航空熱交換器“三化”工作實踐

李元喜 宋玉兵 孟翠玲 鞠豐姿

（南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211102）

眾所周知，在航空產品的研制階段搞好標準化管理工作，尤其是開展好通用化、系列化、組合化（以下簡稱“三化”）工作，不僅能縮短產品的研制、生產周期，降低研制費用；而且可充分利用已有成果，降低研制風險、延長產品有效壽命、提高其可靠性；特別是產品在服役過程中，對簡化其使用維護等后勤保障工作、節約保障資源、提高整個武器裝備的出勤率有很重要的戰略意義。“三化”工作已被許多國家作為發展武器裝備的一個重要途徑。

1 以往開展“三化”工作的成功經驗

航空機載設備系統及其附件，經過半個世紀研發和生產的積累，各專業都形成了許多功能相近、外形相似、參數不一、用途迥異的系列化產品。早在上世紀70年代初，為解決研制任務多但生產批量少，研制周期長、耗資大、經濟效益不顯著的困擾，率先在伺服閥、舵機兩專業開展了通用化設計。制定、頒布了伺服閥系列產品和舵機系列產品通用零、組件圖樣；同時大力提倡在沒有合適標準件、通用件可采用的情況下，鼓勵設計人員采用借用件；當某些零件借用頻次多了，再將其升級為通用件。這些通用件和借用件圖樣已被許多型號任務廣泛應用。

通用件和借用件的大量采用，給研制工作帶來了很大的便利，不僅減小了設計人員、工藝人員和相關管理人員的工作量，縮短了研制、生產周期，大幅降低了成本；同時加快了新產品的開發節奏，變型產品出現得更快，如某種型號的伺服閥，僅變型產品就有12種之多；并使伺服閥和舵機類產品的標準化件數系數得到很大提高。現在新設計一種伺服閥從簽協議到提交成品多則半年，少則只需二、三個月的時間即可。

通過多年來“三化”工作的開展 ，有效減少了產品品種規格；提高了零、組件通用化程度，增強了產品的適用性，加快了產品更新換代速度，減少了設計人員、管理人員、工藝人員及操作工人的不必要重復勞動，提高了產品的可靠性、保障性和維修性。特別是在縮短研制周期和降低研制經費上效果尤為明顯。“三化”工作在伺服閥和舵機兩類產品的研制過程中結出了豐碩的成果。

經過十多年的努力，“三化”設計的成功經驗又相繼在渦輪冷卻器、燃油泵、機電軟件設計等專業推廣實施，形成并固化了更多的通用件圖樣和通用模塊，并且廣泛應用于新產品研制、生產中。

2 “三化”工作的新探索

2.1 “三化”工作的困惑

“三化”工作開展以來，取得了驕人的成績，得到了科研、生產、管理等諸方面工程技術人員的認可。但與此同時也使“三化”工作面臨著新的困惑——“三化”工作除了在各專業廣泛推廣外，還有繼續深入開展的可能性和空間嗎？

熱交換器是環境控制專業中的一類支柱產品，這些主要由鈑金、焊接零組件構成的熱交換器類產品，“三化”工作難以實施，標準化件數系數都很低，制約了專業的發展速度。我們不禁思考：難道即使是最基礎的通用化設計也不能開展，“三化”工作對這些鈑金、焊接類產品真的無計可施嗎？

有些技術人員也提出：在已完全實現計算機設計繪圖的現在，很容易實現將相同或類似零件的圖樣拷貝一份，給個新圖號即完成設計工作了，還有必要搞通用件圖樣嗎？甚至擔心：采用通用件、借用件后一旦有更改可能給自己造成被動；也有的設計人員不想采用別人設計的圖樣，擔心在成果歸屬上有麻煩，或覺得采用了別人設計的圖樣會導致他人對自己設計水平的懷疑等思想障礙。

2.2 開展翅片通用化、系列化設計，“無圖化”生產的分析與實踐

2.2.1 翅片通用件的系列化設計分析與實現

經過標準化人員與設計人員、工藝人員、技術管理人員共同研究認為：板翅式熱交換器的換熱芯體是由翅片、封條和隔板層層疊置整體釬焊而成的，翅片、封條和隔板是板翅式熱交換器數量最多的零件，而它們的結構形式較固定，將它們制定成通用件是可行的，而熱交換器中的封頭、管接嘴、法蘭等零件受制約因素較多，不宜實現通用化設計。

下面以其中的翅片為例，說明開展熱交換器類產品中翅片、封條和隔板等零件通用化設計，并將其系列化，以至最終實現數字化設計、“無圖化”生產的過程。

經分析，翅片主要由型式、尺寸、材料這3大要素確定：型式分為波紋型、打孔型、鋸齒型、平直型、三角型5種；尺寸分為翅片高度、翅片節距、翅片厚度、流道長、流道寬5項指標；材料有鋁合金和不銹鋼兩種。

