级的应对要求。
3.2.2 取得成效
结合某型发动机分线生产，采用PFMEA等质量工具方法进行风险评价，结合头脑风暴、群策群力等形式完成了63个件号1050个工序的工艺风险分析工作，共识别出工艺过程风险40余项，针对识别出的风险点，制定防范预案和技术工作计划，提前采取针对性的技术措施和管理措施，通过细化工艺规程、增加提醒、制定风险防范计划等手段进行风险防控，以确保试制过程风险可控。
3.3 工艺操作强化
工艺操作是产品设计功能实现的最后一个环节，对工艺设计过程中的最小单元-工序/工步，针对工艺内容操作性差、加工内容复杂、质量问题较多的关键、重要工序、关键部位研究制定统一的技术管理要求。
3.3.1 应对策略设计
结合系统工程，按照全寿命周期管理需求，从质量改善的角度出发，工艺操作的标准化按照问题诊断、最佳实践提炼、创造作业条件、员工培训、日常管理维护五个流程进行技术改进，同时应注重技术问题及所应用操作方法的可实现性。
设计工艺操作卡时，应充分结合现场工人及工长意见，确保后期的可操作性、可实现性及批量生产的预期效果。通过设计、实践、完善，逐步形成一个以计划—实施—检查—改进（PDCA）为循环的刷新管理机制。
3.3.3 取得成效
笔者所在公司某年度共计完成工艺操作卡302份。同时选取代表性操作指导卡进行评审，及早发现和纠正工艺操作指导卡存在的薄弱环节。如某单位编制的《料浆渗铬可视化操作指导卡》，将某发动机零件料浆渗铬工序内容分解为渗剂配制、渗剂喷涂、装炉渗铬三大过程，通过数据和图片细化每个操作过程要求。渗剂配制又细化为来料检查、球磨以及渗剂称重。该零件通过编制、实施操作指导卡，零件一次交检合格率由72%提升到了100%，废品率由13%降至0，平均生产周期由8天缩短为5天。
4 结束语
综上所述，航空发动机产品研制工艺安全风险是型号生产制造过程中最重要风险之一，本文按照制造流程，结合发动机研制特点，以工艺安全风险为主线，提出了由关键技术风险、工艺设计风险、生产过程风险和工艺操作风险组成的工艺安全风险体系，并结合四大风险的主要特点和涉及要素，构建了风险应对策略，并结合型号研制进行了应用验证。但工艺安全风险管理仍然不够成熟，如风险的管控散落在各职能单位、缺乏统一的风险管理和决策机制、以单向实践和探索为主等，这也将成为后续研究与关注的重点。通过航空发动机制造项目风险管理的不断规范，将其纳入研制质量规范，并逐渐流程化、制度化、体系化，推动工艺安全风险管理走向良性循环。
参考文献：
[1]李蕊.航天项目的风险管理与发展战略探讨[J].现代国企研究，2018，（10）:97.
[2]王瑞.面向机电产品设计阶段的质量管理研究[D].南京：南京理工大学，2007.
[3]贾文英.航天型号研制技术风险管理研究[J].质量探索，2017，（04）:95-103.
[4]郭荣飞.航空发动机生产过程设计制造协同研究与应用[J].内燃机与配件，2020，（05）:16-18.