魚骨圖法在某型飛機發動機運行失效的研究

韓經偉　李軍祥

摘 要：飛機發動機維修過程中的質量問題會導致發動機空中運行失效，進而嚴重影響航空飛行安全。如何確定飛機發動機空中運行失效，消除發動機維修過程中的質量問題以及杜絕該類運行失效問題再次發生是文章研究的目的。應用質量方法中的帕累托圖法，找出D公司交付的60臺該型飛機發動機空中運行失效的主要問題，應用頭腦風暴法分析這些主要問題各種可能的成因，再應用魚骨圖法對這些主要問題的成因展開分析。最終得出關鍵部件中央通氣管（CVT）的質量表現對該發動機運行失效有直接的影響。對中央通氣管的檢測、裝配、產品審核制定全方位的質量管理以及對該型號發動機空中運行失效問題的消除提供了參考。

關鍵詞：飛機發動機；運行失效；質量問題；魚骨圖；中央通氣管

中圖分類號：V 232.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7312（2018）02-0225-06

Abstract：Quality issues of aircraft engine maintenance can lead engine shutdown in flight and have impact on air safety of airlines seriously.This paper is to confirm and eliminate the quality issues of engine in flight running failure and prevent the reoccurrence of engine failure in flight.The Pareto diagram was utilized to find out the main problems of 60 delivered engines in flight running failure；brainstorm method was used to analyze all kinds of possible reasons，and Fishbone diagram to analyze these main reasons，which cause the engine shutdown in flight.The analysis results show that the quality performance of center vent tube（CVT）in the engine key components has direct influence on the engines in flight running，which offers references for formulating the totally quality management guidance of CVT inspection，installation and external product audit and eliminating the quality issues of the engines in flight running.

Key words：aircraft engines；flight running failure；quality issues；fishbone diagram；center vent tube

0 引 言

民用航空發動機維修業是當前民用航空工業為保障飛行器飛行安全的一項重要產業，為航空公司飛機安全穩定運行提供必要的產品技術保證。航空發動機維修作為航空公司必要的維護工作，其航材管理部門會定期將其管理的飛機發動機送至發動機制造公司指定的授權維修單位進行飛機發動機維修和保養工作[1-2]。

飛機發動機維修質量的優劣關系到航空公司飛行安全、航空公司的商業利潤和維修公司的訂單收入等相關經濟效益[3]。當前國內機械工業制造領域謝火瓊等人[4]運用質量管理魚骨圖法分析和優化汽車發動機缸體的鑄造條件，成功實現了某汽車發動機缸體鑄造公司故障率的顯著性下降。王浩琦等人[5]對超速試驗機主軸進行了模態分析，較全面地分析了整機的振動特性。國內航空業孟凡斌[6]從航空發動機型號故障管理的實際工作需求出發，在事前預防，事中控制和事后處置3個方面制定了發動機故障精細化管理的具體措施，運用流程精細化管理理念，質量魚骨圖分析法在大推力渦輪風扇發動機故障處置中收效明顯。蔣成姣等人[7]研究了汽車零件裝配連接方式設計對裝配效率的影響。中國工程院院士向巧[8]在軍用飛機發動機維修工程質量管理領域中運用質量控制和質量審核方法對發動機維修可靠性進行管理。孫奕杰等人[9]在航空器設計、制造流程中建立魚骨圖模型分析了航空器設計制造等單位故障和缺陷的原因。羅勇等人[10]研究了質量管理方法在航空發動機附件制造企業的應用。Arie Wibowo等人[11]在航空發動機大修企業中使用相關的質量工具在產品服務體系、維修質量競爭力等方面來預防維修差錯。同時，國外民航維修業早已在質量分析中開展魚骨圖方法的應用，SergiyDmitriev等人[12]提出魚骨圖在技術流程和質量控制中的研究和應用，民航發動機維修企業德國漢莎技術公司（LHT）Joern Kraft等人在發動機維修經濟性上提出使用魚骨圖法提前分析判斷發動機的在翼狀態[13]，對其進行質量維修監控。民用航空發動機維修質量管理是一項科學系統的工程，如何最大限度的降低維修質量事故，防止出現發動機運行失效事件，不僅僅是航空監管部門的工作重心，同時在國內外企業界、學術界等都是值得關注和研究的。

研究基于S航空公司送修D公司的某型飛機發動機，維修后出現運轉失效等質量問題，該質量問題直接導致飛機發動機空中停車，D公司為解決該質量問題采用了相應的方法和對策。運用質量工具里的柏拉圖法進行產品質量問題排序，運用分層圖法明確問題等級，運用魚骨圖方法重點分析質量問題，找出該型號飛機發動機空中運轉失效的成因，對民用航空發動機維修企業具有比較實際的參考意義。

