武器装备预研快速试制的工艺设计分析

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摘要：在分析武器装备预研产品特点的前提下，通过了解并行工程及快速响应工程的原理，阐述了预研产品在快速试制过程中采用并行工艺方法的可行性。

关键词：预研；快速响应；工艺分析

1、引言

21世纪的武器装备，其特点一是机电一体化；二是综合。其武器装备的研制，需要按照系统工程的要求，安排一系列的经费投入，基础研究、应用研究、中间试验和总体技术验证，经过所有的考验，才能真正形成战斗力。所谓武器装备的预先研究(以下简称：预研)，即为研制先进武器装备，研究新原理、新技术、新材料、新工艺、新型装置，突破关键技术。武器装备的预研活动是为研制先进武器装备提供技术储备和技术支撑，为改进现役武器装备的性能提供实用的技术成果，为国防科学技术进步和武器装备的发展提供技术储备，为缩短武器装备的研制周期、降低武器装备的研制风险和研制费用服务。武器装备预研的内容包括:获得正确的技术概念、方案、方法和途径，有预见性地解决研制中的关键技术问题，简化可能出现的重大技术风险，并且分解到预研课题中去，逐个加以解决，再经过技术验证或系统试验，解决结合和匹配问题。

2、武器装备产品预研的特点

航天预研是型号发展的先行和基础工作，在型号研制和航天工业发展中有着极其重要的作用。作为一个巨大的系统工程，航天预研型号的特点如下：

1）结构复杂，状态多变，精度、质量要求高；

2）多试少产，多品种，小批量，研制周期短；

3）专业面广，新技术、新材料、新工艺等重大关键技术多；

4）加工精度和协调互换性要求高；

5）综合性强，预先研究、设计、试制、试验和型号发射协调配套。

预研成果在型号工程化研制过程中将提供比较充分的技术储备，降低航天产品研制风险，提高型号性能，加快研制进程，增强装备的快速响应能力，在装备的全生命周期和经济性方面有着深远影响。预研成果要在航天装备研制中发挥其有效作用，必须具备以下特点：

1）超前性：预研成果是型号研制成功的保障，预研技术必须在装备研制前掌握；

2）先进性：预研成果超越了现已掌握的技术，是预研工作探索性的反映；

3）完整性：预研工作贯穿立项到实验验证的全过程，其成果能在型号研制中提供完整的应用；

4）协调性：预研的新技术必须和型号的研制工作相协调、相匹配，满足型号各技术之间的交联；

5）可靠性：预研成果应用时具有安全性，质量具有可靠性。

3、并行工程与快速响应工程的定义

为了快速响应预研产品的研制进程，改变传统产品研发的“串行”和“顺序”模式，1988年，美国防御分析研究所以武器生产为背景，对传统生产模式进行了分析，首次完整地提出了并行工程（Concurrent Engineering,CE）的概念，即“集成、并行地设计产品及其相关过程（ 包括制造过程和支持过程）的系统方法”。并行工程通过产品研发过程的重组与改进实现产品开发流程的合理化与优化，并采用各种并行工程使能技术与工具支持产品开发过程，实现产品的全生命周期数字化定义和信息集成，同时，采用新的质量哲理满足不断变化的用户需求。它能够保证在产品开发过程中作出正确决策，有效减少设计修改，缩短产品开发周期，降低产品的总成本。并行工程包括：并行工程管理与过程控制技术、并行设计技术、快速制造技术。

快速响应工程（Quick Response Engineering,QRE），是制造业中的准时机制。实施“快速响应工程”，把市场信息、设计开发和制造营销等集合成一体，有效利用产品信息资源，进行跨地域、跨行业的合作，以实现产品对市场的快速响应。快速响应工程包括：快速捕捉市场需求信息、快速产品设计、快速产品试制定型和快速响应制造系统四个环节。

