航空熱交換器“三化”工作實(shí)踐

李元喜 宋玉兵 孟翠玲 鞠豐姿

（南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211102）

眾所周知，在航空產(chǎn)品的研制階段搞好標(biāo)準(zhǔn)化管理工作，尤其是開展好通用化、系列化、組合化（以下簡(jiǎn)稱“三化”）工作，不僅能縮短產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)周期，降低研制費(fèi)用；而且可充分利用已有成果，降低研制風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)產(chǎn)品有效壽命、提高其可靠性；特別是產(chǎn)品在服役過程中，對(duì)簡(jiǎn)化其使用維護(hù)等后勤保障工作、節(jié)約保障資源、提高整個(gè)武器裝備的出勤率有很重要的戰(zhàn)略意義?！叭惫ぷ饕驯辉S多國(guó)家作為發(fā)展武器裝備的一個(gè)重要途徑。

1 以往開展“三化”工作的成功經(jīng)驗(yàn)

航空機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)及其附件，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)研發(fā)和生產(chǎn)的積累，各專業(yè)都形成了許多功能相近、外形相似、參數(shù)不一、用途迥異的系列化產(chǎn)品。早在上世紀(jì)70年代初，為解決研制任務(wù)多但生產(chǎn)批量少，研制周期長(zhǎng)、耗資大、經(jīng)濟(jì)效益不顯著的困擾，率先在伺服閥、舵機(jī)兩專業(yè)開展了通用化設(shè)計(jì)。制定、頒布了伺服閥系列產(chǎn)品和舵機(jī)系列產(chǎn)品通用零、組件圖樣；同時(shí)大力提倡在沒有合適標(biāo)準(zhǔn)件、通用件可采用的情況下，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員采用借用件；當(dāng)某些零件借用頻次多了，再將其升級(jí)為通用件。這些通用件和借用件圖樣已被許多型號(hào)任務(wù)廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)人員、工藝人員和相關(guān)管理人員的工作量，縮短了研制、生產(chǎn)周期，大幅降低了成本；同時(shí)加快了新產(chǎn)品的開發(fā)節(jié)奏，變型產(chǎn)品出現(xiàn)得更快，如某種型號(hào)的伺服閥，僅變型產(chǎn)品就有12種之多；并使伺服閥和舵機(jī)類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化件數(shù)系數(shù)得到很大提高?，F(xiàn)在新設(shè)計(jì)一種伺服閥從簽協(xié)議到提交成品多則半年，少則只需二、三個(gè)月的時(shí)間即可。

通過多年來“三化”工作的開展 ，有效減少了產(chǎn)品品種規(guī)格；提高了零、組件通用化程度，增強(qiáng)了產(chǎn)品的適用性，加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代速度，減少了設(shè)計(jì)人員、管理人員、工藝人員及操作工人的不必要重復(fù)勞動(dòng)，提高了產(chǎn)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(jīng)費(fèi)上效果尤為明顯?！叭惫ぷ髟谒欧y和舵機(jī)兩類產(chǎn)品的研制過程中結(jié)出了豐碩的成果。

經(jīng)過十多年的努力，“三化”設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)又相繼在渦輪冷卻器、燃油泵、機(jī)電軟件設(shè)計(jì)等專業(yè)推廣實(shí)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(yīng)用于新產(chǎn)品研制、生產(chǎn)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(jī)，得到了科研、生產(chǎn)、管理等諸方面工程技術(shù)人員的認(rèn)可。但與此同時(shí)也使“三化”工作面臨著新的困惑——“三化”工作除了在各專業(yè)廣泛推廣外，還有繼續(xù)深入開展的可能性和空間嗎？

熱交換器是環(huán)境控制專業(yè)中的一類支柱產(chǎn)品，這些主要由鈑金、焊接零組件構(gòu)成的熱交換器類產(chǎn)品，“三化”工作難以實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)化件數(shù)系數(shù)都很低，制約了專業(yè)的發(fā)展速度。我們不禁思考：難道即使是最基礎(chǔ)的通用化設(shè)計(jì)也不能開展，“三化”工作對(duì)這些鈑金、焊接類產(chǎn)品真的無計(jì)可施嗎？

有些技術(shù)人員也提出：在已完全實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)繪圖的現(xiàn)在，很容易實(shí)現(xiàn)將相同或類似零件的圖樣拷貝一份，給個(gè)新圖號(hào)即完成設(shè)計(jì)工作了，還有必要搞通用件圖樣嗎？甚至擔(dān)心：采用通用件、借用件后一旦有更改可能給自己造成被動(dòng)；也有的設(shè)計(jì)人員不想采用別人設(shè)計(jì)的圖樣，擔(dān)心在成果歸屬上有麻煩，或覺得采用了別人設(shè)計(jì)的圖樣會(huì)導(dǎo)致他人對(duì)自己設(shè)計(jì)水平的懷疑等思想障礙。

