張學(xué)濤,邢向楠,周世鋒,李少壯
(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所,北京100095)
計量測試是民機(jī)工業(yè)重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一,在保證民用飛機(jī)產(chǎn)品參數(shù)的測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和量值統(tǒng)一方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。民用飛機(jī)產(chǎn)品區(qū)別于一般工業(yè)產(chǎn)品最顯著特征是適航審定,適航審定特別注重對產(chǎn)品研制過程的參數(shù)量值控制,要求產(chǎn)品測量參數(shù)必須通過可靠的量值溯源渠道統(tǒng)一到國家計量基準(zhǔn)。
大型民用飛機(jī)具有全球化采購、國際化協(xié)作的技術(shù)特點,是眾多研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)共同參與的高難度大會戰(zhàn)。為確保不同承制單位提供的零部件或系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)測得到、測得準(zhǔn)、測得可靠、量值統(tǒng)一,同時又能滿足適航符合性驗證對數(shù)據(jù)的有效性、可溯性要求,有必要以民機(jī)產(chǎn)品參數(shù)為切入點,系統(tǒng)梳理相關(guān)測試試驗設(shè)備的量值溯源渠道和方法,研究構(gòu)建面向產(chǎn)品測量需求的參數(shù)量值溯源體系。
當(dāng)今,民用航空制造業(yè)的兩大巨頭波音、空客在各自國家政府的支持下,不僅建立了完備的研發(fā)制造技術(shù)體系,還建立了包括產(chǎn)品參數(shù)性能驗證與評價的量值溯源體系。民用飛機(jī)發(fā)展得到了完整的工業(yè)技術(shù)體系支撐。
由于各類通用/專用測試設(shè)備和綜合試驗系統(tǒng)是產(chǎn)品適航符合性驗證的關(guān)鍵技術(shù)支持,出于對企業(yè)核心利益保護(hù)的考慮,波音、空客公司始終對測試試驗手段及其量值溯源能力嚴(yán)格管控,具體細(xì)節(jié)很少對外公開。在量值溯源工作方面,目前只能從民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)、對外合作引進(jìn)等渠道了解到一些信息。
例如,波音集中大批優(yōu)秀工程技術(shù)人員,根據(jù)飛機(jī)或產(chǎn)品設(shè)計時提出的要求,設(shè)計出符合飛機(jī)各個系統(tǒng)或產(chǎn)品性能要求的專用測試試驗設(shè)備,這些設(shè)備大多在本公司生產(chǎn),也有一些在美國或其他國家的專門廠家生產(chǎn),但最后的校準(zhǔn)工作都在波音公司進(jìn)行,并由專門人員統(tǒng)一校準(zhǔn)程序,以確保量值可控。
又如,在國內(nèi)企業(yè)承接波音公司的民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過程中,美方始終堅持部分關(guān)鍵測試設(shè)備和計量標(biāo)準(zhǔn)需向波音計量中心量值溯源。在天津的空客總裝基地也存在類似的狀況,部分關(guān)鍵測試設(shè)備和計量標(biāo)準(zhǔn)目前還是要向法方溯源。這一切充分說明波音和空客公司已將民機(jī)研制的全過程納入到量值溯源體系中,以確保在產(chǎn)品質(zhì)量控制的各個環(huán)節(jié)都獲得可靠的數(shù)據(jù)支撐。
目前,國內(nèi)航空工業(yè)部門尚未系統(tǒng)研究構(gòu)建民用飛機(jī)的參數(shù)量值溯源體系,但國家和民航計量檢定系統(tǒng)已經(jīng)開展的量值傳遞工作,以及軍民機(jī)型號研制和民用飛機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中積累的量值傳遞工作經(jīng)驗,可以為民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系研究構(gòu)建提供借鑒。
按照計量學(xué)的十大專業(yè),國家已建立起包含計量基準(zhǔn)以及一系列計量標(biāo)準(zhǔn)、工作計量器具在內(nèi)的量值傳遞體系,此體系覆蓋了計量檢定的各個領(lǐng)域,概括了量值傳遞技術(shù)全貌,反映了當(dāng)代中國科學(xué)和法制計量水平。
