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制造成熟度(Manufacturing Readiness Level,MRL),用来描述项目中关键制造能力的成熟程度,它量化地反映了制造能力对于项目目标的满足程度。它通过对各制造要素,例如设计、工艺、材料、设备、人员、成本、质量等要素的系统管理,有效评价制造的当前状态,并识别制造风险。这里的制造能力是指,在规定的质量、成本、时间范围内,将原材料转化为产品的能力,包括产量、效率、合格率等要求。制造成熟度囊括了从确定制造内涵到形成制造、批生产和精益化生产能力的全过程,体现了从研制到生产的一般发展过程。制造成熟度关注制造能力的成熟过程,是在大量科研和工程实践基础上,对制造成熟规律认识的一种总结。

采用制造成熟度,一是可以度量特定制造技术或产品对项目目标的满足程度,二是可以对项目中不同制造技术或产品的成熟程度进行横向比较,三是可以有效识别项目研制和生产过程中的制造风险。

制造成熟度通常有以下几个重要特点:

(1)它不仅关注制造技术、工艺或产品的成熟过程,尤其关注制造能力(人、机、料、法、环等)是否满足工程研制和批产的要求。

(2)它前期主要关注产品可制造性,即能够制造出型号或工程要求的部件或单机;后期主要关注可生产性,即型号或工程要求的批生产能力。

(3)它关注的是制造技术或产品在特定型号或工程背景中的成熟过程,不仅包括型号研发过程中的成熟过程,而且还包括在型号正式开展研发前的基础研究和预先研究过程。

制造成熟度评价(Manufacturing Readiness Assessment,MRA),是指基于制造成熟度度量标准评价项目或系统中关键制造技术或产品的成熟程度的过程。制造成熟的过程实际上就是制造风险降低的过程。

制造成熟度评价一般包括4个要素:一是评价方法,主要是制造成熟度定义、评价细则和评价流程;二是评价组织机构,主要是评价组织和职责分工;三是评价对象,主要是项目中的关键制造技术或产品;四是评价结果,主要是评价报告和评价结论。

制造成熟度评价不仅采用统一的MRL量度标准,而且强调系统、科学、规范的评价流程,以保证评价结论的客观性和公正性。制造成熟度评价一般应当遵循以下几个原则:

(1)客观性原则。评价标准明确,评价信息真实可靠,评价过程严格规范,评价结果以客观证据为主要依据,评价结论准确。

(2)独立性原则。实施评价的组织机构和人员始终坚持“第三方立场”,根据准确可靠的评价信息,对评价对象独立做出判断。

(3)可行性原则。评价方法、评价流程和组织实施步骤力求简明、易操作,充分考虑评价工作的有效性和时限性等要求。

(4)透明性原则。在严格做好保密工作前提下,评价过程透明,评价结论广泛听取各方面意见,接受各方面监督。

美国国防部提出制造成熟度的概念主要有两个背景。一是在美国众多出现严重问题的航天和国防采办项目中,制造问题和制造风险成为重要原因之一。例如,美国NASA对1960至2000年间,50个太空系统的失败原因进行了统计分析,发现在众多导致系统失败的原因中,生产制造以及对生产制造的试验验证是仅次于设计的第二大失败要素;此外,根据美国问责局的报告,在国防采办项目的关键决策点,缺乏制造知识是导致项目“涨经费”和“拖进度”的重要原因。二是过去国防采办项目一般采用生产就绪评审和制造能力评审等方法对制造状态和风险进行评价,但是这种评审缺乏统一的评价标准,而且通常在项目研制的后期开展,在项目研发前期缺少对制造的评价。

在开展制造成熟度评估之前,美国采用了包括生产状态审查、制造管理及生产能力审查等方式,对制造状态和风险进行管理,但未形成统一的度量标准。由于对制造风险重视程度不高,制造管理力度不够,导致了大量成本上升、进度拖延问题。为提高管理制造风险能力,加强科技项目技术转移有效性,美国国防部建立了与技术成熟度相协调互补的制造成熟度评估体系,发展里程碑事件见表1。除国防部以外,美国空军实验室、美国海军它已成为美国国防部先期技术演示(ATD)项目和其它透明度较高的技术研究的标准要求。

表1  MRA方法发展里程碑事件

时间 里程碑时间
2001年 国防部建立MRL工作组
2003年9月 国防部发布MRL定义
2005年5月 国防部发布MRL详细定义
2007年2月 国防部发布《制造成熟度手册》(草案)
2008年3月 国防部发布《制造成熟度手册》(草案第二版)
2008年12月 国防部颁布最新采办指令,要求加强MRL评估
2009年5月 国防部发布《制造成熟度手册》(草案)
2010年1月 国防部发布《制造成熟度手册》(正式版)
2011年7月 国防部发布最新版《制造成熟度手册》(2.0版)
2012年9月 国防部发布最新版《制造成熟度手册》(2.2版)

美国DOD

美国武器采购部门在系统采办过程中,一直十分重视制造风险,关注质量保证。但由于缺乏统一的标准,在实践过程中,相关政策要求,较多根据定性判断进行决策。制造成熟度形成之后,美国国防部(DoD)一直着力推广,通过在多个机构进行制造成熟度应用试点,形成了一系列评价报告和应用备忘录。2008年,美国国防部通过修订采办政策,要求在项目采办全周期的早期考虑制造风险,建立了统一的制造评估要求,而制造成熟度等级则提供了统一的量化评价标准。采用制造成熟度评价,可以确认各制造工艺、制造能力等是否已经达到了需求水平,有利于相关政策的执行。