經分類、整理，首先規定將這些基本要素分別用一些特定的符號來代替，形成下列各基本要素及其標示代號表，如表1、表2和表3所示。

然后規定一個由上述標示代號和一些輔助符號組成，按一定順序排列、書寫，且能表達出某一具體翅片基本構成要素的表達式——CP-h□pδa×b-●，作為翅片的標記代號。其中“CP”為“翅片”的代號，“□”為翅片型式代號的填寫處，“●”為翅片材料代號的填寫處；為使代號中的數字不出現小數的形式，而賦予各尺寸要素一個整數倍數字；最終確定翅片的標記代號為：CP-10h□10p100δ-a×b-●。

表1 翅片型式分類及標示代號

表2 翅片尺寸要素及標示代號

表3 翅片材料及標示代號

用此式能夠表達出翅片的型式、尺寸、材料等特征信息，選擇不同的尺寸要素，即能完成通用化翅片圖樣的設計，因而該式具備了作為翅片通用件圖樣代號表達式的功能。

由翅片標記代號可知，該式實際是翅片的通用表達式，能反映任意不同尺寸要素的翅片，從此設計人員不用再繪制翅片類零件的圖樣了。

但為避免設計時尺寸選取的隨意性，給生產帶來麻煩，我們又考慮是否能再進一步將翅片的各尺寸要素進行歸整，得到系列化的參數。

通過對翅片各尺寸要素的統計，再經歸納、分析、刪減等工作，最終對每一尺寸要素都整理出了一個適當分段的系列值譜，使翅片通用件的各尺寸形成了系列參數，并將其列于每一種翅片通用件圖樣中，推薦設計時優先選用。只要將幾項要素適當組合，很容易即能設計出不同的翅片零件，既滿足了翅片類零件的普遍通用化設計要求，又使其具有系列化的規格，具備了開展系列化設計的條件。

由于翅片的公差、熱表處理、檢驗要求等信息，并不能通過上述標示代號和特定的表達式反映出來。對此我們又開展了對各種不同種類熱交換器翅片在設計、制造、試驗、檢驗、交付等環節中所能遇到的技術問題進行了統計、歸納和深入研究，對普遍性的問題進行了規定，并將其連同繪制的各種翅片（和封條）通用件圖樣，全部編入企業標準《翅片和封條系列件技術條件》中，為設計、生產、檢驗等各類相關人員提供工作依據，當需要時，可以很方便地查閱和使用。

因為采用翅片標記代號所反映的翅片既是翅片通用件圖樣，又具有尺寸系列化的性質，故將其命名為：翅片的“系列件”。

僅用一特殊的表達式就能代表翅片的圖樣，而不需再繪制專用件圖樣，因此實現了翅片零件的“數字化”設計，這也是將“三化”工作同編碼技術相結合，并使其在實際研制中得到應用。

2.2.2 翅片設計應用舉例

翅片設計的關鍵是確定翅片高度、翅片節距、翅片厚度、流道長、流道寬幾項基本要素尺寸，為能用毫米的整數倍示出各要素值，所以將翅片高度規格代號用翅片高度h毫米的10倍表示，是兩位數字；將翅片節距規格代號用翅片節距p毫米的10倍表示，為兩位數字；將翅片厚度規格代號用翅片厚度δ毫米的100倍表示，取3位數字，位數不足在前面加“0”補足3位。每一產品所需的翅片可能都不相同，但其翅片系列件標記代號形式是固定的，完全表達了構成翅片的各項基本要素。

譬如：高度h為6.5mm，翅片節距p為2mm，翅片厚度δ為0.12mm，流道長a為110mm，流道寬b為43mm，材料是3A21-O的鋸齒型翅片，用翅片系列件標記代號表示其翅片系列件的圖樣為CP-65JC20012-110×43-AO。

將翅片通用件制定成了多規格的系列件后，在產品開發設計時，設計人員只需按企業標準《翅片和封條系列件技術條件》的規定，將選好的翅片各項基本要素參數，以特定的翅片系列件標記代號形式填入產品圖樣明細表的“代號”欄內，即可確定所需翅片的尺寸、鋸齒型式、材料等。使新研型號產品可以直接沿用以往成功研制的傳熱結構、安裝結構、降低研制風險等，還可以直接采用相同標記代號的翅片零件，縮短研制、生產周期。

在生產過程中，主制車間工藝人員接到生產任務后，只需按翅片系列件標記代號所反映的信息，結合《翅片和封條系列件技術條件》中的相關技術條件，很快就能填寫出相應已模板化的翅片零件通用工藝卡，完成工藝編制工作。

翅片件的專業機械加工人員見到翅片系列件的標記代號后，僅需按相關參數對專用機床、刀具做適當的調整，新的翅片即能投入生產。即使是批量很少的翅片，也能很快加工出來，而不至影響進度、增加制造成本。

特別需要說明的是，若進行產品設計時，企業標準《翅片和封條系列件技術條件》中規范了的要素有其中任何一項不能滿足設計需求時，就不能使用翅片系列件的標記代號，仍須采用傳統的做法，單獨繪制翅片的專用件圖樣。

為使翅片系列件能在相關各部門都得到順利貫徹執行，在企業標準《翅片和封條系列件技術條件》制定過程中，充分召集相關單位和人員進行了多次認真的討論、反復征求意見和廣泛的宣貫。使翅片系列件的標記代號適用于產品設計、工藝分工、計調安排、物資采購、加工、檢驗、組裝等場合。

