复材零件试验试制阶段产能提升研究与实践

彭渊

试验试制阶段的零件，因模具设计、工艺方法、操作手法等都无法完备，往往是每一件零件的制造过程皆不相同。随着数据积攒和项目推进，工序内容会逐渐稳定，但工序内容的不确定性依然是不可跨越的客观现实。而一家成熟的生产企业亦需要稳定的产出，以维持基本运转。

一、制造过程中的不确定性

通过生产管理优化，我们首先筛选并排除掉可以排除的人为干扰因素。例如选择稳定的硫化设备和稳定的操作人员……但往往仍然存在以下比较典型的不确定因素。某型零件A在设计过程中未考虑周全，生产设备无法满足公差范围要求，导致零件制造中无法通过改善工艺方法满足设计意图，最终只能让步接收;某型零件B在制造中需要用到特殊形式的真空袋。每次硫化都可能遇到不相同的原因導致其破裂，影响零件成型;某型零件C的模具因质量不好，影响零件表面粗糙度，导致需要增加后期处理工序;某型零件D因使用了新的设备，导致在此设备上多次试错，后续工序进度无限期拖延;某型零件E因被迫更换辅料供应商，质量不稳定，干扰试验结果;某型零件F因常用硫化设备突发故障，而不得不使用了另外的硫化设备，对实验结果造成干扰。上述问题皆是在设计试验初期无法预见的。必然的试验节点迁延结果里，可能有着千差万别的原因。生产管理团队尝试将这些原因分类，从而发现一些规律。

（一）尚可预见的不确定性。

零件A、B、C、D所遭遇的情况属于尚可预见的范围。

1.设备无法满足公差范围要求。①设计公差与设备能力不相符合。A试验要求确实较高的，应选择安排外包生产;B按理想状态计算的公差要求，可以放宽的，应于试验前期尽早发现问题，尽早放宽要求。②设计人员不了解设备实际情况。应及早提升业务水平。

2.某特殊形式真空袋破裂。①工艺方法不成熟;②模具设计考虑不周;③操作手法有待改进。

3.模具质量缺陷。①模具仅供试验用;②设计寿命短。

4.新的设备。①完全无法估算时间;②建议前期不排进正常计划内。

（二）无法预料的不确定性。

零件E、F所遭遇的情况属于无法预料的范围。被迫更换辅料供应商与常用硫化设备突发故障都属于“偶发性风险”。对于被迫更换辅料供应商一类问题，可以安排系列试验，尽快排除此项干扰因素。而对于设备突发故障，则只能调整后续零件制造计划，或安排此设备所涉及的工序外包制造，以降低其对整体生产计划的影响。

二、试验件硫化前后影响因素的不同规律

试验试制阶段，复材零件制造过程可能在任何工序上迁延，甚至终止。除去完全无法预料的干扰因素以后，我们累计了一段时间以内的数据，发现了硫化之前和硫化之后的迁延和终止分别呈现不同的规律性。

（一）硫化之前。

硫化之前的工序中，零件进度更容易受到新设备和工艺方法选择的影响。

1.新设备。新设备的摸索过程不确定性太大，随时可能改变工艺方法或终止试验。

2.新工艺方法。某构型零件需要选择使用新的工艺方法时，通常比正常零件所需要的制造时间偏长。延长时间约为正常情况下相同重量、大小的成熟零件所需工时的1.5至2倍。

3.其他。另外也可能出现试验零件需要使用到的设备与其他零件相冲突，和出于成本方面的考虑，需要与其他零件共用已有工装的情况。

（二）硫化之后

试验零件硫化之后的进展，往往受到硫化程序设计、工装设计、机械加工过程的不稳定性等的影响。

1.工装：出于成本方面的考虑，试验件的配套工装表面质量可能不佳，这会导致零件外观难以达到检验要求。

2.辅料：当使用了类似某特殊形式真空袋的新辅助材料时，使用经验的累积是一个必然的过程，其结果往往在硫化结束之后显现。

3.机械加工：试验过程中的复材件机械加工，总是存在较批产件更多的风险。如设备未经与零件、刀具的磨合，无法满足机械加工公差范围要求;首次使用的机械加工程序有存在微小差错风险;机械加工可能出现边缘劈裂、分层等质量问题，等，也可能造成试验过程停滞。

三、试验试制的产能提升

（一）产能调配

为保证试验试制顺利进行，且避免项目之间的互相影响，可以进行以下尝试。稳定硫化前工序人员团队。安排稳定的操作人员制造类似构型的零件，安排固定的人员下发计划、调配资源、反馈问题，并跟产零件制造全过程，能够有效减少错误，提升试验试制能力;稳定硫化后工序使用设备。分配足够大的、稳定的机床和刀具来进行硫化后工序的加工，能够避免出现预料之外的迁延;设备、人工操作互相替代。手工操作往往具有高度灵活性，设备操作则更高效与稳定。在不需要使用固定设备的工艺工程中，或者使用与不使用设备都能得到试验结果时，可灵活选择使用自动化设备或手工操作;控制同时制造试验件的数量。同时下发制造的试验件数量不宜占据车间超过半数的设备产能，人员配置方面则可以做更多倾斜。控制机械加工一类较成熟工艺过程的资源分配。机械加工工艺方法相对稳定，可以在下发计划阶段分配较少的生产资源，在超过产能时选择外包加工。