在此基础上,2009到2010年,美国国会年拨款超过300万美元用于国防部构建广泛而坚实的MRA能力。空军每年用于MRL/MRA研究和实施的经费超过400万美元,在F135发动机叶片工艺等先期技术验证项目、F-35进气道钻孔等制造技术项目和AIM-120C-7导弹改型、MQ-9“死神”无人机等重大武器采办项目中都已开展了评价,并取得了显著成效。以某战斗机钻孔新工艺的MRA为例,MRL从4级达到9级,使每架飞机仅钻孔一项就节约1.7万美元,总成本降低超过6500万美元。

MRA对于高新技术装备项目研制尤其关键。鉴于其巨大的质量、成本和进度效益,波音、洛·马、通用动力、雷神、西科斯基、GE、普·惠、霍尼韦尔、古德里奇、罗克韦尔·科林斯等关键承包商都接受了制造成熟度理论并运用于工程研制中来识别和管理制造风险,部分承包商还将MRA方法和商业产品的研制与生产管理框架结合,利用制造成熟度来降低新产品或新技术的研发风险。

2008年美国国防部颁布DODI 5000.02指令后,对制造成熟度的管理要求逐步贯穿于装备采办流程的各个阶段。在装备方案分析阶段,要求进行备选方案分析,以评估制造可行性;在技术开发阶段,要求使用样机或原型件来评估制造工艺;在工程与制造研发阶段,要求关键制造工艺的成熟度要在关键设计评审后进行评估,且该阶段应该在制造工艺已经在试生产环境得到有效验证时结束;在生产与部署阶段,要求没有重大的制造风险,且制造过程处于可控状态。制造成熟度评价已经成为国防采办项目的各阶段都要实施的重要手段,用于解决制造环节中出现的采办成本和进度等问题,成为对制造的成熟度及风险实施评估的统一准则,用于加强项目人员的制造知识、风险评估与管理技能培养,以对项目进行更有效地制造风险管理。

美国NASA

国家航空航天局(NASA)将生产/制造以及对生产/制造的实验验证作为工程研制中仅次于设计的第二大失败要素1。NASA对制造问题的处理,一是采用技术成熟度(Technology Readiness Levels)对制造技术进行评价,确保制造技术的产品载体能够通过各种环境下的试验验证考核;二是在装备研制后期,采用生产就绪评审(PRR)对制造问题和风险进行管理,生产就绪评审的检查准则,涉及到设计、生产计划、生产资源、工艺准备、质量控制等众多制造风险因素,如表1所示。然而,无论是技术成熟度方法还是生产就绪评审,在制造风险评估与管理中均存在明显不足。例如技术成熟度可识别技术风险,但无法很好的突出制造特点,无法有效识别生产/制造方面的风险,生产就绪评审在装备研制后期实施,无法及时发现早期技术攻关及研制中的制造风险。

NASA的专家已经开始借鉴制造成熟度方法。例如将制造技术作为一类专门的研究对象,制定了更具针对性的技术成熟度等级要求、级别评价细则,其内容中包含了对DoD制造成熟度方法中9大制造要素的相关要求。在2009年NASA公开的技术成熟度计算器中,也添加了制造成熟度检查单的相关内容。但是,从调研资料来看,尚未看到NASA直接应用制造成熟度的相关文献/报道或项目案例。究其原因,NASA主要关注的是能否制造出单件(包括多件)产品的制造技术是否成熟,通常不存在大批量生产的要求,所以直接采用DoD的制造成熟度方法不太适用。

基于制造成熟度在NASA的应用现状,在中国航天应用制造成熟度方法时, 有必要深入分析DoD制造成熟度方法对中国航天的适用性,并在此基础上,针对中国航天的制造特点,制定适用于中国航天的制造成熟度方法,从而更好地服务于中国航天。

表1  NASA生产就绪评审准则

进入生产就绪评审准则
序号 检查项
1 研发阶段的生产工程问题已经解决
2 设计书文档完备,可支持生产
3 生产计划和准备完备,可开始制造
4 支持生产和产品的资源就绪并已经分配,可支持终端产品生产
生产就绪评审通过准则
序号 检查项
1 设计通过评审
2 最终的生产配置满足系统需求
3 制造设计的考虑可保证生产和装配的易操作性和效率
4 风险已明确并通过评估,确定了风险降低计划
5 材料清单通过审查,关键材料已经确定
6 运输时间安排已经证实
7 替换资源已经明确(如果需要的话)
8 已经计划和预算备用资源
9 最终产品生产的设备和工具充足
10 专用工具和检测设备就绪并且数量充足
11 生产和支撑人员的技能合格
12 图纸合格
13 生产工程和计划足够成熟,可支持成本合理的生产
14 生产工艺和方法与质量需求一致,并符合生产安全、环境和能源保护规则
15 材料的合格供应商已经就绪

我国国防和航天战线,在长期的科研和工程实践过程中也总结出了一套制造、工艺的管理方法。目前我国航天领域的工艺和质量管理相关标准包括试制和生产准备状态检查、航天型号产品工艺成熟度分析方法、航天批生产产品质量评审规范等等。但缺少能够全面覆盖航天装备研制生命周期,系统囊括航天装备制造要素,有效适应航天产品制造特点的相关方法和标准,不能满足当前航天装备研制和批产管理要求。