翅片系列件有了“專有的圖樣”，但又不需要實際繪制出來，生產中也不需要翅片系列件圖樣的流轉，這都得益于前期所做的大量統計、分析、歸納整理和宣貫等工作。現在參與翅片加工的相關人員，只要見到翅片系列件的標記代號即明白其含義，并能按部就班地開展生產、檢驗、入庫、交付等工作，從而完全實現了在整個設計、生產過程中的“無圖化”。

用上述開展翅片系列件的方法，同樣可以將熱交換器中的封條和隔板也制定成系列件，在此不再贅述。

2.2.3 熱交換器系列件應用情況

企業標準《翅片和封條系列件技術條件》已頒布多年，2009年我們又對該標準進行了修改、補充和進一步地完善工作，將熱交換器的隔板系列件也整理出來，以新企業標準《翅片、封條和隔板系列件技術條件》頒布、實施。

目前，這3類系列件已在一些新型號中得到應用。經統計：自2003年以來，已有126種代號的5 358個翅片、封條、隔板系列件，在新設計的11個機型的23項產品中得到了應用，其中：71張圖樣3 003件翅片系列件，52張圖樣2 326件封條系列件，2張圖樣29件隔板系列件。

2.2.4 熱交換器系列件應用成效分析

由于不需設計人員再繪圖，也不需中間周轉圖樣，將各翅片、封條、隔板系列件的標記代號直接傳遞到工藝、加工、檢驗等相關人員手中，各級人員即可按企業標準的相關要求進行各自的工作，直至系列件完成加工、檢驗、入庫等工作。這樣不僅減少了設計人員的工作量，還減少了曬圖人員的工作，降低了工藝人員編制工藝規程的復雜程度，尤其減少了諸如圖樣的曬制、下發、更改等中間環節中各類人員出差錯的幾率，提高了工作效率。

上述統計只是對熱交換器類產品中單套圖樣的統計，有些產品裝機時不只用一件，還有些產品已投產多批次。應用越廣泛，投產量越大，取得的效益越顯著。

如果產品設計時，不能貫徹和采用這些系列件，就必須一張張地繪制專用件圖樣，并經簽署生效后實施。正常的產品圖樣，從設計人員設計草圖開始，再經校對、審核、審定、工藝、標審等人員的認真校審，直到批準生效為止，要經歷一個較長過程，如果重復繪制相同的圖樣，不僅是對人力資源的浪費，還容易造成生產線上的混亂。況且繪制的圖樣和編制的工藝都要曬制，若將這些不需要重復繪制、曬發紙張的費用累加起來，將節省一筆不小的經費。

由于在熱交換器專業設計生產中實施了通用化、系列化、組合化（模塊化）的設計理念，并把通用件系列化，還將“三化”工作同編碼技術相結合，實現了翅片、封條、隔板的數字化設計和生產“無圖化”的過程。不僅減少了繪圖工作量，還提高了產品研制的標準化程度，原來幾乎為0%的標準化件數系數，現在普遍提高了60%；效果特別顯著的是為某重點型號研制的雙級散熱器，其零組件總數共有1 930件，其中有專用零組件402件，標準件68件，系列件1 460件，標準化件數系數達77.1%；若沒有制定并實施系列件設計，其標準化件數系數只有3.5%。

由于對翅片、封條、隔板尺寸進行了系列化工作，使得對開展各種尺寸、各種換熱型面熱交換器試驗參數的收集更具有意義，更便于開展不同換熱型面的換熱特性和阻力特性對比等研究工作，改善了換熱型面試驗數據收集不盡合理和不足的局面。

由于實現了設計數字化，并不用再出專用件圖樣，在實際生產中，有些管理人員和技術人員不能很快接受和適應，甚至會因將設計人員的一些工作量轉嫁到其他人員的身上而有意見。但總體來說開展系列件工作，減輕了絕大多數相關人員的工作量和工作總量，是非常有價值并廣泛推廣的。

3 結束語

綜上所述：開展鈑金、焊接件的通用化、系列化工作，進一步拓寬了“三化”工作的領域。將通用化、系列化工作同編碼技術相結合，實現了設計數字化、生產“無圖化”，是對“三化”工作和編碼技術應用的拓展，為航空產品深入開展“三化”工作開拓了一個新思路，開創了一種新方法。

開展通用件的系列化工作，是“三化”工作深入開展的眾多形式之一，如果我們各航空企業都能根據本單位產品的具體特點，采取不同的形式，進一步深挖開展“三化”工作的潛能，勢必將減少更多圖樣的繪制工作，避免更多同類產品設計中重復性工作和資源的浪費，避免技術狀態管理中人力、物力的更多消耗，從而降低整個航空領域產品研制、生產的成本，加快型號產品的研制進度。也將會使航空工業的“三化”工作更上一臺階，為促進產品質量的穩定、提高科研管理水平、促進技術進步、提高生產效率、縮短研制周期、提高經濟效益做出更顯著的成績。同時也能使企業標準化工作更具活力，有效提升標準化部門在企業中的地位。