1 問題事件回溯

2016年1月至2017年1月D公司陸續交付S航空公司某型航空發動機共計110臺。2017年3月至5月陸續收到S航空公司飛行機組報告的60臺該型號發動機空中運轉失效故障報告，相關受影響的航班降落機場后，經地面勤務人員檢查發現該發動機附件傳動齒輪箱（AGB）磁屑探測器磁性堵頭區域有大量金屬屑，低壓渦輪（LPT）后軸收油池底部也有大量金屬屑，外觀檢查發現連接部位的管路有滑油滲漏現象，該批次的發動機空中運轉失效故障率為54.5%.該問題直接造成發動機運轉失效，S公司當即停止了D公司該批次交付的發動機后續的航班飛行任務，此事件造成S公司大量航班延誤和停場。S航空公司決定返廠維修故障發動機，并責令D公司開展問題事件調查。D公司收到該批次發動機后當即啟動發動機質量問題調查，成立D公司質量問題調查組以解決該批次發動機運行失效問題。

在質量調查過程中，需要獲取質量問題的統計數據，針對此項客戶直接報告的發動機故障，由于事件突發，無法在第一時間內準確判斷問題的根本原因。于是即從D公司發動機維修流程所有環節和步驟開始，逐一進行數據收集和分析。本次事件采用質量管理領域常用的質量工具進行分析，使用的理論工具有：調查表法，分層法，排列圖法，因果圖法，散布圖法，直方圖法和控制圖法。

2 問題分析采用的方法

2.1 質量問題分類方法

分層法是把比較復雜的數據、資料進行整理，根據使用目的的需要，進行系統性的分門別類整理以方便后續的分析。分層法為問題的調查提供了數據支撐。排列圖法是將統計分類的數據以問題的原因、問題發生的現象進行系統的分類。在文中，問題的直接表現即飛機發動機空中運行失效。由于飛機發動機結構的復雜性，維修過程，維修工藝的不同，發動機工作環境的變化等，導致運行失效的原因眾多。典型的因素包括人的因素、機器的因素、材料的因素、技術和方法的因素、環境因素等。通常情況下，這些因素的綜合作用影響產品最終的質量表現。

查閱在2016年1月至2017年1月期間，該型號發動機D公司維修過程中的每一個維修流程和操作步驟資料，并收集S公司報告的60臺空中停車失效發動機的質量問題表現、資料和相關數據，以確定問題程度和類別。表1列出了2016年1月以來該型號發動機失效問題出現的故障反饋現象。

從表1可以看出，空中停車后的發動機檢查發現的問題表現形式有中央通氣管CVT（Center Vent Tube）磨損，低壓渦輪油氣分離器脫離，附件齒輪箱軸承移位等。圖1是該型發動機質量問題表現的柏拉圖。

從表1和圖1可以看出，造成D公司維修發動機空中停車的主要問題為中央通氣管CVT磨損和油氣分離器脫離，占到了發動機故障總不良率的75%.

低壓渦輪油氣分離器和中央通氣管CVT末端在發動機構造上是相互連接的，油氣分離器的安裝差錯有可能導致CVT末端產生磨損，如圖2磨損的中央通氣管和圖3破損的油氣分離器即中央通氣管末端與油氣分離器安裝問題導致的雙部件損傷。

2.2 質量問題分析方法

魚骨圖是一種發現問題根本原因的方法，用形象的圖來表示問題和原因之間的關系。在使用魚骨圖分析時，大家通過“頭腦風暴法”，從人、機、法、料、環5個維度來分析原因，稱之為要素型魚骨圖分析法。分析導致問題可能產生的原因后，再分析導致問題可能產生的主要原因，最后從最重要的原因開始處理，并從根本上解決問題。但是，運用頭腦風暴法分析問題時，需要滿足如下幾個前提條件。

1）問題的分析調查盡可能做到細致全面。如果分析過程有遺漏不全面，會出現比較大的疏漏，丟失一些問題發生的重要原因。

2）頭腦風暴法的參與人員需要對產品的維修流程有較為熟悉的認知。針對發動機產品結構，修理工藝技術，生產作業流程，對分析人員的工作經驗要求很高，在本次質量問題調查組成員的選擇上，需要選取相關部門的核心技術管理人員參與。