国外在制造成熟度方面的深入研究和应用,引起了我国科技情报机构尤其是国防科技情报机构研究人员的关注,并开始进行跟踪研究,从情报研究角度陆续发表了一些有关国外制造成熟度研究及应用情况的报告。我国一些科研院所和高校研究人员已陆续发表了众多有关制造成熟度的学术论文。

国内外关于制造成熟度的研究和应用,已经得到了我国总装备部、国防科工局及一些国防科技工业集团管理层的重视,航空航天部分单位已经开始进行制造成熟度评价方法研究和应用探索。然而,这些研究基本上还停留在对国外制造成熟度方法的讨论与分析层面,在方法的本地化、对我国航天的适应性改进等方面基础较差,方法的工程应用更是处于非常初期的阶段。在我国航天中开展制造成熟度研究与应用工作,需紧密结合我国航天工程的研制与制造特点,建立真正能够为航天服务,支撑航天制造风险规避、制造能力提升的制造成熟度方法,并积极探索切实有效的应用模式,解决实际问题,做出实际效果。而在这些方面,还有很大的探索空间,需要开展大量的研究与实践工作。

(1)制造成熟度适用的项目和研制阶段

从适用的项目来看,国外的制造成熟度一般比较关注有批产要求的项目。航天制造成熟度,既适用于制造技术相对成熟,但批产难度大的项目,也适用于制造难度大,但无批产要求的项目。同时,从适用的研制阶段来看,它既适用于项目的预研阶段又适用于工程研制阶段和批产阶段。

制造成熟度重在突出制造特点,提高制造能力,降低制造风险。它不仅包括制造技术攻关,同时也包括材料、设备、工艺、人员、检测、成本、质量控制等制造要素的建设和成熟。对于有批量要求的产品,它一方面关注能否制造出相应的部件和单机,另一方面关注能否实现了面向批产目标时,对该级别最低制造能力提出的提升需求和外部设计、供货等风险控制要求。对于单件生产的产品,它通过从制造要素的各个方面进行评价,可以将研制过程中的制造风险定位于相关制造要素,便于针对性地开展工作,解决制造短板。

(2)不是所有的制造都需要开展制造成熟度评价工作

制造成熟度评价针对的是制造难度大的制造技术或产品,或是有显著批产难度的制造问题,对于在制造技术或批产能力方面不存在显著难度的制造,原则上不属于制造成熟度的评价范围,可采用技术成熟度解决相关问题。

(3)制造成熟度不是工程成熟度

制造成熟度级别是针对制造的成熟过程划分的,关注的是关键制造技术、产品和制造能力的成熟过程。虽然关键制造能力通常与工程研发过程关系密切,但是制造成熟不等于工程成熟。

国防科研项目主要包括预先研究项目和型号工程项目两类。针对预先研究项目,制造成熟度评价的主要应用目标是确定项目的开始和完成时的MRL级别,识别在研制过程中设计的工艺性,识别研制需要的各方面保障条件,尤其是工艺方法、工装设备、试验设备、配套设施等,是否能够支撑项目研制过程中的样机研制与试验需求。

针对型号工程项目,则主要是关注设计的可生产性,识别工艺方法是否适合批量生产,材料供应、设备台套、检测手段、质量控制方法、生产成本、人员配备等能否满足产品的性能指标,能否保证产品按时研制成功,批产计划顺利进行,产品生产符合预算要求。

在航天工程研制过程中,制造成熟度的应用模式,主要包括以下方面:

(1)在型号和重大工程中,开展对关键制造技术、产品的分析与识别工作,通过在工程起始级别进行制造成熟度评价,掌握工程整体的关键制造技术或产品的制造成熟态势,对制造方面存在的短板开展重点突破;

(2)提出型号和重大工程主要研发阶段关键制造技术的成熟度要求,作为转阶段的重要条件之一,并在转阶段时进行制造成熟度评价。对未达到目标要求的关键制造技术进行分析,在明确风险的情况下,可作为遗留问题在下一阶段重点解决;

(3)在评价基础上,根据确定成熟度发展目标,制定制造成熟计划,从制造成熟度的角度策划为达到目标需开展的工作,逐步建立完善的成熟度提升机制,加速航天制造能力提升。

制造成熟度等级,也称制造准备等级。制造成熟度等级定义作为制造成熟度评价的原则,具有通用性和简明扼要的特点。为了更好地帮助读者准确把握MRL的各级内涵,本节主要介绍制造成熟度(MRL)各级解释。

(1)MRL 1解释

定义:确定制造的内涵。

解释:MRL 1是制造成熟度的最低等级。要求识别出制造的基本内涵,重点是要确定为了达到预期项目目标,制造技术需要解决的关键问题。属于制造技术的基础研究范畴。

(2)MRL 2解释

定义:确定制造的方案。

解释:MRL 2的特点是采用了新的制造方案。通过应用研究将基础研究转化为针对具体军事需求的解决方案。面向MRL 1级提出的关键制造问题,识别出制造的技术概念。典型MRL 2工作包括鉴定、论文研究、材料分析和新的制造工艺,并开始考虑制造可行性和制造风险。

