从“陶土娃娃”到“变形金刚”——西航推广先进工艺装备提升质量效益纪实

飞机，具备机翼、机身和发动机，依靠自身动力在大气中飞行的重于空气的航空器。1903年，美国的莱特兄弟制造出世界上第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者一号”并成功试飞。这一发明使飞机成为现代文明社会不可缺少的运载工具，深刻改变和影响着人类的生活。飞机的动力装置——航空发动机在100余年中，也由初期的活塞发动机向涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机等快速的发展。航空发动机快速的更新换代，形成其研制与生产独特方式和规模，即技术指标严、零部件精度高、质量要求高、型号变化快、研制周期长、生产批量小。

    “陶土娃娃”一统天下二十年

   在数控车、铣、磨、镗床和数控多坐标加工中心尚未问世和装备生产线前，在传统普通车、铣、刨、磨、钻、镗床组成的生产线，研制和批量生产型面复杂、空间坐标位置要求极高的航空发动机零部件，借助“专用工装”和工人的高超技能，似乎是航空发动机行业约定俗成的规则。西航也和其它航空发动机厂一样，在1958年建厂到1978年的20年间，依赖“专用工装”进行航空发动机研制和批产。

    “专用工装”，顾名思义就是为满足某零部件、某工序加工要求而制造的工艺装备，因除此之外别无它用故称之为“专用工装”。就像孩童时代父母为我们购买用以储存零钱的存钱罐——“陶土娃娃”，钱满取出之日就是“陶土娃娃”粉身碎骨之时，“专用工装”一旦零部件形状和尺寸发生变化，也只能报废被抛进废铁堆。而航空发动机型号变化快、研制周期长、生产批量小的特性，使得“专用工装”制约航空发动机研制周期和成本居高不下的要素之一。

    “变形金刚”灵巧身姿初显现

    1973年，国家领导人与访华英国首相希思会谈，谈及引进英国罗•罗公司研发的斯贝发动机技术专利。斯贝发动机，喘振裕度大、性能稳定、加力无极调节、操纵泼辣、工作寿命长，当时处于世界同类发动机的中上等水平。1973年末，以吴大观挂帅的中国航空代表团到英国罗•罗公司考察访问。此后，经中、英6个回合艰难谈判，1974年12月双方签约。国家将购买的斯贝发动机专利技术、相关资料和设备交给西航。也就是从这时开始，西航人知道了在航空发动机零部件研制和生产中，工艺装备除了“陶土娃娃”还有“变形金刚”。

    说起“变形金刚”，相信中国出生于上世纪70、80年代的孩子都不陌生，这一上世纪80年代进入中国的舶来品，由于其四肢和身躯在孩子们手中可以任意变形，可以通过更换装备成为另一种新的形象而风靡一时，至今在商场的玩具柜台仍可寻觅到“变形金刚”的身影。不过本文说的“变形金刚”可不是玩具，而是工业生产所用工艺装备中的“组合夹具”。

    “组合夹具”——依据研制和生产不同产品零部件的需要，根据各种零部件的形状、重量、精度、使用设备和加工工艺要求，充分考虑精度、耐磨性、互换性、重复使用性，充分考虑各种元件的使用频率和数量，预先设计和制造出不同形状和规格的系列标准元件。由专业的组合夹具工作站依据某种零件设计图和工艺规范，根据零部件的形状、重量、精度、使用设备和工艺要求，选择规格合适的底盘和不同形状的元件，用合适的连接件连接组合，达到快速设计和组合使用的夹具。由于每一个组合夹具在完成某种零件加工后，都可以分解还原为元件，重新组合装配成新的夹具并周而复始的循环使用，犹如“变形金刚”般通过更换装备成为另一种新的夹具，故“组合夹具”拥有了“变形金刚”美称。

