關于建設民用航空發動機標準件/通用小零件數據庫的幾點思考

張寶嶺 高華

【摘 要】采用標準件/通用小零件是民用航空發動機在研發過程中提高設計效率、降低研發成本和風險以及實現型號系列化發展的重要手段之一。文中給出了關于民用航空發動機標準件/通用小零件數據庫建設的幾點建議，包括數據庫在多型號間的通用性、在多參研單位間的共享性、合理限制標準件/通用小零件的材料種類和尺寸規格、采用數字化和參數化建模以及注重在航空發動機研制過程中標準件/通用小零件的管理工作等，為民用航空發動機標準件和通用小零件數據庫的建設提供參考。

【關鍵詞】民用空發動機；標準件；通用小零件；數據庫

中圖分類號： TP391.72 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0044-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.019

【Abstract】The adoption of standard parts and general small parts is one of the important means to improve the design efficiency， reduce the R&D; cost and risk， and realize the serialization development of the civil aero engine. Some suggestions on the construction of standard parts and general small parts database for civil aviation engine are given in this paper， including commonality between projects， the sharing among the partners， the reasonable restriction of the material type and the size， the digital and parametric modeling and the management of standard parts and general parts adopted in aero-engine development ，which provide reference for the construction of standard parts and general small parts database for civil aero-engines.

【Key words】Civil Aero-engines； Standard Parts； General Small Parts； Database

0 前言

標準件是指其制造符合確定的國家或工業標準或規范的零件，其設計、制造和標識有統一的要求。通用小零件是指按圖紙生產滿足設計要求的小尺寸零件，如螺栓、螺母、膠圈、密封墊等。如果這些小零件在幾個部件或者幾個型號中都適用，則被稱為通用小零件。通用小零件一般以圖紙或者以企業標準件的形式存在。

航空發動機的研制被譽為工業皇冠上的明珠，其研制過程是一項復雜的系工程。在民用航空發動機研制過程中大量采用標準件和通用小零件是減少重復設計、提高設計效率、降低研發成本和風險以及實現型號系列化發展的重要手段之一。經驗表明，廣泛采用標準件可縮短產品設計制造周期25%～40%[1]。這也是國際上研制航空發動機的通用做法，以CFM56-7B為例，標準件/通用小零件約占總零件數的60%[2]。

1 我國標準件/通用小零件數據庫現狀

目前，國外的航空發動機研發單位如GE、羅羅和普惠等都有專有的標準件數據庫，并設置專人對數據庫進行管理和維護。數據庫的存在大大節省了設計人員的選用時間，對縮短設計周期、提高設計效率有很大的幫助[3]。

經過我國航空發動機幾代人的努力，“昆侖”發動機和“太行”發動機相繼設計定型[4]。但是在型號研制過程中，標準件/通用小零件的工作并沒有得到足夠的重視，使標準件/通用小零件工作較主機落后，沒有形成專門支撐航空發動機研發的、通用的標準件/通用小零件據庫。同時，國家級和工業級標準件存在著材料標準落后、設計結構不緊湊、系列化程度不高等問題。通用小零件存在著圖樣結構型式單一、尺寸規格和材料選用品種繁多、設計技術要素不統一、同一個構型在不同型號間重復編號等問題[2]。綜上所述，目前國內標準件/通用小零件尚不能滿足民用航空發動機研制的需求。

2 標準件/通用小零件數據庫建設要點

為支持民用航空發動機的研發就必須建設標準件/通用小零件數據庫，數據庫在建設過程中應著重考慮以下幾點。

2.1 數據庫的通用性

為滿足民用航空發動研制的需求，標準件/通用小零件數據庫需打破國內以“型號為主線”建設數據庫的習慣，應以實現“滿足民用航空發動機產品選用需求”為目標。由民機研制單位牽頭建設通用數據庫（見圖1），為多型號提供選用數據。進而提高民用航空發動機標準件和通用小零件整體水平。對數據庫進行統一維護和管理后，可減少各型號在標準件/通用小零件方面各自為政，管理混亂的問題。

2.2 數據庫的共享性

目前，國內民用大飛機和發動機的研制都參照了國際先進的管理經驗，采取了主制造商-供應商管理模式。標準件/通用小零件數據庫建設過程要考慮到這種管理模式對數據庫的要求，要通過項目協同平臺與供應商/合作伙伴建立起數據實時交互和共享的能力，以實現與合作伙伴利用協同平臺在同一個數據庫中進行標準件/通小零件檢索、調用和技術狀態管理等工作。