(3)MRL 3解释

定义:制造方案的可行性得到验证。

解释:MRL 3通过解析分析或实验室试验,对制造概念进行验证。这个级别主要处于应用研究和开发阶段初期阶段。材料和/或制造已经具备可制造性及可行性的特征,但仍需进行进一步的评估和验证。已经在实验室环境中研制出功能比较有限的试验性硬件模型样机。

(4)MRL 4解释

定义:具备在实验室环境下制造技术原理样件的能力。

解释:MRL 4在里程碑A决策前起着装备解决方案分析阶段的放行准则的作用。技术成熟度等级(Technology Readiness Level,TRL)至少达到4级。TRL 4表明技术已经具备从方案分析阶段转入技术开发阶段(Technology Development Phase,TDP)的条件。在该级别,要求确定所需的各种投资,例如制造技术研发方面的投入;工艺要确保可制造性并能达到相应的质量要求,可以制造出用于验证技术的演示样机;识别出研发原型样机的制造风险,并提出相应的风险规避措施;确定目标成本,并明确制造成本构成;完成对设计方案的可行性评估;确定主要设计性能参数,以及必要的相关特殊工具、设备、材料处理和技能要求。

(5)MRL 5解释

定义:具备在相关生产环境下制造原型部件的能力。

解释:MRL 5是装备采办过程中技术开发阶段的中间节点,若为关键技术,则接近先期技术验证的中段。各项技术至少达到TRL 5。对国家工业基础进行了评估,并确认了潜在的制造企业,进一步完善制造策略,并成为风险管理计划的组成部分;识别出关键技术和部件,通过在相关生产环境下制造部件,验证了原型材料、工具、测试设备以及工人技能,但是一些制造工艺和规程还需要进一步改进;已经启动或正在进行制造技术开发;正在进行关键技术或部件的可制造性评估;建立了用于评估工程制造成本的模型。

(6)MRL 6解释

定义:具备在相关生产环境下制造原型系统或分系统的能力。

解释:MRL 6是在里程碑B决定启动采办项目、进入工程与制造研制阶段的必备条件。各项技术至少达到TRL 6。MRL 6级通常意味着初步系统设计获得认可。已经产生初始制造方法;已经定义并描述了大多数制造过程,但系统本身仍有显著的工程和/或设计变化;然而,初步设计已经完成,并完成关键技术和零部件的产能评估和转换研究;在相关生产环境下验证了系统和/或分系统原型样品的生产工艺、材料、工具和测试设备以及人员技能;执行了成本、产量和比率分析,以评价原型试验数据与目标指数的对比情况,以及项目是否具有恰当的风险控制以达到成本需求或建立新的基线;考虑可生产性形成系统发展计划;完成了里程碑B的工业能力的评估(Industrial Capabilities Assessment,ICA);确定了长周期和关键的供应链要素。

(7)MRL 7解释

定义:具备在典型生产环境下制造系统、分系统或部件的能力。

MRL 7是工程和制造发展阶段典型的中间点,开始关键设计审查后(Post-CDR)评估。各项技术应该接近达到TRL 7。在该级别,系统的详细设计活动已接近尾声,已批准材料规范书;在典型生产环境下验证了制造工艺和程序;完成详细的可生产性转换研究,正在增强可生产性和进行风险评估;成本模型对详细设计进行了更新,达到系统级水平,并对分配目标进行跟踪。产量和比率分析已更新了典型生产数据;供应链和供应商的质量保证进行了评估;材料满足所计划的试生产线建设时间表;已经优先开展并正在进行降低单位成本的工作;长周期采购计划到位;已经制定生产计划和质量目标;已经启动生产工具和测试设备的设计和开发。

(8) MRL 8解释

定义:试生产线能力得到验证,准备开始低速率生产。

解释:MRL 8表示已为里程碑C决策和小批量试生产做好准备。各项技术至少达到TRL 7。系统详细设计工作已经完成,且能够充分稳定,可开始低速率生产;材料、人力、工装、试验设备和生产设施已经全部在试生产线上验证,可满足计划的低速率生产进度要求;验证和控制了制造和质量控制工艺和步骤在试生产环境,为低速率生产做好了准备;已知的可生产性风险没有对低速率生产提出重大挑战;用试生产线生产结果更新了成本模型、成本率和生产速率分析并测试通过;里程碑C级的工业能力评估已经完成,已经建立支持小批量试生产的供应链系统。

(9) MRL 9解释

定义:低速率生产能力得到验证,准备开始全速率生产。

解释:MRL 9的制造是为大批量生产做准备的。在该等级下,系统、单机或生产技术状态项目已经生产出来,或在生产中,或已经成功实现低速率生产。各项技术应该达到TRL 9。该级别与进入大批量生产的成熟度相关,所有系统的工程/设计要求应已得到满足;主要的系统设计的特征是稳定的,并在测试和评估中得到证明;在小批量生产环境中的制造工艺能力达到适当的质量水平,满足设计关键特性的公差范围;正在进行生产风险监测工作;已经实现小批量生产成本目标,已经用实际数据进行分析学习曲线;已为大批量生产建立费用模型,反映出不断改进的影响。

(10)MRL 10解释

定义:全速率生产得到验证。

解释:MRL 10是最高级别的生产准备水平。各项技术应该达到TRL 9。MRL 10通常处于采办寿命周期的生产阶段或持续保障阶段,几乎不存在工程更改和设计更改,工程或设计更改一般限于质量提高或成本下降;满足所有的工程、性能、质量和可靠性要求;所有材料、加工、检验和测试设备、设施和人力到位,并已达到全速率生产的要求;批量生产的单位成本达到目标,资金满足生产所需的比率。精益生产行之有效,并在持续不断的改进。