2.2 開展翅片通用化、系列化設(shè)計(jì)，“無圖化”生產(chǎn)的分析與實(shí)踐

2.2.1 翅片通用件的系列化設(shè)計(jì)分析與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化人員與設(shè)計(jì)人員、工藝人員、技術(shù)管理人員共同研究認(rèn)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(shù)量最多的零件，而它們的結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)通用化設(shè)計(jì)。

下面以其中的翅片為例，說明開展熱交換器類產(chǎn)品中翅片、封條和隔板等零件通用化設(shè)計(jì)，并將其系列化，以至最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、“無圖化”生產(chǎn)的過程。

經(jīng)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(jié)距、翅片厚度、流道長(zhǎng)、流道寬5項(xiàng)指標(biāo)；材料有鋁合金和不銹鋼兩種。

經(jīng)分類、整理，首先規(guī)定將這些基本要素分別用一些特定的符號(hào)來代替，形成下列各基本要素及其標(biāo)示代號(hào)表，如表1、表2和表3所示。

然后規(guī)定一個(gè)由上述標(biāo)示代號(hào)和一些輔助符號(hào)組成，按一定順序排列、書寫，且能表達(dá)出某一具體翅片基本構(gòu)成要素的表達(dá)式——CP-h□pδa×b-●，作為翅片的標(biāo)記代號(hào)。其中“CP”為“翅片”的代號(hào)，“□”為翅片型式代號(hào)的填寫處，“●”為翅片材料代號(hào)的填寫處；為使代號(hào)中的數(shù)字不出現(xiàn)小數(shù)的形式，而賦予各尺寸要素一個(gè)整數(shù)倍數(shù)字；最終確定翅片的標(biāo)記代號(hào)為：CP-10h□10p100δ-a×b-●。

表1 翅片型式分類及標(biāo)示代號(hào)

表2 翅片尺寸要素及標(biāo)示代號(hào)

表3 翅片材料及標(biāo)示代號(hào)

用此式能夠表達(dá)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(shè)計(jì)，因而該式具備了作為翅片通用件圖樣代號(hào)表達(dá)式的功能。

由翅片標(biāo)記代號(hào)可知，該式實(shí)際是翅片的通用表達(dá)式，能反映任意不同尺寸要素的翅片，從此設(shè)計(jì)人員不用再繪制翅片類零件的圖樣了。

但為避免設(shè)計(jì)時(shí)尺寸選取的隨意性，給生產(chǎn)帶來麻煩，我們又考慮是否能再進(jìn)一步將翅片的各尺寸要素進(jìn)行歸整，得到系列化的參數(shù)。

通過對(duì)翅片各尺寸要素的統(tǒng)計(jì)，再經(jīng)歸納、分析、刪減等工作，最終對(duì)每一尺寸要素都整理出了一個(gè)適當(dāng)分段的系列值譜，使翅片通用件的各尺寸形成了系列參數(shù)，并將其列于每一種翅片通用件圖樣中，推薦設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選用。只要將幾項(xiàng)要素適當(dāng)組合，很容易即能設(shè)計(jì)出不同的翅片零件，既滿足了翅片類零件的普遍通用化設(shè)計(jì)要求，又使其具有系列化的規(guī)格，具備了開展系列化設(shè)計(jì)的條件。

由于翅片的公差、熱表處理、檢驗(yàn)要求等信息，并不能通過上述標(biāo)示代號(hào)和特定的表達(dá)式反映出來。對(duì)此我們又開展了對(duì)各種不同種類熱交換器翅片在設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、檢驗(yàn)、交付等環(huán)節(jié)中所能遇到的技術(shù)問題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、歸納和深入研究，對(duì)普遍性的問題進(jìn)行了規(guī)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片和封條系列件技術(shù)條件》中，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)等各類相關(guān)人員提供工作依據(jù)，當(dāng)需要時(shí)，可以很方便地查閱和使用。

因?yàn)椴捎贸崞瑯?biāo)記代號(hào)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(zhì)，故將其命名為：翅片的“系列件”。

僅用一特殊的表達(dá)式就能代表翅片的圖樣，而不需再繪制專用件圖樣，因此實(shí)現(xiàn)了翅片零件的“數(shù)字化”設(shè)計(jì)，這也是將“三化”工作同編碼技術(shù)相結(jié)合，并使其在實(shí)際研制中得到應(yīng)用。