4、快速试制的工艺设计分析

预研产品的快速试制，是产品生命周期中的关键，也是并行工程和快速响应工程的重要组成部分。产品试制周期的长短直接影响到型号研制的快慢，对缩短装备的研制周期，快速占领市场有着重要意义。工艺设计作为产品研制的制造过程设计，是基于企业制造资源（加工设备、工装、刀具、量具、生产计划、调度管理等）而确立的科学合理的总工艺原则，其结果是零件的加工工艺流程。工艺流程由一组工序组成，工序的有序排列定义了零件加工的路线，每道工序本身又定义了零件加工方式、加工设备、工装设备和工艺参数，即工艺流程从文件上完整定义了零件从原材料（半成品）到成品的整个制造过程。工艺设计在很大程度上决定了产品的加工质量、成本和效率。

传统的工艺设计均采用“串行”模式，。即产品的加工工艺信息随着主制工序（机械加工、数控加工、冲压、焊接等）、协作工序（检验、热处理、表面处理等），按照工艺路线在不同的生产车间进行协作工序内容设计。由于预研产品的工艺路线长，协作工序较多，采用这种方式，一个车间的工序设计完成后才能提交给下一个车间，严重延长了工艺过程设计时间，各分系统相对分散、相互独立、缺乏统一设计，易形成“信息孤岛”，无法进行信息集成管理，造成工艺设计效率低，从而影响产品设计制造周期。

预研产品快速试制的工艺设计在充分考虑到预研产品特点要求的前提下，必须有效促进预研系统工程的生存能力、应变能力、竞赛能力和发展能力。并行工艺设计把产品制造的各个活动看成是一个整体、集成的过程，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理和控制。并行工艺设计是在识别产品制造特征的前提下，基于加工方法库、加工资源库，以特定的生产目标，如资源利用率、加工周期等进行工艺设计过程的优化与匹配，形成工艺总方案（主制工序和协作工序）；集成、并发产品支持（包括质量、采购、服务等）过程；在产品的快速试制过程中，将以功能为基础的工序组合改变为以产品为对象的加工单元，以产品为纽带，充分利用制造资源的优化匹配和计划调度进行过程控制，并细化出工艺参数、加工时间、工时定额、成本管理等；在产品数据管理技术的支持下，实现工艺设计的过程集成和信息集成。基于并行式工艺设计，充分发挥其前瞻性、全局性、灵敏性和集成性，加速预研产品的研制，提高产品质量，提升产品的竞争力。

预研产品快速试制的工艺并行设计是一种系统化的技术模式，强调产品制造的全生命周期管理。要实现该过程，必须采用各种计算机辅助工具，通过定义产品的数字化制造模型，在产品数据管理技术的支持下，实现各工序之间的协同工作，达到工艺设计的过程集成和信息集成。目前，在航天企业应用较多的工艺并行设计工具有计算机辅助工程分析（CAE）、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、计算机辅助制造过程仿真（MPS）、产品数据管理（PDM）等。

5、结束语

工艺并行设计技术作为一项系统的制造过程设计，为航天预研产品快速试制提供了一种方法。本文以并行工程和快速响应工程思想为基础，构建了工艺并行设计流程，并对其实现环境、技术特点及实现方法进行了研究。实践表明，采用工艺并行设计，不仅极大地提高了工艺过程设计效率，而且为工艺流程的信息化、规范化管理提供保障，推动了工艺设计向高效化、敏捷化方向发展。

随着航天技术的日益发展，各类技术交联关系更加复杂，工艺设计作为航天预研的基础工程，为了在新型号研制过程中具备新工艺、新技术，必须加强工艺的基础预研及其应用，规范及完善相关管理制度，提高预研产品制造技术的保障能力。■

参考文献

[1]袁俊武器装备预研的若干问题讨论【J】国防技术基础，2007（12）；48~51

[2]熊光楞并行工程的理论与实践【M】，清华大学出版社，2001

[3]钟廷修快速响应工程和快速产品设计策略【J】，机械设计与研究，1999（1）；9~12