(1)相关生产环境。生产车间中具备了一些真实生产性的设备、人员、工具、工艺、材料等,尽可能少地依赖实验室中的制造资源。在相关生产环境下的演示验证制造能力的目的是,确保进入工程研制阶段以后制造能力满足费用、进度和性能要求是可以实现的。

(2)典型生产环境。要求在考虑设计成熟的情况下,具有尽可能多的真实生产环境,该生产环境尽可能使用试生产线上的人员、设备、工艺和材料,工作指令和工具应该是高质量的,其变更一般都是为了解决性能或生产速率问题而产生的设计变更。该生产环境已经不依赖实验室的制造资源和人员。

(3)试生产线环境。具备了满足低速率生产所要求的关键的真实生产要素,例如设备、人员技术水平、设施、材料、部件、工作指令、工艺、工具、温度等。试生产线环境尽可能使用全速率生产工艺。

(4)可制造性。是在设计周期中需要考虑的一个特性,该特性集中体现了在要求的成本和质量水平下持续生产的工艺能力、设备柔性及其它全部能力。

(5)可生产性。是在满足工程、质量、经济可承受要求的条件下生产一件产品相对容易的度量。

国防重大科技工程的制造成熟度评价工作,一般涉及管理机关、项目承研单位、评价专家组和评价支撑单位。因此,建立合理的评价组织机构是顺利实施制造成熟度评价工作的组织保障。实施制造成熟度评价的组织架构一般包括三层:管理层、实施层和支撑层。制造成熟度评价工作的行为主体一般包括:评价方、被评方、专家组、评价支撑组。如表1所列。

表1 重大工程制造成熟度评价工作组织机构

管理层 评价方
实施层 被评方和专家组
支撑层 评价支撑组

(1)评价方

评价方是指下达科研任务的管理部门或其授权的评价机构,是管理层的责任主体。

(2)被评方

被评方是指承担研制任务的单位,是实施层中自评价工作的责任主体。

(3)专家组

专家组由技术、管理等方面的专家组成,应当覆盖被评价制造的主要专业技术领域,是实施层中专家评价的责任主体。

(4)支撑组

支撑组是支撑层的主体,是评价工作的支撑、培训和服务组织。

管理层主要负责组织制造成熟度评价工作,并对评价过程进行监督,对评价结果进行审查。实施层主要承担制造成熟度评价工作;支撑层为评价工作提供评价方法和评价过程支持。评价方、被评方、专家组、评价支撑组的主要职责如下。

(1)评价方的职责

1)确定任务的最终制造成熟度等级要求;

2)组织专家组并确定评价支撑组;

3)组织对被评方的制造对象进行制造成熟度评价;

4)组织承研单位制定基于制造成熟度的研制计划。

(2)被评方的职责

1)依据任务要求,制定工作计划,落实工作人员;

2)完成制造关键程度评价;

3)完成制造成熟度自评价;

4)完成基于制造成熟度的工作策划报告;

5)完成制造成熟保障计划;

6)配合评价方、专家组和评价支撑组开展相关工作。

(3)专家组的职责

1)审查被评方的制造关键程度评价结果;

2)审查被评方制定的制造成熟度评价标准细则;

3)审查被评方的制造成熟度等级自评价结果;

4)审查被评方制定的基于制造成熟度的研制计划和制造成熟保障计划。

(4)支撑组的职责

1)制定制造成熟度评价标准和规范;

2)开展制造成熟度评价方法培训;

3)协助评价方组织制造成熟度评价工作;

4)指导被评方完成制造成熟度评价相关工作;

5)辅助专家组完成制造成熟度评价工作。

重大工程制造成熟度评价工作的典型流程可划分为三个阶段:

(1)评价工作启动阶段;

(2)评价工作执行阶段,包括自评价以及专家评价过程;

(3)评价工作总结阶段。

一般来说,基于检查单的制造成熟度评价方法在进行CME识别后,需要根据评价检查单制定评价细则,根据评价细则来进行制造成熟度自评价。

评价方法的详细评价过程如图1所示。

 

图1 基于检查单的评价过程示意图

对于一项重大工程来说,正确选择CME至关重要。如果在初期对工程中CME的确定出现了遗漏,而在工程进展过程中又未能及时发现这些被遗漏的CME,则会给项目研制和批产的进展带来严重的影响;如果将能力充足的普通制造对象错误的认定为CME而去重点攻关,提升设施能力,则会造成时间、经费及人员等资源的浪费。在吸收现有关键制造工艺技术识别方法的基础上,本节介绍了航天工程成熟度CME识别方法。

现有关键制造对象识别方法

目前,国内外开展了一些类似识别关键制造对象的相关工作。国内主要是在对载人航天工程进行技术成熟度评价时,筛选了关键制造工艺;国外则是在进行制造成熟度评价时,要求识别需评价的制造对象。两者都是在项目工作分解结构和技术分解结构基础上,开展的工作,基本思路类似,可以对航天制造成熟度筛选关键制造对象提供重要参考。