3）該方法的使用范圍適用于制造業產品生產過程的控制管理。其他不同類型的行業企業在應用該方法分析時需根據實際情況選擇是否使用。

結合D公司自身實際，文中采用的方法是以質量問題產生的原因為主線的功能型魚骨圖分析方法。

在D公司交付的該型號飛機發動機中，通過在各個不同工作部門運用頭腦風暴法，組織各相關部門核心技術人員和生產管理人員開展質量問題的原因分析和討論，集體分析可能的成因，列舉出所有的直接原因以繪制相應的功能型魚骨圖。

3 問題原因分析

3.1 中央通氣管CVT磨損問題產生的原因

該型號飛機發動機在構造上是中央通氣管前端與風扇單元體螺帽連接，中央通氣管后端與低壓渦輪油氣分離器固定卡槽口連接。中央通氣管在裝配過程中人員操作不規范，組件安裝連接不到位等裝配差錯極易導致中央通氣管鎖緊力矩值不足，使得卡槽連接口脫離，發動機在高速高頻振動的工作環境中，造成中央通氣管與油氣分離器磨損，進而出現滑油滲漏，發動機空中運轉失效的情況。D公司質量問題調查小組對該批次中央通氣管CVT磨損的發動機進行拆解檢查發現，在公司內部組裝的中央通氣管CVT出現磨損的主要原因有兩個：一是發動機風扇前端螺帽與中央通氣管前端未完全連接，二是油氣分離器固定卡槽口在發動機軸向上產生移動。

3.1.1 發動機風扇前端螺帽未完全連接至中央通氣管

該質量問題出現的原因是操作人員裝配過程不符合該型號發動機組裝工藝標準。適航資料文件即發動機維修手冊明確要求在該組裝步驟中需要注意中央通氣管前端連接的風扇螺帽旋緊力矩值不得低于300磅/英寸，而D公司工程部門下達的工作指令和工作單卡在該操作步驟中描述不清晰，未要求操作人員記錄鎖緊力矩值，容易造成操作人員在關鍵步驟疏漏。從中央通氣管端面連接的幾個主要部件來看，風扇單元體鎖緊螺帽是中央通氣管CVT連接的重要部件，該安裝步驟的操作流程對CVT是否正確安裝，CVT是否出現磨損有較為直接的原因，對該步驟質量問題原因標注于魚骨圖3中。

3.1.2 油氣分離器和中央通氣管CVT脫離

發動機在運行過程中，風扇葉片沿圓周方向徑向旋轉，中央通氣管也在同方向上隨之旋轉，CVT后端的油氣分離器通過固定卡槽與之連接，也隨之產生軸向運動。如果中央通氣管和油氣分離器安裝不到位，槽口未完全固定，會使得油氣分離器隨著發動機的高速運轉逐漸脫離出中央通氣管后端的連接卡槽，進而產生小間隙的徑向位移，油氣分離器的小間隙徑向位移隨著飛機發動機高頻振動，最終導致油氣分離器同CVT管路后端連接卡槽口出現高頻度的磨損，即磨損發生。槽口未固定的原因就從安裝連接槽口的操作步驟分析，可以從安裝工具的使用，工裝夾具，操作人員技能經驗等方面分析，可能原因標注于魚骨圖3中。

3.1.3 航材質量問題

該型發動機組裝過程中會有部分中央通氣管來源于外部采購，航材供應商的產品本身質量是否可靠在D公司操作人員組裝時無法確定，由于航空維修體系采取產品放行的文件審核模式，從外部供應商采購的中央通氣管在放行證書齊全的條件下被直接安裝于發動機內部，即采購航材的即時使用。調查該問題批次的發動機來自外部采購的中央通氣管，發現部分中央通氣管在供應商處有過產品翻修記錄，對管路的卡槽有執行過熒光滲透無損檢測工藝，但檢測報告并未詳細說明該部位的缺陷情況，

而該卡槽部位即為發生磨損的失效連接處，QC小組質量成員通過對該航材供應商的審核發現該供應商修理能力不健全，技術資料缺失，維修設備老化等。現將供應商的問題原因標注于魚骨圖3中。

通過對安裝過程中的兩個不同連接部位的操作步驟審查和中央通氣管外部維修供應商的質量審核和問題調查，可以看到質量改進后的該型發動機中央通氣管運轉狀態如圖4所示，連接處的卡槽構型和外觀正常，無損傷。

