飛機零件標準化的設計思路和應用價值

周忠斌

【摘 要】根據飛機結構零件設計現狀和特點，提出了在飛機結構設計中將典型零件轉化為標準零件的構想，給出了標準零件的設計思路，最后總結了應用標準零件的優點和作用。

【關鍵詞】飛機零件；標準化；設計思路；應用價值

【Abstract】The current situation and features of aircraft part design are introduced. The idea of standardized part replace to typical part is put forward in aircraft structure design. Design solution of standardized part is given. The advantages and functions of standardized part application are summarized at last.

【Key words】Aircraft part； Standardization； Design solution； Application value

0 引言

在飛機設計領域，一般的飛機結構設計流程中，根據構型管理要求，每個零件都需獨立編號以區分構型。整架飛機機體結構中零件數量達到數十萬個，零件設計花費時間長，人力成本高。每個零件都需表達所有的制造要素，信息量大，極易造成人為設計錯誤。同時大量的零件種類還大大增加制造和管理成本。

在工業設計中，標準化程度越高，設計生產效率就越高。標準化的思路在一些領域已經有探索應用和發展，并收到了顯著效益[1]。飛機系統設計中采用了大量標準零件，如標準連接器、插頭、卡箍、線纜支撐桿、開關等，標準零件的使用增加了設計便捷性，提高了設計效率。在一般飛機結構設計中，大量使用了標準緊固件[2]，標準緊固件使用方便，設計效率高，由標準部門統一管理，減輕了設計人員的負擔。

飛機機體結構內，在同一功能區域（如增壓氣密機身區、機翼油箱區），存在大量類型相似的具有典型特征的典型零件，如框腹板面剪切角片、長桁對接接頭、框緣條的連接帶板、系統支架、地板支撐件、拉桿、觀察窗、地板面板等，此類零件具有尺寸小、用量大、分布廣、安裝位置類似、受力特性相近等特點，具有替換為標準零件的可能性，因此在商業飛機結構設計中探索一種便捷高效的零件標準化模式，將典型零件轉化為標準零件成為一個新課題。

1 零件標準化設計的基礎

標準化設計的基礎是模塊化設計，模塊是組成標準化設計產品的基本單元，模塊化設計是解決復雜系統問題的有效方法。模塊化設計的特點不是面向單個產品，而是面向整個產品系統。模塊化就其產品結構而言，是結構典型化、部件通用化、參數系列化、裝配組合化的綜合體。模塊是部件級（總成）及子系統級的通用件，由模塊可以直接構成整機以至大的系統，從而在更高層次上實現優化簡化[1]。在當今全基于MBD的全三維數字化建模設計技術的潮流下[3]，飛機制造商采用全三維數字化、模塊化概念進行設計，標準零件的應用將完全符合結構典型化、部件通用化、參數系列化、裝配組合化的概念與要求。

2 零件標準化設計的設計思路

飛機零件標準化設計思路可以分以下步驟進行：

1）在飛機結構設計初期，即初步設計階段，根據打樣設計數模，進行全機零件共通性分析，梳理出可以進行標準化的目標零件。

2）針對目標零件，進行參數化三維建模。根據零件使用環境要求、功能要求、性能要求、受載工況條件、尺寸要求、壽命要求、工藝要求等因素進行分析計算評估，最終確定零件外形尺寸、公差，明確使用的緊固件牌號及位置、材料及毛料尺寸、加工工藝等制造要素，完成零件定型。

3）在零件的長度、寬度、厚度等因素中選擇最具有代表性的敏感要素，對其進行系列化設計，形成一整套系列標準零件產品。

4）對系列標準零件產品進行分析校核與試驗驗證，明確每種零件的承載能力和使用限制條件等技術參數。

5）賦予每個零件標準件代碼和編號，經局方認可批準，納入標準件庫，并發布產品規范。

6）招標確定合適的供應商，制造試驗件進行合格鑒定試驗，發放合格證，發放工程批準書。

7）飛機設計人員根據需要在標準庫直接選用發布的標準零件。

8）制造商向合格供應商采購標準零件，完成入廠、復驗、入庫后直接裝機。

值得注意的是，標準零件裝機后不允許對其進行任何更改。否則引起構型變化，需要重新評估。

3 標準零件的應用價值

標準化設計是當今世界工程設計領域技術發展的一個潮流，在飛機研制中推廣采用零件標準化設計，具有如下幾方面應用價值：

3.1 降低成本，提高生產效率，提高生產質量

由于零件標準化設計使用了大量通用化、模塊化、系列化材料和設備，減少了材料和設備采辦的種類，可以實現批量訂貨和批量生產，降低成本，提高生產效率。生產要素和工作流程更加容易固化和標準化，使施工組織和過程監督更加規范、到位，從而提高了零件制造質量，避免大量超差。

3.2 縮短飛機設計周期，提高設計效率。

標準零件的設計及驗證工作提前或同時于飛機設計周期進行，發布的標準零件可以直接引用，縮短飛機結構設計周期，在某型飛機結構設計過程中，機身部段內大量采用某種標準零件，該標準零件的使用率達到了40%以上，在飛機全三維模塊設計過程中只需選取合適的標準零件并進行裝配即完成了設計數模，提高了模塊設計效率，整個設計周期比以往縮短了三分之一以上。在工程更改中，涉及到使用不合適的標準零件，只需重新選取新標準零件替換，無需單獨重新設計新零件，工程更改效率提高。

3.3 可減輕勞動強度，保證設計質量

標準零件由專人統一設計發布，不需要設計人員二次加工設計，減少設計人員低水平的重復勞動；減少大量重復的質量控制過程；減少設計中常出現的錯、缺等質量事故。

3.4 降低成本，節省時間，提高飛機制造裝配效率

采用標準零件后，制造商直接批量訂購，對制造商節省模具生產、準備工藝和生產制造的時間和成本。在飛機研制周期嚴重緊張的情況下，啟動風險采購，與結構設計并行同步，為保證研制進度創造了條件。在某型飛機研制中采用標準零件，在設計人員設計數模圖紙的同時同步啟動風險采購，在飛機設計數模發布后直接使用裝機，研制周期比一般縮短了30%以上。

3.5 方便員工培訓和后期運行及維護

由于采用標準零件，可以統一工藝流程和設備選型，實現了操作規程的一致性、生產備件的通用性，方便了員工培訓，使生產更加容易操作和管理。在飛機航線運行后，備件種類和數量減少，節省了成本。

4 結論

飛機零件標準化源于設計，但惠于飛機設計、制造、裝配、試驗試飛、適航取證、運營維護等整個研制階段和全生命周期，能為實現飛機設計成功、制造成功和商業運營成功提供有力支撐，對飛機制造商非常值得嘗試和發展應用。

【參考文獻】

[1]孫鐵民，等.創新設計理念.推進標準化設計.石油規劃設計[J].2009，20（6）：1-4.

[2]崔明慧.波音737飛機緊固件的應用研究[J].航空制造技術，2013（13）：96-99.

[3]劉俊堂.全三維飛機設計技術及其應用[J].航空制造技術，2010（18）：68-71.

[責任編輯：王偉平]