2.3 材料選用的要求

在國內以往航空發動機研制過程中，標準件/通用小零件選材一直存在著選材品過多，材料較老的問題。要想解決這個問題，應從以下兩個方面著手。

首先，在建設數據庫之初就應將標準件/通用小零件的選材至于型號材料的標準管理體系之下，把標準件/通用小零件的選材與主機研制需求保持高度一致，對選材的品種進行詳細要求。比如，限定在高溫部件的標準件/通用小零件以高溫合金材料為主。在低溫部件以不銹鋼的材料為主。如要達到減重的目的，可有針對性的選取鈦合金材料為主的材料。

其次，加快數據庫中標準件/通用小零件的新材料、新工藝的研發可整合內外資源，由民用航空發動機研制單位牽頭作為需求方，與供應商或者高校合作進行標準件/通用小零件的新材料和新工藝的研制工作，形成創新能力。使其研發步伐可以與主機研制保持一致，滿足主機研制的要求。

最后，標準件/通用小零件的材料標準盡可能采用國際通用標準。民用航空發動機與軍機研制的最大區別就在于要取得型號合格證即TC證。在取證過程中，如采用國際通用標準，由于標準可信度將會更高，將會更容易獲得局方認可，從而減少取證困難。

2.4 規格尺寸的選用要求

在建設數據庫時，應盡量減少標準件/通用小零件的規格尺寸，從源頭上減少選用的可能性，進而減少后期采購等方面的成本。以螺栓為例，應盡量都采用直徑為6、8和10的常用規格螺栓，減少或避免非常規尺寸螺栓的選用。

當然，在選材和規格尺寸上進行了限制，可能與其他方面的需求存在沖突，這就需要具體情況具體分析，進行綜合的平衡。例如，是否可將某機匣的聯接螺栓在滿足強度的前提下由MJ8和MJ10兩種規格改為MJ10一種規格，這就需要在增加重量帶來的新增成本和減少一種規格螺栓所帶來收益之間進行平衡。

2.5 數字化、參數化建模

民用航空發動機在研制過程中需要借用信息化手段提高設計效率。目前，國內多數航空單位都具備了三維建模、三維轉二維出圖的能力。在未來幾年，具備數據源唯一特點的基于模型的定義MBD（Model Based Definition）在國內也將逐步推廣。因此，標準件/通用小零件數據庫建設過程要考慮到主機研制的環境特點，在數據庫建設過程中要實現數字化建模，并統一建模要求和建模要素，減少合作單位之間因建模規則不統一而帶來的數據傳遞障礙，最終實現標準件/通用小零件數模在多單位和多型號之間的通用性。

同時應實現參數化建模，將拓撲結構相同的標準件/通用小零件建設成為由模型零件和尺寸參數表構成的數據集保存在數據庫里，需要時只需選擇零件模型和一組尺寸參數，程序就會根據用戶的選擇下載零件模型[1]。參數化建模可大大提高建模效率，也可實現標準件/通用小零件的系列化發展，參數化建模示意圖見圖3。

3 標準件/通用小零件的管理工作

數據庫的建立和使用僅僅是第一步，后續應在航空發動機研制過程中應對標準件/通用小零件工作進行嚴格管理。

首先，在項目之初應設定標準件/通用小零件在型號中占有比例目標，強制項目將該指標納入考核，并將指標分解到各設計單位，進而實現降低項目研制成本、減少研制風險的目的。

其次，在設計過程中采用動態管理方式，見圖4。定期由抓總單位對型號中標準件/通用小零件的使用情況進行清理，協同各參研單位合并尺寸規格相近、材料相近的標準件/通用小零件，以求減少標準件/通用小零件的種類。

最后，建議由主制造商負責統一采購標準件/通用小零件。目前國內航空發動機研制或者批生產后，標準件/通用小零件是通常由幾個主機制造廠根據各承擔的生產任務下訂單，各廠之間獨立采購導致采購量較少，使單機成本上升。同時供應商分散管理存在生產質量難以把控等問題，現在可通過統一采購解決上述問題。

4 小結

目前，標準件/通用小零件的水平是影響我國民用航空發動機研制的一個重要因素。本文提出了建設標準件/通用小零件數據庫幾點建議。另外針對數據庫中的標準件/通用小零件的材料和規格選用以及管理方面提出了建議，為民用航空發動機標準件和通用小零件數據庫的建設提供參考。

【參考文獻】

[1]鄭敏，楊旭，邱濤，等.航空標準件建庫技術研究[J].飛機設計，2010，30（2）：68-72.

[2]鄭冬梅，季江寧.航空發動機小零件的標準化實踐與數字化管理[J].科技視界，2016，06：95-96.

[3]郭曉慶.民用飛機標準件庫的建設[J].飛機設計，2016，36（3）：78-80.

[4]季江寧.提高空發動機小零件設計現代化水平之管見[J].航空標準化與質量，2008，204：34-38.