航空發(fā)動機小零件的標準化實踐與數(shù)字化管理

鄭冬梅　季江寧

【摘 要】本文闡述了航空發(fā)動機型號研制中小零件標準化的實踐過程和經(jīng)驗，提出了通過編制型號標準件標準實現(xiàn)小零件的通用化和系列化設(shè)計，逐步建立和完善發(fā)動機專業(yè)標準件體系，促進標準件關(guān)鍵工藝問題的研究攻關(guān)和重要試驗方法的設(shè)計與改進。同時提出了標準件資源管理的數(shù)字化解決方案，從而促進標準貫徹應用和型號數(shù)字化研制。

【關(guān)鍵詞】航空發(fā)動機；小零件標準化；型號標準；標準件庫

0 引言

標準件在航空武器裝備中是通用化和系列化程度要求最高的零件，不僅影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、壽命，也對產(chǎn)品減重、提高產(chǎn)品可靠性、維修性、安全性等方面起著重要作用，是衡量武器裝備“三化”水平的重要指標之一。目前，航空發(fā)動機行業(yè)標準件的關(guān)鍵問題是沒有形成系列化標準體系，現(xiàn)有行業(yè)級以上標準不能滿足新一代發(fā)動機設(shè)計選用需求，需要發(fā)展航空發(fā)動機專用標準件標準，滿足設(shè)計和生產(chǎn)單位的需求，進而提高型號小零件標準化水平和標準件質(zhì)量。

1 小零件設(shè)計應用情況分析

為整合多方資源，優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)的協(xié)調(diào)管理，縮短研制周期，新一代航空發(fā)動機啟用了協(xié)同研發(fā)模式。發(fā)動機行業(yè)標準件本來就基礎(chǔ)薄弱，大量具有通用特征小零件圖在企業(yè)內(nèi)部流通，無法形成規(guī)模效益，技術(shù)水平參差不齊，這種研發(fā)模式在運行不成熟的初期更加限制了全機小零件通用化水平，小零件標準化問題成為發(fā)動機研發(fā)過程中的突出問題。

1.1 小零件應用現(xiàn)狀分析

1）標準化程度低：以某型發(fā)動機我所承研部分設(shè)計出圖情況為例，小零件設(shè)計圖樣有908個圖號，單臺共計9737件，其中各級標準件76種，單臺共計1454件，僅占全部小零件的14.9%，見圖1。

2）專用化設(shè)計：目前通用小零件圖樣結(jié)構(gòu)型式、尺寸規(guī)格和材料選用品種繁多，設(shè)計技術(shù)要素不統(tǒng)一，例如，橡膠密封圈材料有5080、FS6265、FX-2、FX-4等，很多材料沿用老機型，壽命達不到產(chǎn)品貯存期要求，耐高壓和耐高溫密封性不滿足要求，需要經(jīng)常更換。

3）重復設(shè)計：小零件設(shè)計主責單位基本根據(jù)單元體劃分，資源分散，依托于型號按類別進行獨立圖樣的設(shè)計與管理，各專業(yè)室溝通和資源共享渠道不暢，圖紙間存在大量無用差異，重復設(shè)計問題嚴重，一方面造成很大的設(shè)計與管理上的資源浪費，另一方面不利于工廠組織生產(chǎn)。

4）借用件比重大：在型號研制過程中，不同型號之間小零件的借用現(xiàn)象比較普遍，造成借用小零件的管理在不同程度上存在著交叉，為其技術(shù)狀態(tài)的跟蹤和協(xié)調(diào)管理帶來麻煩。

1.2 國外先進發(fā)動機的小零件應用現(xiàn)狀

國外先進發(fā)動機標準件體系較為完善，在CFM56系列發(fā)動機中研制中采用了大量的AMS、AS、MS等行業(yè)級以上標準，并以此為基礎(chǔ)，配套了200多種結(jié)構(gòu)尺寸標準，其成套性和協(xié)調(diào)性較好。以CFM56-7B發(fā)動機為例，其小零件構(gòu)成情況見表1，小零件的標準化率高達62.5%。

小零件標準化已成為目前我國航空發(fā)動機研制的一個突出問題，為適應新一代發(fā)動機的研制需求，需加快全機小零件通用化、系列化、規(guī)范化研究進程，逐步建成并完善發(fā)動機標準件體系。在行業(yè)級以上小零件標準體系不健全的情況下，依托型號研制，以現(xiàn)有小零件設(shè)計生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，借鑒國外先進標準，統(tǒng)籌規(guī)劃編制型號小零件標準，實現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、人力等方面的資源整合與共享，有序推進全機小零件標準化，從而達到提高發(fā)動機的研制水平、降低發(fā)動機型號研發(fā)與生產(chǎn)成本、縮短研制周期的目的。