3.2 問題產品流出的原因

S航空公司的飛機發動機各部件在D維修公司分解后，拆解部件中央通氣管CVT和油氣分離器，需經BX & CX（主檢&終檢）零部件產品檢驗部門對產品進行檢查。重點檢查區域是中央通氣管安裝部位的槽口，在目視檢查無明顯外觀損傷，安裝槽口尺寸不超過發動機維修手冊規定標準等檢驗條件下方可運送到航材接收部門，進而完成發動機可用件入庫流程。如果BX&CX檢驗部門檢測到中央通氣管有外觀缺陷或連接處的槽口尺寸超標，槽口尺寸不符合發動機維修手冊中要求的可用零部件尺寸范圍，檢驗部門就不能將產品運送到航材可用件存儲區域。因此，需要分析是什么原因造成問題產品的流出。通過分析找到可能的原因有檢驗人員漏檢、檢驗操作工作單卡、檢驗人員主觀判斷等。將這些原因繪制到產品檢驗過程的功能型魚骨圖5中。

對功能型魚骨圖3和圖5分析的原因進行匯總，并在工作現場逐一調查驗證。驗證發現：由于中央通氣管CVT部件在D公司總機組裝車間的不規范安裝，產品檢驗漏檢，該部件外部送修廠家修理流程質量逃逸等問題是導致該型號飛機發動機空中停車的主要原因，對該類產品相關質量問題提出糾正措施，從質量問題的類型、產生的原因、如何改正等方面進行詳細的說明，相關的改正措施見表2.對整改方案進行為期3個月的落實，對BX & CX檢驗部門制定檢驗標準操作規程。如圖6所示，改進后的檢驗部門操作規范，在安裝前的低壓渦輪后收油池中央通氣管CVT外徑進行水平度測量，后收油池異物目視檢查，中央通氣管后端間隙檢查，同時在安裝前對油氣分離器連接處進行尺寸檢查，使其符合安裝尺寸標準。

在飛機發動機安裝操作方面，檢查基于魚骨圖3和圖5的質量原因分析整改方案在D公司內的執行情況，對中央通氣管的裝配步驟逐條分解細化，工程部門制定出可操作性的工作單卡和工程指令，對連接部件的力矩值，裝配工裝工具的使用規范和檢驗人員關鍵尺寸的測量等工作步驟上給出明確具體的要求，做到操作人員，工作資料和工具設備無偏差，準確施工維修，對承接中央通氣管修理業務的外部供應商加強產品質量檢驗要求，督促其完成并落實D公司對其質量問題審核項目的整改。

在此期間，對新出廠交付S航空公司客戶的30臺該型發動機的運行情況跟蹤調查，未收到S公司報告的該批次飛機發動機空中停車故障，飛行中機組人員未發現發動機低滑油壓力、高滑油溫度等故障信息，機場地面維護人員未發現該型號發動機低壓渦輪后收油池連接CVT的管路和油氣分離器的金屬殘渣、金屬屑，檢查附件齒輪箱磁屑探測器現實正常無異物。對交付的發動機在航線機庫對發動機低壓渦輪后收油池和CVT末端進行內窺鏡孔探檢查（BSI）和局部拆解檢查，中央通氣管CVT顯示正常無磨損，未見明顯異常，總體發動機空中停車故障率為0.

4 結 論

飛機發動機維修過程涉及到操作人員，裝配技術，修理工藝等不同的操作流程。中央通氣管CVT對發動機維修后的產品運行起到關鍵作用，由于其獨特的構型（CVT與發動機前端風扇單元體和后端低壓渦輪油氣分離器分別相連），裝配差錯或產品缺陷將直接導致發動機多個部件損傷乃至失效，引起一系列連鎖反應。只有良好的產品才能保證發動機空中運行可靠無故障。在本次QC小組質量調查行動中，使用帕累托圖確定了發動機空中運轉失效的主要問題表現分別為中央通氣管CVT磨損和油氣分離器脫離。結合該型號發動機工作原理、發動機構造原理、發動機維修手冊等技術資料，運用頭腦風暴法集合專業人員綜合分析了中央通氣管和油氣分離器受損的各種可能成因。再利用魚骨圖法推導出關鍵部件中央通氣管在發動機裝配后受損的直接原因。分析發現：對發動機運轉失效影響較大的質量因素為中央通氣管的檢測、裝配等操作步驟以及直接采購的中央通氣管。對此開展質量督查整改行動，使D公司在維修規范，維修技術標準上滿足適航要求，同時嚴格管控航材供應商，確保了采購的產品質量穩定。

文中基于魚骨圖法研究D公司交付的運行失效的發動機質量問題，得出了質量問題的根本原因并建立有效的產品質量管理方案，徹底消除了關鍵產品安裝差錯和關鍵產品質量缺陷隱患。對該型號發動機維修流程可靠性和同類發動機維修公司關鍵產品的質量管理提供了較好的經驗，為D公司減少返工經濟損失200多萬美元，保證了D公司的后續維修訂單業務，取得了較好的S航空公司客戶滿意度。

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（責任編輯：王 強）