（二）改善工序迁延，适时终止试验

1.硫化前工序。硫化之前的工序是复材试验试制零件的主要工艺过程。新设备的摸索过程，需要在尽量安排稳定的人员进行操作的同时，考虑到其不确定性太大，随时可能改变工艺方法或终止试验，通常选择暂不为其安排后续工序加工计划。在硫化前，某构型零件需要选择使用新的工艺方法时，可以预判其所消耗的工时约为正常情况下相同重量、大小的成熟零件所需工时的1.5至2倍，来安排生产计划。当某构型零件需要使用到的设备与成熟零件相冲突时，需尽量在白班期间安排试验试制，在晚班期间安排制造相对成熟的零件，以避免其他工位配合人员过多跟产，疲劳作业，也避免晚班期间试验因遭遇其他不可预知的问题而终止，影响车间整体计划。与其他零件共用已有工装，需要现预判冲突情况再下发任务。

2.硫化后工序。硫化结束后往往已经能够知晓选择新的工艺方法的结果，若结果不理想，此时终止或重投试验，不再进行机械加工等后续工作是最好的选择。可为试验件系统性添加外观处理工序，以适应造价不高、表面质量一般的工装所带来的的零件外观问题，避免临时更改工艺文件造成的进度拖延;在使用新辅助材料和新工艺方法方面经验不足，或设计和工艺人员对设备能力不够了解一类的问题，可以通过预留更多的检验时间，和更早更有效的沟通来解决。通常，为试验试制零件硫化后工序预留正常零件2至3倍的检验时间，用以等待沟通、让步接收或报废处理的相关答复是比较合适的。

另外，根据试验件硫化前后可能出现问题种类的不同，逐步总结发现，将硫化前的风险以不影响其他零件制造为宗旨，按照复合材料天然存在的材料寿命截止时间作为最终硫化节点来控制;将硫化后的节点按照以往试验件平均制造时间来控制，能够较好地平衡试验产能和管理成本。

（三）外包

对于使用已经成熟的工艺方法和普通的加工设备所制造的工序，尤其是硫化之后的工序，外包是最能解决车间产能冲突，提升试验件制造效率的办法。但是，对于外场加工能力的考核，以及外包返回零件的检验工作却需要耗费更多精力。目前所遇到的涉及外包的试验试制零件有以下问题。外包单位文件类问题。外包单位对文件的要求与车间内部常有差距，零件制造完成交付时文件尚需完善无法同步交付;运输问题。运输过程可能出现磕碰，可能会多运、少运零件，或文实不符;质量问题。外包过程和运输过程都可能产生磕碰问题，且不易区分责任。接收零件数量较大，或接收人员能力不足时，往往在车间内部继续制造和检验时才能发现其质量问题;沟通问题。车间与外包方在制造、记录、标识、包装等方面习惯的不同，都可能造成困扰。选择相对稳定的外包制造方，提供合适的运输保护方法，是较为有效的控制外包产品质量，避免推诿扯皮的方法。

（四）构建更合适试验试制的质量检验体系

试验试制本身就是一个试错的过程，但通常使用的仍然是成熟零件制造的过程控制方法，造成很多时间和材料浪费。本文在以下几方面，对试验试制零件的质量检验体系构建进行尝试。

1.预浸料控制。试验试制零件对原材料的控制要求可以适当放宽。试验结果受到制件构型本身的影响远远大于原材料。仅需要求原材料仍具有其原始属性，短时间的过期、存放环境偶尔的超差是可以接收的。

2.环境控制。对环境的要求也可适当放宽。环境温湿度因季节原因而导致上下起伏较大，对试验本身的影响也较为轻微，可以选择不停工等待。

3.超差控制。硫化、加热过程中升降温速率、时间、温度超差非常小的，完全可以直接接收;出现尺寸偏大，表面贫胶等需要返工返修的超差时，可以允许不修改工艺文件，直接按照通用要求进行操作。

（五）运用新技术

1.检验设备。可以使用自动化设备来测量试验件的尺寸和检测试验件标识正确性，其可以达到人工检验效率的5倍以上。

2.管理工具。可以运用5G工业互联网等新的管理工具，将试验试制阶段多变的计划、工装、材料、设备、刀具、程序、文件、质量事故，等数据进行综合统计，得到人工分析难以达成的更具综合性和系统性的，更高效能的生产管理过程文件，以便更好服务于试验试制过程。

四、结束语

通过调配产能、设法改善工序遷延、适时终止试验、适时选择外包和构建更合适试验试制的质量检验体系，都可以对试验试制阶段的产能提升有所助益。实际中发生的问题千差万别，望本文所提供的思路可以有所助益。

（作者单位：中国商飞复合材料中心）