常一个产品的研制活动是按照一定的时间顺序产生的,研制活动顺序是项目阶段划分的基础之一。一个项目可以包括若干活动,一般会出现以下连续的活动:任务需求分析、可行性论证、初步设计、详细设计、验证及鉴定试验、生产、使用改进、处置。项目阶段划分是建立在保证完成技术、周期和财务目标预算基础上的。同时也是以产品研制活动的顺序、继承性和新技术开发及保障条件为基础的。航天型号研制即符合传统的产品研制程序,又具有其自身的特点。

根据航天产品的技术特点,一般将其归结为四类产品,即战术导弹、战略导弹、卫星和运载火箭;同时又考虑到产品的生产规模及数量,对航天产品进行了如下的研制阶段划分:

(1)战术导弹(武器)系统。论证阶段、方案研制阶段、工程研制阶段(初样、试样)、设计定型阶段、工艺(生产)定型阶段和批生产阶段。

(2)战略导弹(武器)系统。论证阶段、方案研制阶段、工程研制阶段(初样、试样)和定型阶段。

(3)卫星。可行性论证阶段、方案研制阶段、工程研制阶段(初样、正样)和应用、改进阶段。

(4)运载火箭。论证阶段、方案研制阶段和工程研制阶段(初样、试样)。当运载火箭飞行试验成功后,完成设计与工艺资料、专用工装和非标设备的鉴定等工作,并进行资料归档。

评价方根据制造成熟度工作要求,制定工作实施方案,并通知被评方做好相关准备工作。工作实施方案的主要内容包括:工作目标、工作内容、组织实施程序、进度安排、专家组组成方案等。

根据工作实施方案,评价方组织建立专家组。专家组成员应当具有较高的专业技术水平,熟悉相关专业技术领域。同时,还需要较好地掌握制造成熟度评价标准,具有良好的职业道德。评估专家组组长的选取,对于开展好制造成熟度评估十分重要,需要能够即了解技术,又有管理经验,同时熟悉制造成熟度评价标准,能够把握好制造成熟度评估重点,掌握评估节奏。评估专家组表格可参考表1。

表1 评估专家组表

角色 姓名 职务/职称 特长/专业 工作单位 联系方式
组长          
成员          
         
         
         
         

被评方根据评价方下达的任务要求,制定工作计划,成立工作组,落实工作人员。评价工作计划表可参考表1。

表1评价工作计划表

评价阶段 负责人 参与人 起始日期 结束日期 成果形式
评价工作启动阶段         工作实施方案;
表X 评估专家组表;
表X 评价工作计划表;
表X 自评价工作组表;
技术成熟度评价计划报告
自评价阶段 完成工作分解结构(WBS)         表X 项目工作分解结构表
识别关键制造对象(CME)         表X 关键制造对象(CME)清单;
表X 关键制造信息表;
关键制造清单
制定MRL评价细则         表X CME的MRL评价细则表
自评价各CME的制造成熟度         表X CME的MRL自评价表;
关键制造信息报告
完成自评价报告         制造成熟度自评价报告
评价工作总结阶段         评价工作总结报告

表2 自评价工作组表

角色 姓名 职务/职称 特长/专业 工作单位 联系方式
负责人          
成员          
         
         
         
         

被评方完成项目工作结构分解,可根据评价方要求,依据制造关键程度评价方法或关键制造对象识别原则,完成项目制造关键程度评价或CME识别,采用自底向上的方式对工作分解结构树形结构进行普查,将任何可能成为CME的技术载体或分系统、系统挑选出来,提出项目制造关键程度或CME清单的建议, 并从重要性和困难度两个方面给出该对象入选CME的理由。此外,对于未入选为制造元素的重要技术,应阐述该制造已经成熟、可以不作为CME的理由。项目制造分解结构表可参考表1,CME清单可参考表2。

表1 项目工作分解结构表

分解层次编号 分解结果名称
1  
1.1  
1.1.1  
1.1.1.1  
……  
2  
2.1  
2.1.1  
2.1.1.1  
……  
N  
N.1  
N.1.1  
N.1.1.1  
……  

表2 关键制造对象(CME)清单

序号 WBS编号 CME名称 CME简介 入选理由
1 对应表1中的“分解层次编号”。 对应表1中的“分解结果名称”。 描述主要功能和性能指标要求等。着重说明CME在系统中的作用;CME在最终系统中的表现形式和/或交付给其它部件或者分系统使用时的表现形式;CME与哪些部件、分系统有集成关系,在研制和试验中被哪些部件、分系统使用等关系 列出该技术所符合的CME识别原则,并详细描述该制造入选为CME的理由
2        
……        

评价方组织专家组对被评方提出的制造关键程度自评价结果或CME清单进行审查确认,避免漏选或错选关键制造对象。

被评方依据制造成熟度等级定义,制定被评关键制造各级应该达到的具体目标,初评关键制造对象的制造成熟度等级,重点从制造载体、试验环境和制造要素完备程度的逼真度两方面进行判断。

被评方依据制造成熟度评价标准制定被评CME的制造成熟度评价标准细则,一般要求制定初评制造成熟度级别及其高一级别的评价标准细则。对同一类被评价关键制造,可统一制定制造成熟度评价标准细则。主要工作内容如下:

(1)CME信息采集

为了针对CME的特点制定评价细则,首先需要采集该CME的相关信息。CME信息表可参考表1。

表1关键制造信息表

关键制造对象名称 CME名称
目标要求 介绍该CME的任务来源、研究目标、要求的技术指标和成果形式等
技术状态 针对制造成熟度评价标准,介绍该CME目前达到的技术状态,具备的制造能力,可以参考以下方面进行描述:主要达到的功能和性能、形态特性(比例、尺寸)、组成的完备性、样机形态特性等
制造要素 基础设施建设、材料供应、工艺水平、设备配备、人员组织、成本要求、制造计划等要求
试验内容及环境 介绍已完成的主要试验的情况,包括:试验目的、内容、环境、验证的主要指标及参数、试验结果等,应重点说明试验环境与CME使用环境的关系
验证的载体 介绍当前进行试验验证的CME的载体,即描述CME是否与其它的部件/单机/分系统集成,以集成后的样件/样机等作为试验验证的载体
取得的成果及达到的技术指标 介绍该关键制造目前取得的主要成果、达到的技术指标等,并列表说明已达到的技术指标是否达到设计要求。

(2)通过CME信息分析初评MRL等级

对采集到的CME信息进行分析,是从技术信息向MRL有关信息的过渡。利用分析的结果可以相对容易地制定该CME的评价细则。被评方对技术信息进行分析时,应回答以下问题:

1)高逼真度的模拟使用环境是什么。针对该CME,相对于使用环境是高逼真度的模拟使用环境是什么;包括哪些重要的方面,主要指标和参数是什么。

2)该CME的成熟过程是什么。不同的工程和不同的制造对象的成熟过程有它们自己的特点。不同系统中的各项制造对象,它们的成熟过程呈现多样性。有的制造在它的多个成熟级别上,产品载体特征、试验要求和制造要素要求都呈现明显的变化。有的制造对象则在某些级别上,某些特征没有明显的变化。

针对待评CME,应结合已采集的CME基本信息进行进一步分析,明确该技术的成熟过程是什么,其成熟过程主要体现在前期、后期,还是体现在整个过程;明确CME的产品载体、集成度和验证环境随着MRL级别变化的规律。

3)明确CME在成熟过程中,对制造要素的成熟度要求。针对待评CME,要按照人、机、料、法、环等制造要素,逐个梳理其在不同阶段,制造成熟应当具备的制造要求。包括CME在各阶段时,应当重点考虑哪些制造要素,这些制造要素应当满足什么条件。

4)将制造信息与MRL级别形成映射。结合CME基本信息与CME成熟过程,给出本CME的制造信息与MRL级别的初步映射表,参见表2。填表时应考虑该CME是否在一个级别存在多个产品状态、多种集成关系和多种试验环境的验证的情况以及对制造要素要求的弹性。

表2 CME的制造信息与MRL级别的初步映射表

关键制造名称  
关键制造的最终成熟目标或标志(MRL 9级工作)  
关键制造成熟过程中的主要风险  
MRL 产品载体与性能 验证的集成状态和环境 生产环境
工艺 材料 设备 环境 人员 批产风险及需开展的各制造要素风险规避工作
1                
2                
3                
4                
5                
6                
7                
8                
9                
10                

(3)制定关键制造的MRL评价细则

根据该CME的基本信息表、CME基本信息与MRL级别的映射关系,结合通用的MRL检查单,定制该CME的评价细则。该评价细则能够对该CME完成相应级别的任务起到控制的作用。主要工作内容如下:

1)自评价工作组对CME清单中各CME进行MRL初评,初步确定各CME拟申请的MRL级别。

MRL初评方法是:首先,依据CME信息与MRL级别映射表,对照目前CME的技术状态,初步确定MRL等级;然后,依据初定MRL等级的评价检查单,对照目前CME的制造要素状态,进一步确认初评的MRL级别。达到MRL N级的条件是:CME的技术现状满足该级别的全部检查项,不满足N+1级的部分检查项。

2)自评价工作组制定与初评等级N有关的三个等级(N-1, N, N+1)的评价细则。

依据制造成熟度评价准则,结合项目具体的制造特点和要求,对每一被评价关键技术,围绕成果形式、指标要求、考核方式、批产要求、风险控制等,细化评价标准(例如,要给出CME的试验环境及参数要求、面向批产应当完成的准备工作、外部风险管控措施等),制定与初评等级N有关的三个等级(N-1, N, N+1)的评价细则。

评价方组织专家组对被评方的制造成熟度初评结果和制定的制造成熟度评价标准细则等内容进行审查确认。审查要点主要包括:每条评价细则对CME技术状态的要求是否明确,各项要求是否合理;该级别的评价细则能否体现该级别对CME制造成熟状态要求的实质。CME的MRL评价细则表可参考表1。

表1  CME的MRL评价细则表

MRL-N(N即MRL等级)
CME:给出CME名称
检查项 等级评价细则
列出MRL N级的各条评价准则 对被评CME,围绕成果形式、指标要求、考核方式、制造要素等,细化评价准则,形成制造成熟度等级评价细则
   
   
   
填表人   填表日期  

被评方组织开展制造成熟度自评价,逐条对照制造成熟度评价标准细则,整理被评价关键制造的有关设计、试制、试验、验证情况及证据材料,说明制造要素具备情况,编写制造成熟度自评价报告,并确保报告内容完整、准确、真实、可靠。主要工作内容如下。