2.2.2 翅片設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例

翅片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定翅片高度、翅片節(jié)距、翅片厚度、流道長(zhǎng)、流道寬幾項(xiàng)基本要素尺寸，為能用毫米的整數(shù)倍示出各要素值，所以將翅片高度規(guī)格代號(hào)用翅片高度h毫米的10倍表示，是兩位數(shù)字；將翅片節(jié)距規(guī)格代號(hào)用翅片節(jié)距p毫米的10倍表示，為兩位數(shù)字；將翅片厚度規(guī)格代號(hào)用翅片厚度δ毫米的100倍表示，取3位數(shù)字，位數(shù)不足在前面加“0”補(bǔ)足3位。每一產(chǎn)品所需的翅片可能都不相同，但其翅片系列件標(biāo)記代號(hào)形式是固定的，完全表達(dá)了構(gòu)成翅片的各項(xiàng)基本要素。

譬如：高度h為6.5mm，翅片節(jié)距p為2mm，翅片厚度δ為0.12mm，流道長(zhǎng)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(biāo)記代號(hào)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(guī)格的系列件后，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片和封條系列件技術(shù)條件》的規(guī)定，將選好的翅片各項(xiàng)基本要素參數(shù)，以特定的翅片系列件標(biāo)記代號(hào)形式填入產(chǎn)品圖樣明細(xì)表的“代號(hào)”欄內(nèi)，即可確定所需翅片的尺寸、鋸齒型式、材料等。使新研型號(hào)產(chǎn)品可以直接沿用以往成功研制的傳熱結(jié)構(gòu)、安裝結(jié)構(gòu)、降低研制風(fēng)險(xiǎn)等，還可以直接采用相同標(biāo)記代號(hào)的翅片零件，縮短研制、生產(chǎn)周期。

在生產(chǎn)過程中，主制車間工藝人員接到生產(chǎn)任務(wù)后，只需按翅片系列件標(biāo)記代號(hào)所反映的信息，結(jié)合《翅片和封條系列件技術(shù)條件》中的相關(guān)技術(shù)條件，很快就能填寫出相應(yīng)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(yè)機(jī)械加工人員見到翅片系列件的標(biāo)記代號(hào)后，僅需按相關(guān)參數(shù)對(duì)專用機(jī)床、刀具做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，新的翅片即能投入生產(chǎn)。即使是批量很少的翅片，也能很快加工出來，而不至影響進(jìn)度、增加制造成本。

特別需要說明的是，若進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片和封條系列件技術(shù)條件》中規(guī)范了的要素有其中任何一項(xiàng)不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，就不能使用翅片系列件的標(biāo)記代號(hào)，仍須采用傳統(tǒng)的做法，單獨(dú)繪制翅片的專用件圖樣。

為使翅片系列件能在相關(guān)各部門都得到順利貫徹執(zhí)行，在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片和封條系列件技術(shù)條件》制定過程中，充分召集相關(guān)單位和人員進(jìn)行了多次認(rèn)真的討論、反復(fù)征求意見和廣泛的宣貫。使翅片系列件的標(biāo)記代號(hào)適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝分工、計(jì)調(diào)安排、物資采購(gòu)、加工、檢驗(yàn)、組裝等場(chǎng)合。

翅片系列件有了“專有的圖樣”，但又不需要實(shí)際繪制出來，生產(chǎn)中也不需要翅片系列件圖樣的流轉(zhuǎn)，這都得益于前期所做的大量統(tǒng)計(jì)、分析、歸納整理和宣貫等工作。現(xiàn)在參與翅片加工的相關(guān)人員，只要見到翅片系列件的標(biāo)記代號(hào)即明白其含義，并能按部就班地開展生產(chǎn)、檢驗(yàn)、入庫(kù)、交付等工作，從而完全實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)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(yīng)用情況

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片和封條系列件技術(shù)條件》已頒布多年，2009年我們又對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改、補(bǔ)充和進(jìn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)《翅片、封條和隔板系列件技術(shù)條件》頒布、實(shí)施。

目前，這3類系列件已在一些新型號(hào)中得到應(yīng)用。經(jīng)統(tǒng)計(jì)：自2003年以來，已有126種代號(hào)的5 358個(gè)翅片、封條、隔板系列件，在新設(shè)計(jì)的11個(gè)機(jī)型的23項(xiàng)產(chǎn)品中得到了應(yīng)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(yīng)用成效分析