2 型號小零件標準化實踐

2.1 實施規(guī)劃

結(jié)合型號研制需求，分析梳理型號小零件設(shè)計圖樣數(shù)據(jù)，優(yōu)化系列，壓縮品種，淘汰老材料，對標準件品種規(guī)格進行整合，初步確定標準項目。經(jīng)過多輪分析迭代，核查上級標準過濾已有標準項目，剔除通用性不強的標準項目，合并可優(yōu)化整合的標準項目，積極開展技術(shù)創(chuàng)新，提出新型標準件標準項目，在平衡適用性、先進性和經(jīng)濟性基礎(chǔ)上統(tǒng)籌制定型號小零件標準化實施方案。

2.2 實踐過程

2.2.1 標準編制原則

為了保證協(xié)同研發(fā)模式下標準的可操作性和標準件的質(zhì)量，型號標準件標準的編制按如下原則開展：

1）壓縮規(guī)格品種，整合設(shè)計資源；

2）基于上級標準統(tǒng)一結(jié)構(gòu)要素，避免未經(jīng)優(yōu)化的尺寸羅列，從標準的角度和要求出發(fā)，以滿足設(shè)計使用為目的，經(jīng)過充分的試驗驗證，優(yōu)化小零件標準參數(shù)尺寸和規(guī)格系列；

3）技術(shù)要求標準從國家軍用標準和航空行業(yè)標準中選擇，已有標準不滿足要求時補充編制配套型號標準件技術(shù)條件標準；

4）有分歧的技術(shù)要素的確定要經(jīng)過充分的試驗驗證，同時積累試驗數(shù)據(jù)。

2.2.2 關(guān)鍵問題攻關(guān)

1）優(yōu)化系列，壓縮規(guī)格品種

按照型號標準件標準編制實施方案，在保證滿足設(shè)計、安裝、使用需求的基礎(chǔ)上，對某型發(fā)動機研制中小零件的結(jié)構(gòu)要素進行歸類優(yōu)化（見表2），壓縮材料品種（見表3）。

2）關(guān)鍵技術(shù)要求和性能指標確定

結(jié)合目前型號小零件設(shè)計實際情況，參考國外先進標準和技術(shù)，對小零件技術(shù)要素進行標準化，對性能指標進行科學的理論設(shè)計；缺少設(shè)計依據(jù)時，參考先進標準，結(jié)合小零件設(shè)計使用經(jīng)驗，提出初步指標設(shè)計原則和方法，經(jīng)過驗證和改進迭代后，形成標準件技術(shù)要求的性能指標。

3）小零件關(guān)鍵工藝改進

在標準討論和標準件鑒定試驗中重點關(guān)注標準件螺紋鍍銀技術(shù)、自鎖螺母材料熱處理與收口參數(shù)的關(guān)系、5次加溫加載試驗不合格、螺紋粘接、螺栓螺母分解過程中由于粘接導致的螺栓斷裂等問題，以及自鎖螺母鎖緊性能不能滿足高溫振動試驗要求的相關(guān)工藝問題，控制標準件按規(guī)范要求達標生產(chǎn)。

4）關(guān)鍵試驗方法改進

提高5次加溫5次加載試驗、扳擰試驗等關(guān)鍵試驗的試驗精度，參考國外標準，確定切實可行的試驗方法，統(tǒng)一試驗夾具和流程。

2.3 標準件資源的數(shù)字化管理

新的小零件設(shè)計管理模式在應用實施過程中必然會受到傳統(tǒng)的設(shè)計思維和工作流程的制約，為了促進標準貫徹和應用，同時利于型號數(shù)字化設(shè)計的開展，基于型號標準件標準資源開發(fā)標準件庫管理平臺，為標準的使用提出數(shù)字化解決方案。標準件庫基于Teamcenter2007創(chuàng)建，在UGNX中調(diào)用運行，利用該系統(tǒng)對型號標準件模型進行統(tǒng)一管理和維護，以方便設(shè)計使用為目的，數(shù)據(jù)庫定制有以下特點：

1）數(shù)據(jù)時效性強，加載方便，模型即調(diào)即用；

2）客戶端界面設(shè)計科學合理，結(jié)構(gòu)化管理資源，信息引導性強，實用性遠遠優(yōu)于文檔性目錄，見圖2。

3）解析標準的主要技術(shù)要素，實現(xiàn)了合理的數(shù)字化解決方案，重新整合幾何和非幾何參數(shù)，提高信息識讀性和瀏覽效率；

4）實現(xiàn)面向標準件技術(shù)要素的搜索，執(zhí)行跨標準參數(shù)化搜索，融合標準間界限，提高查詢效率和設(shè)計效率，見圖3。

3 結(jié)論

編制型號專用小零件標準并提出標準資源管理的數(shù)字化解決方案，首先變革了小零件設(shè)計管理模式，滿足了新一代發(fā)動機研制需要；其次促進了標準件工藝關(guān)鍵問題的研究攻關(guān)和重要試驗方法的設(shè)計與改進，從而提高標準件質(zhì)量；最后，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)行業(yè)標準件體系的的逐步建立健全，填補國內(nèi)航空發(fā)動機行業(yè)空白。

[責任編輯：王楠]