為適應(yīng)國際民航運輸業(yè)發(fā)展的需要,民用航空管理局針對引進(jìn)機(jī)型運營維護(hù)階段專用測試設(shè)備的量值溯源需求,建立了包含飛機(jī)維修、空中交通管制、機(jī)場、航空油料等在內(nèi)的民用航空專用計量器具檢定規(guī)程體系,用于指導(dǎo)民航系統(tǒng)的量值溯源工作。
航空工業(yè)部門經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已經(jīng)針對部分軍機(jī)型號建立了計量師系統(tǒng),開展了大量型號專用測試設(shè)備的計量保證技術(shù)研究,形成了產(chǎn)品相應(yīng)的量值溯源能力。在國外民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過程中,特別建立了英制量值傳遞系統(tǒng)和公英制轉(zhuǎn)換量值傳遞體系,積累了豐富的民機(jī)生產(chǎn)量值溯源工作經(jīng)驗。
通過分析可以看出,目前國內(nèi)尚未建立起從“飛機(jī)產(chǎn)品→測試設(shè)備→校準(zhǔn)設(shè)備 (工作計量器具)→計量標(biāo)準(zhǔn)→計量基準(zhǔn)”的完整參數(shù)溯源鏈,大部分量值溯源工作對象仍停留在工作計量器具上,缺乏面向飛機(jī)產(chǎn)品的測量需求所開展的參數(shù)量值溯源體系研究。
民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案是研究構(gòu)建參數(shù)量值溯源體系的基礎(chǔ)??紤]到飛機(jī)定義的參數(shù)種類繁多、數(shù)量龐大,為實現(xiàn)本文的有限研究目標(biāo),需要確定參數(shù)梳理的范圍與對象,便于以后參數(shù)量值溯源體系研究的任務(wù)分工。
本文所指的民用飛機(jī)主要為《中國民用航空規(guī)章》第25部適航標(biāo)準(zhǔn) (CCAR-25)定義的運輸類飛機(jī),且以大型民用支干線飛機(jī)為主要研究對象,暫不包括第23部、第27部和第29部適航標(biāo)準(zhǔn) (CCAR-23,CCAR-27,CCAR-29)定義的正常類、實用類、特技類、通勤類和旋翼類飛機(jī)。
本文所指的參數(shù)主要為表征民機(jī)整機(jī)級、系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級或零部件級產(chǎn)品性能測試試驗或工藝檢測中定義的需量值控制的測量參數(shù)。
參數(shù)梳理劃分方案應(yīng)遵循民用飛機(jī)研制程序和適航審定的特點,突出試驗、檢測這一條梳理參數(shù)量值溯源信息的重要渠道,具體構(gòu)建原則如下:
1)對研究對象的考慮
考慮到國內(nèi)重點發(fā)展的民用支線/干線飛機(jī)的現(xiàn)狀,在參數(shù)梳理劃分方案研究對象的選擇上,本文應(yīng)主要瞄準(zhǔn)代表當(dāng)前技術(shù)發(fā)展方向的在研機(jī)型,緊跟型號的量值溯源需求,配套型號的計量測試保障體系建設(shè)。為此,擬參照大型民用干線飛機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計和任務(wù)分工確定劃分方案。
2)對研究范圍的考慮
考慮到民用飛機(jī)全壽命周期的量值溯源要求,在參數(shù)梳理劃分方案研究范圍的框定上,本文應(yīng)重點關(guān)注研制階段民機(jī)產(chǎn)品符合性驗證的量值溯源,突出測試、試驗這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此,擬參照民機(jī)研制程序的測試、試驗類別和項目確定劃分方案。
3)對層次單元的考慮
考慮到此次研究的獨立性及后續(xù)研究的擴(kuò)展性,在參數(shù)梳理劃分方案層次單元的設(shè)置上,本文應(yīng)完整涵蓋民機(jī)產(chǎn)品的類別和全壽命量值溯源過程,確定統(tǒng)一規(guī)范的表述形式。為此,擬參照大型民用飛機(jī)項目工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)的編號形式確定層次單元,便于為日后建立數(shù)據(jù)庫查詢提供條件。
依據(jù)以上確定的構(gòu)建原則,按照飛機(jī)產(chǎn)品分類及其研制過程對試驗、檢測的分類方式,提出民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案,如圖1所示,分為六個層次。
第一層,按照適航規(guī)章對飛機(jī)產(chǎn)品的分類方式,將民用飛機(jī)劃分為23部類飛機(jī)、25部類飛機(jī)和27/29部類飛機(jī)三個結(jié)構(gòu)單元;
