航空發(fā)動(dòng)機(jī)小零件的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐與數(shù)字化管理

鄭冬梅　季江寧

【摘 要】本文闡述了航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制中小零件標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)踐過(guò)程和經(jīng)驗(yàn)，提出了通過(guò)編制型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)小零件的通用化和系列化設(shè)計(jì)，逐步建立和完善發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件體系，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)件關(guān)鍵工藝問(wèn)題的研究攻關(guān)和重要試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。同時(shí)提出了標(biāo)準(zhǔn)件資源管理的數(shù)字化解決方案，從而促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)貫徹應(yīng)用和型號(hào)數(shù)字化研制。

【關(guān)鍵詞】航空發(fā)動(dòng)機(jī)；小零件標(biāo)準(zhǔn)化；型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)件在航空武器裝備中是通用化和系列化程度要求最高的零件，不僅影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、壽命，也對(duì)產(chǎn)品減重、提高產(chǎn)品可靠性、維修性、安全性等方面起著重要作用，是衡量武器裝備“三化”水平的重要指標(biāo)之一。目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件的關(guān)鍵問(wèn)題是沒(méi)有形成系列化標(biāo)準(zhǔn)體系，現(xiàn)有行業(yè)級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)不能滿足新一代發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)選用需求，需要發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位的需求，進(jìn)而提高型號(hào)小零件標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量。

1 小零件設(shè)計(jì)應(yīng)用情況分析

為整合多方資源，優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)的協(xié)調(diào)管理，縮短研制周期，新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)啟用了協(xié)同研發(fā)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件本來(lái)就基礎(chǔ)薄弱，大量具有通用特征小零件圖在企業(yè)內(nèi)部流通，無(wú)法形成規(guī)模效益，技術(shù)水平參差不齊，這種研發(fā)模式在運(yùn)行不成熟的初期更加限制了全機(jī)小零件通用化水平，小零件標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題成為發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中的突出問(wèn)題。

1.1 小零件應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1）標(biāo)準(zhǔn)化程度低：以某型發(fā)動(dòng)機(jī)我所承研部分設(shè)計(jì)出圖情況為例，小零件設(shè)計(jì)圖樣有908個(gè)圖號(hào)，單臺(tái)共計(jì)9737件，其中各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)件76種，單臺(tái)共計(jì)1454件，僅占全部小零件的14.9%，見(jiàn)圖1。

2）專(zhuān)用化設(shè)計(jì)：目前通用小零件圖樣結(jié)構(gòu)型式、尺寸規(guī)格和材料選用品種繁多，設(shè)計(jì)技術(shù)要素不統(tǒng)一，例如，橡膠密封圈材料有5080、FS6265、FX-2、FX-4等，很多材料沿用老機(jī)型，壽命達(dá)不到產(chǎn)品貯存期要求，耐高壓和耐高溫密封性不滿足要求，需要經(jīng)常更換。

3）重復(fù)設(shè)計(jì)：小零件設(shè)計(jì)主責(zé)單位基本根據(jù)單元體劃分，資源分散，依托于型號(hào)按類(lèi)別進(jìn)行獨(dú)立圖樣的設(shè)計(jì)與管理，各專(zhuān)業(yè)室溝通和資源共享渠道不暢，圖紙間存在大量無(wú)用差異，重復(fù)設(shè)計(jì)問(wèn)題嚴(yán)重，一方面造成很大的設(shè)計(jì)與管理上的資源浪費(fèi)，另一方面不利于工廠組織生產(chǎn)。

4）借用件比重大：在型號(hào)研制過(guò)程中，不同型號(hào)之間小零件的借用現(xiàn)象比較普遍，造成借用小零件的管理在不同程度上存在著交叉，為其技術(shù)狀態(tài)的跟蹤和協(xié)調(diào)管理帶來(lái)麻煩。

1.2 國(guó)外先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的小零件應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件體系較為完善，在CFM56系列發(fā)動(dòng)機(jī)中研制中采用了大量的AMS、AS、MS等行業(yè)級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)，配套了200多種結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，其成套性和協(xié)調(diào)性較好。以CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其小零件構(gòu)成情況見(jiàn)表1，小零件的標(biāo)準(zhǔn)化率高達(dá)62.5%。

小零件標(biāo)準(zhǔn)化已成為目前我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的一個(gè)突出問(wèn)題，為適應(yīng)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需求，需加快全機(jī)小零件通用化、系列化、規(guī)范化研究進(jìn)程，逐步建成并完善發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件體系。在行業(yè)級(jí)以上小零件標(biāo)準(zhǔn)體系不健全的情況下，依托型號(hào)研制，以現(xiàn)有小零件設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借鑒國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌規(guī)劃編制型號(hào)小零件標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、人力等方面的資源整合與共享，有序推進(jìn)全機(jī)小零件標(biāo)準(zhǔn)化，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的研制水平、降低發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研發(fā)與生產(chǎn)成本、縮短研制周期的目的。