    “组合夹具”与传统的“专用工装”相比优势十分明显。一项“专用工装”平均生产周期为45个工作日，平均费用为5800元；一项组合夹具的生产周期平均为6.5工作日，平均费用440元。“专用工装”改为“组合夹具”，可节约夹具设计、制造工时90%，缩短生产准备周期85%，节约金属材料95%，降低生产成本80%。从上世纪70年代后期始，“组合夹具”成为西航在新型号航空发动机研制中攻坚克难的利器，同时作为适应批量生产“专用工装”的“配角”沿用到今天。

    “陶土娃娃”多种因素难下堂

    组合夹具设计和制造技术是上世纪70年代，西航在国内率先引进和使用的，在新型号航空发动机研制中显著缩短了研制周期，降低了研制成本。但为什么没有得到广泛应用？
人才断层、培训不足不会用。上世纪80年代中期至90年代中期西航“军转民”，民品生产对组合工装需求不大，造成设计、制造、使用组合夹具的人才流失；对使用主体工程技术人员组合夹具知识普及不足，许多新工程技术人员对使用组合工装的优越性知之甚少；萎缩的组合夹具使用状况，又反制了组合夹具设计及制造水平进一步提升，使组合夹具的发展和扩大应用陷入怪圈。

    观念陈旧、墨守成规不愿用。对于定型批产的发动机来说，其零部件的生产所用的专用工装臻于完善，在专用工装质量稳定可保证零部件制造的情况下，即使原专用工装到寿报废，也是按照原图复制新工装，很少有人会冒险创新更改设计派制组合工装。

    政策导向、利益驱使不想用。为什么孩童在“陶土娃娃”与“变形金刚”选择中会选择后者？原因很简单，掏钱的是家长；为什么使用主体在“专用工装”与“组合夹具”的选择中会选择前者？原因也很简单，选择“专用工装”掏钱的是公司；而选择“组合夹具”按天支付租赁费记入当期成本，掏钱的是使用主体。

    信息化差、管理落后很难用。依赖纸质账本记录元器件的使用存放信息，信息化管理水平低，不方便查找使用；管理不够科学规范，条码管理种类多、数量大的元器件，影响元器件高效使用；使用单位组合夹具使用完后，归还不及时闲置在生产现场，造成组合夹具元器件周转品率低。这些都制约组合夹具发挥速度优势、技术优势和经济效益优势。
“变形金刚”优势重现笑开颜

    西航追根溯源找出了“陶土娃娃”受宠，“变形金刚”受冷落的缘由，对症下药，出台“六大变革”举措。

    举措一、注重政策导向。公司变革价格体系和考核机制，提高各责任主体对工装工具价值的认识。重源头，严把工艺规范编制关，减少专用工装派制；重导向，出台免费使用组合夹具政策，鼓励使用主体在科研、生产中合理采用组合夹具；重投入，投资200万元设计、添置一批不同形状和规格的系列标准元件，为扩大应用组合夹具范围提供硬件支持；重考核，提升组合工装在生产线使用和周转效率；明目标，确立年度降低专用工装费用降低1200万元目标。

    举措二、夯实发展基础。公司修订完善专用工装、通用工具管理制度，编制专用工装和通用工具目录及消耗定额；开展星级工具室创建活动，推动工具系统实现管理达标；优化工装工具信息化管理平台，完善MES工装工具模块，建立相关管理规定和工作流程；实施工装工具全寿命管理，推行工具以旧换新制度，降低刀具制造及采购成本。

    举措三、严格进行管控。公司全面清理库存和现场工装，重新确定工装需求，严把工装需求入口关；严格消耗定额，实施非正常损耗和非正常派制工装加倍收费制度；严格控制工装维护状态，做好报废工装的再利用工作；在科研试制中强力推进组合夹具应用，在批产机稳步推进组合夹具应用；开展工装设计由二维设计向三维设计过渡工作，通过计算机模拟装配和加工，减少生产过程因工装问题造成的停滞。