第二層,按照飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期的定義,將本文研究的25部類飛機(jī)劃分為設(shè)計、制造、試驗驗證和使用維修四個結(jié)構(gòu)單元;
第三層,參照大型民用飛機(jī)項目工作任務(wù)分解(WBS)對試驗/檢測類別的定義方式,劃分為風(fēng)洞試驗、制造檢測、系統(tǒng)試驗、結(jié)構(gòu)試驗、飛行試驗、總體試驗和維修檢測七個結(jié)構(gòu)單元,并按所屬的產(chǎn)品壽命階段歸類;
第四層,根據(jù)各個試驗/檢測類別的專業(yè)細(xì)分,劃分試驗/檢測子類,如對制造檢測的專業(yè)細(xì)分,可形成機(jī)加工藝檢測、熱表工藝檢測、裝配工藝檢測、無損檢測等子類。
圖1 民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案
第五層,進(jìn)一步對第四層試驗/檢測子類進(jìn)行項目細(xì)分,如對機(jī)加工藝檢測的項目細(xì)分,可形成零件檢測、工裝檢測等結(jié)構(gòu)單元。
第六層,即為各個試驗/檢測項目定義的關(guān)鍵被測參數(shù)。
考慮到被測產(chǎn)品參數(shù)的特殊性和復(fù)雜性,民機(jī)研制過程中需要應(yīng)用到大量的測試試驗設(shè)備,因此梳理分析這些測試試驗設(shè)備的量值溯源性,是研究構(gòu)建民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系的核心內(nèi)容。
鑒于測試試驗設(shè)備量大面廣,覆蓋民機(jī)研制過程諸多專業(yè)領(lǐng)域,本文擬依托民機(jī)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、試驗等單位,按照參數(shù)梳理劃分方案確定的研究對象,開展參數(shù)量值溯源信息采集與分析工作。為保證民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系研究構(gòu)建的形式統(tǒng)一、內(nèi)容完整,提出的總體思路如下:
依托相關(guān)專業(yè)單位,確定參數(shù)量值溯源研究的具體對象,形成本文圖1所示的第四層至第五層結(jié)構(gòu)單元名稱,并繪制研究對象的參數(shù)體系圖,如圖2所示。
圖2 民機(jī)機(jī)加工藝檢測參數(shù)體系
根據(jù)研究對象的參數(shù)體系圖,采集相關(guān)參數(shù)的測試試驗設(shè)備及其校準(zhǔn)信息,填報參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計表,如表1所示。
表1 民機(jī)機(jī)加工藝檢測參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計
對照參數(shù)量值溯源信息表,分析評價測試試驗設(shè)備的量值溯源性,給出量值溯源對應(yīng)關(guān)系,構(gòu)建參數(shù)量值溯源體系圖,如圖3所示。圖3中,試驗/檢測系統(tǒng)或設(shè)備量值溯源不完善的用虛線框表示,并在虛框內(nèi)說明原因。
圖3 民機(jī)機(jī)加工藝 (零件檢測)參數(shù)量值溯源體系
以民用飛機(jī)產(chǎn)品定義的測量參數(shù)為切入點,研究相關(guān)測試設(shè)備的量值溯源渠道和方法,進(jìn)而形成參數(shù)量值溯源體系,是國內(nèi)航空工業(yè)第一次針對飛機(jī)參數(shù)量值溯源開展的系統(tǒng)性研究,也是將傳統(tǒng)的計量保證工作延伸至飛機(jī)產(chǎn)品測試活動的一次重要突破。通過探討參數(shù)量值溯源體系的構(gòu)建思路,可為相關(guān)部門規(guī)劃民機(jī)計量測試技術(shù)體系、制定專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、明確技術(shù)攻關(guān)方向提供可靠的決策參考。
[1]中國民用航空局航空器適航審定司.CCAR-25-R3運輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國民用航空總局,2007.
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[3]中國質(zhì)檢出版社.國家計量檢定系統(tǒng)表框圖匯編[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2013.
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