由于不需設(shè)計(jì)人員再繪圖，也不需中間周轉(zhuǎn)圖樣，將各翅片、封條、隔板系列件的標(biāo)記代號(hào)直接傳遞到工藝、加工、檢驗(yàn)等相關(guān)人員手中，各級(jí)人員即可按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求進(jìn)行各自的工作，直至系列件完成加工、檢驗(yàn)、入庫(kù)等工作。這樣不僅減少了設(shè)計(jì)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(guī)程的復(fù)雜程度，尤其減少了諸如圖樣的曬制、下發(fā)、更改等中間環(huán)節(jié)中各類人員出差錯(cuò)的幾率，提高了工作效率。

上述統(tǒng)計(jì)只是對(duì)熱交換器類產(chǎn)品中單套圖樣的統(tǒng)計(jì)，有些產(chǎn)品裝機(jī)時(shí)不只用一件，還有些產(chǎn)品已投產(chǎn)多批次。應(yīng)用越廣泛，投產(chǎn)量越大，取得的效益越顯著。

如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，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(jīng)簽署生效后實(shí)施。正常的產(chǎn)品圖樣，從設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)草圖開始，再經(jīng)校對(duì)、審核、審定、工藝、標(biāo)審等人員的認(rèn)真校審，直到批準(zhǔn)生效為止，要經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)過程，如果重復(fù)繪制相同的圖樣，不僅是對(duì)人力資源的浪費(fèi)，還容易造成生產(chǎn)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(fù)繪制、曬發(fā)紙張的費(fèi)用累加起來，將節(jié)省一筆不小的經(jīng)費(fèi)。

由于在熱交換器專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中實(shí)施了通用化、系列化、組合化（模塊化）的設(shè)計(jì)理念，并把通用件系列化，還將“三化”工作同編碼技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了翅片、封條、隔板的數(shù)字化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)“無圖化”的過程。不僅減少了繪圖工作量，還提高了產(chǎn)品研制的標(biāo)準(zhǔn)化程度，原來幾乎為0%的標(biāo)準(zhǔn)化件數(shù)系數(shù)，現(xiàn)在普遍提高了60%；效果特別顯著的是為某重點(diǎn)型號(hào)研制的雙級(jí)散熱器，其零組件總數(shù)共有1 930件，其中有專用零組件402件，標(biāo)準(zhǔn)件68件，系列件1 460件，標(biāo)準(zhǔn)化件數(shù)系數(shù)達(dá)77.1%；若沒有制定并實(shí)施系列件設(shè)計(jì)，其標(biāo)準(zhǔn)化件數(shù)系數(shù)只有3.5%。

由于對(duì)翅片、封條、隔板尺寸進(jìn)行了系列化工作，使得對(duì)開展各種尺寸、各種換熱型面熱交換器試驗(yàn)參數(shù)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(duì)比等研究工作，改善了換熱型面試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集不盡合理和不足的局面。

由于實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字化，并不用再出專用件圖樣，在實(shí)際生產(chǎn)中，有些管理人員和技術(shù)人員不能很快接受和適應(yīng)，甚至?xí)驅(qū)⒃O(shè)計(jì)人員的一些工作量轉(zhuǎn)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(shù)相關(guān)人員的工作量和工作總量，是非常有價(jià)值并廣泛推廣的。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述：開展鈑金、焊接件的通用化、系列化工作，進(jìn)一步拓寬了“三化”工作的領(lǐng)域。將通用化、系列化工作同編碼技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)“無圖化”，是對(duì)“三化”工作和編碼技術(shù)應(yīng)用的拓展，為航空產(chǎn)品深入開展“三化”工作開拓了一個(gè)新思路，開創(chuàng)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(yè)都能根據(jù)本單位產(chǎn)品的具體特點(diǎn)，采取不同的形式，進(jìn)一步深挖開展“三化”工作的潛能，勢(shì)必將減少更多圖樣的繪制工作，避免更多同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中重復(fù)性工作和資源的浪費(fèi)，避免技術(shù)狀態(tài)管理中人力、物力的更多消耗，從而降低整個(gè)航空領(lǐng)域產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的成本，加快型號(hào)產(chǎn)品的研制進(jìn)度。也將會(huì)使航空工業(yè)的“三化”工作更上一臺(tái)階，為促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定、提高科研管理水平、促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、提高生產(chǎn)效率、縮短研制周期、提高經(jīng)濟(jì)效益做出更顯著的成績(jī)。同時(shí)也能使企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作更具活力，有效提升標(biāo)準(zhǔn)化部門在企業(yè)中的地位。