    举措四、培训推广普及。公司加强工程技术人员的组合夹具知识普及，推广组合夹具技术的应用。工具厂工程技术人员深入使用单位了解组合夹具使用效果，及时现场指导提供技术保障；实施使用单位工装夹具设计人员轮流到工具厂培训，完成600余名工艺人员、工装夹具设计人员人专题培训；组织210名使用单位工程技术技术人员参观组合夹具工作流程，增强对组合夹具的感性认识，了解组合夹具特点、组装过程、适用范围；在型号研制优先采用组合夹具，严把非组合夹具请制派工关。

    举措五、持续技术创新。公司注重持续技术创新，加大组合夹具专用件研发力度。将组合夹具通用件和零部件加工中需要的专用件相结合，为“变形金刚”不断增添新的“独门利器”，拓展组合夹具应用范围；变革科研工装派制及财务结转流程，增加工装派制控制点；由工艺技术部、工具厂等部门组成“科研工装控制小组”，以贯通生产线为原则，把科研工装费用与责任主体直接挂钩；在满足生产需求的同时，减少工装派制数量，降低工装成本。

    举措六、构建信息化平台。公司清理现有元器件，将所有元器件依据类型、型号、使用频率、特别是基础板、盘的使用频率率，设置最佳存放区域和位置；统计、梳理、分析基础数据，优化管理流程，加快组合夹具元器件的流通和使用效率；强力实施组合夹具专业设计和组装队伍能力提升工程，不断提升组合夹具设计和组装水平；充分利用社会资源，优化组合夹具元器件的配置和采购，开发适合公司科研生产的专用元器件；加快组合夹具管理信息化步伐，实现组合夹具元器件库存数量和区域位置，组合夹具组装、现场使用，组合夹具用后分解全流程信息化管理。

    公司注重政策导向，夯实发展基础，严格进行管控，培训推广普及，持续技术创新，构建信息化平台，增添大型元件，提高元器件使用率，拓展组合夹具的组装和使用范围，实现了组合夹具在科研生产线的全面覆盖。

    春华秋实成果显著

    西航一年多来，推广应用组合夹具8100项，压缩工装项数1241项，完成222项10856件库存闲置刀具改制和废旧刀具回收再利用。降低专用工装设计制造费用2440余万元，盘活资金88万元，节约刀具制造费用260余万元。公司工装费用占销售收入的比例从2010年的3.2%降为今年的2.4%。

    西航巩固“组合夹具”成果，积极推广伊洛瓦夹具，矩阵夹具、球锁系统；推行工装三维设计及设计、制造一体化并行工程；加快陶瓷夹具，组合式管子夹具、数字式电感量仪、喉道面积测具等多种先进工艺装备研制步伐；工装UG出图率达50%以上，设计差错率下降21.1%；基于派工、设计、工艺、生产管理一体化的信息化系统，为工装成本的精确核算、奠定了工装全面信息化管理基础；建立的冷冲模标准化体系提升精了铸模具设计、制造一体化能力，设计制造的30项精铸模具投入使用后，显著提升了重点型号发动机叶片铸造质量和效率。

    西航工具厂将解放出来的生产力投入科研攻关和非航空产品开发，研制成功并批产的三面刃拉刀替代进口填补了国家空白，某重点型号发动机涡轮精铸模具设计制造取得了历史性突破；承揽民品合同2405.91万元，实现非航销售收入1793.34万元；参研9大关键部件的20千瓦斯特林太阳能发电机填补国家空白；与德国生产线配套、用于光伏发电硅片切割特种钢丝制造的湿拉机放线机79台设备，外商一次验收合格陆续发往使用厂家；完成了国内某公司国外引进的程控30吨双臂拉弯机大修数控升级改造；国内首台高精度数控三维60吨级拉弯机研制进入尾声。据了解，西航工具厂自主研发拥有完全知识产权的高精度系列数控三维拉弯机设备，随着自动扶梯、钢构厂房、高铁车厢等型材弯曲市场的不断拓展，每年可望形成2000元万元销售收入。

    “工欲善其事，必先利其器。”西航推广应用先进工艺装备，持续提升工艺工装品质，先进工艺装备成为科研生产一线攻坚克难的利器，显著提升了公司质量效益，夯实了西航转型发展的物质基础。