(1)评定CME的MRL等级。

根据采集的CME信息和证据材料,对照制造成熟度某一等级的评价细则,以全部达标为准则,判定该CME的制造成熟度等级。

评价CME是否达到某MRL级别的方法是,对照该项目关键制造初评MRL等级(MRL N级)的MRL等级评价细则,逐项描述目前该CME的技术状态、试验验证、制造要素状态,针对评价细则要求的实现情况,并逐项给出是否符合评价细则要求的结论,只有满足(或基本满足)该级别的全部评价细则,才认定CME的制造成熟度达到该级别。

假如满足评价等级(MRL N级)所要求的MRL评价细则,则进入高一级别(MRL N+1级)MRL进行评价;假如未满足该等级所要求的某一条MRL评价细则,则进入低一级别(MRL N-1级)进行评价。如果满足评价细则,能够确定CME的制造成熟度等级,则该CME的自评价结束,否则需重复此过程。评定CME的制造成熟度等级的过程如图1所示。

图1 CME成熟度等级的评定过程

CME的MRL自评价表可参考表1。

表1  CME的MRL自评价表

MRL-N(N即MRL等级)
CME:给出CME名称
等级评价细则 评价细则的实现情况 证据名称 符合情况
等级评价细则 对照MRL N级的评价细则,逐条说明对评价细则要求的实现情况。具体描述内容参照前文自评价信息检查单 列出能够支撑实现情况的有关证据名称 给出是否符合评价细则要求的结论:符合、基本符合、不符合
       
       
       
自评价结果 经自评价,该CME达到了MRL     级。理由为:                
只有满足(或基本满足)该级别的全部评价细则,才认定CME的制造成熟度达到该级别
存在的问题 分析通过制造成熟度自评价,所发现的该CME存在的问题
主要问题和制造风险分析 列出制约该CME技术成熟度提高的主要问题,并在此基础上,进行制造风险分析,重点是识别出高制造风险因素
制造风险控制措施 针对上述制造风险分析所识别出的高风险因素,从管理和技术等方面提出控制制造风险的主要措施
提升制造成熟度的建议 从如何提升该CME的制造成熟度的角度,提出合理化建议
综合评价 根据各关键制造成熟度评定的等级,综合分析项目的制造状态、存在的主要制造问题,形成评价结论,并提出后续工作建议
填表人   填表日期  

(2)分析制造风险,提出后续发展建议。

基于CME的MRL评价结果,结合项目目标要求,找出CME存在的问题,分析CME的制造发展风险,提出制造风险控制措施,并给出提升制造成熟度的建议。

(3)编写自评价报告。

编写自评价报告的目标是:系统、全面、详实地展示项目整个评价过程中各个阶段的实施情况、评价结果和有关建议。

自评价报告除了汇总各CME的自评价结果之外,还应对项目进行综合评价:根据各关键制造成熟度评定的等级,综合分析项目的制造能力、存在的主要制造问题,形成评价结论,并提出后续工作建议。

评价方组织专家组对被评方的制造成熟度自评价报告进行集中评议,必要时进行现场考察和测试,专家组成员应当分别提出制造成熟度个人评价意见。专家个人评价意见应当主要包括:

(1)建议评定的关键制造成熟度等级及理由;

(2)存在的主要问题,制造风险及控制措施;

(3)提升制造成熟度的建议。

评价方应当依据制造成熟度评价标准细则和关键制造信息,综合专家个人评价意见,评定关键制造成熟度等级,并通知被评方。

评价方应当将评价结论通知被评方,被评价方依据最终评价结论在制造成熟度自评价报告基础上完成制造成熟度评价报告。报告模板可参考表1。

表1 基于检查单的制造成熟度评价报告模板

一、项目概况

(一)项目目标

介绍该项目的概况,包括项目研究目标、主要功能(包含主要组成、主要功能及工作原理)、主要技术指标(包含总体要求的各种技术指标)和成果形式、制造要求等。

(二)项目总体进展情况

简要描述项目的研究与开发组织实施情况、现状。并简要阐述项目研究状态、取得的成果及达到的技术指标、实验与试验验证情况以及制造要素的满足情况。

二、评价实施情况

(一)评价工作组

给出自评价工作组、评价支撑工作组和评价专家组成员的相关信息。重点说明其特长和专业。

(二)评价工作执行情况

说明评价工作启动阶段、自评价阶段和评价工作总结阶段的时间进度、负责人、参与人、起始及结束日期和成果形式等。

三、关键制造成熟度评价

(一)项目工作分解结构(WBS)

给出完整的项目技术分解结构分解。

(二)关键制造元素(CME)清单

给出CME的名称以及其工作分解结构编号。

(三)关键制造元素1

1.综述

提供该关键制造的介绍,并说明其入选理由。

给出关键制造成熟度的自评价结果。

2.确定等级的分析说明

针对自评价结果,对照相应的制造成熟度等级评价细则,逐条说明符合情况,详细说明关键制造能达到该MRL级别的理由。

3.制造发展风险分析

说明存在的主要问题,并对制造风险进行分析。

4.后续工作需要关注的问题

针对制造发展风险,列出后续工作需要关注的问题:

①制造风险控制措施;

②提升制造成熟度的建议。

(四)关键制造元素2

……

四、项目综合评价

根据各关键制造成熟度评定的等级,综合分析项目的制造状态、存在的主要制造问题,形成评价结论,并提出后续工作建议。
附件:证据材料

编号列出关键制造元素等级评价过程中所使用的证据材料。