2 型號(hào)小零件標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐

2.1 實(shí)施規(guī)劃

結(jié)合型號(hào)研制需求，分析梳理型號(hào)小零件設(shè)計(jì)圖樣數(shù)據(jù)，優(yōu)化系列，壓縮品種，淘汰老材料，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件品種規(guī)格進(jìn)行整合，初步確定標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)多輪分析迭代，核查上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾已有標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，剔除通用性不強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，合并可優(yōu)化整合的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，積極開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，提出新型標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，在平衡適用性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上統(tǒng)籌制定型號(hào)小零件標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施方案。

2.2 實(shí)踐過(guò)程

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)編制原則

為了保證協(xié)同研發(fā)模式下標(biāo)準(zhǔn)的可操作性和標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量，型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)的編制按如下原則開(kāi)展：

1）壓縮規(guī)格品種，整合設(shè)計(jì)資源；

2）基于上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)要素，避免未經(jīng)優(yōu)化的尺寸羅列，從標(biāo)準(zhǔn)的角度和要求出發(fā)，以滿足設(shè)計(jì)使用為目的，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化小零件標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)尺寸和規(guī)格系列；

3）技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)從國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中選擇，已有標(biāo)準(zhǔn)不滿足要求時(shí)補(bǔ)充編制配套型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)；

4）有分歧的技術(shù)要素的確定要經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2.2 關(guān)鍵問(wèn)題攻關(guān)

1）優(yōu)化系列，壓縮規(guī)格品種

按照型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)編制實(shí)施方案，在保證滿足設(shè)計(jì)、安裝、使用需求的基礎(chǔ)上，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)研制中小零件的結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行歸類(lèi)優(yōu)化（見(jiàn)表2），壓縮材料品種（見(jiàn)表3）。

2）關(guān)鍵技術(shù)要求和性能指標(biāo)確定

結(jié)合目前型號(hào)小零件設(shè)計(jì)實(shí)際情況，參考國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，對(duì)小零件技術(shù)要素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的理論設(shè)計(jì)；缺少設(shè)計(jì)依據(jù)時(shí)，參考先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合小零件設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，提出初步指標(biāo)設(shè)計(jì)原則和方法，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和改進(jìn)迭代后，形成標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)要求的性能指標(biāo)。

3）小零件關(guān)鍵工藝改進(jìn)

在標(biāo)準(zhǔn)討論和標(biāo)準(zhǔn)件鑒定試驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)件螺紋鍍銀技術(shù)、自鎖螺母材料熱處理與收口參數(shù)的關(guān)系、5次加溫加載試驗(yàn)不合格、螺紋粘接、螺栓螺母分解過(guò)程中由于粘接導(dǎo)致的螺栓斷裂等問(wèn)題，以及自鎖螺母鎖緊性能不能滿足高溫振動(dòng)試驗(yàn)要求的相關(guān)工藝問(wèn)題，控制標(biāo)準(zhǔn)件按規(guī)范要求達(dá)標(biāo)生產(chǎn)。

4）關(guān)鍵試驗(yàn)方法改進(jìn)

提高5次加溫5次加載試驗(yàn)、扳擰試驗(yàn)等關(guān)鍵試驗(yàn)的試驗(yàn)精度，參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，確定切實(shí)可行的試驗(yàn)方法，統(tǒng)一試驗(yàn)夾具和流程。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)件資源的數(shù)字化管理

新的小零件設(shè)計(jì)管理模式在應(yīng)用實(shí)施過(guò)程中必然會(huì)受到傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維和工作流程的制約，為了促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)貫徹和應(yīng)用，同時(shí)利于型號(hào)數(shù)字化設(shè)計(jì)的開(kāi)展，基于型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)資源開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)管理平臺(tái)，為標(biāo)準(zhǔn)的使用提出數(shù)字化解決方案。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)基于Teamcenter2007創(chuàng)建，在UGNX中調(diào)用運(yùn)行，利用該系統(tǒng)對(duì)型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件模型進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)，以方便設(shè)計(jì)使用為目的，數(shù)據(jù)庫(kù)定制有以下特點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)，加載方便，模型即調(diào)即用；

2）客戶端界面設(shè)計(jì)科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)化管理資源，信息引導(dǎo)性強(qiáng)，實(shí)用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于文檔性目錄，見(jiàn)圖2。

3）解析標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)要素，實(shí)現(xiàn)了合理的數(shù)字化解決方案，重新整合幾何和非幾何參數(shù)，提高信息識(shí)讀性和瀏覽效率；

4）實(shí)現(xiàn)面向標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)要素的搜索，執(zhí)行跨標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化搜索，融合標(biāo)準(zhǔn)間界限，提高查詢效率和設(shè)計(jì)效率，見(jiàn)圖3。

3 結(jié)論

編制型號(hào)專(zhuān)用小零件標(biāo)準(zhǔn)并提出標(biāo)準(zhǔn)資源管理的數(shù)字化解決方案，首先變革了小零件設(shè)計(jì)管理模式，滿足了新一代發(fā)動(dòng)機(jī)研制需要；其次促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)件工藝關(guān)鍵問(wèn)題的研究攻關(guān)和重要試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，從而提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量；最后，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件體系的的逐步建立健全，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)空白。

[責(zé)任編輯：王楠]