飛機零件標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思路和應(yīng)用價值

周忠斌

【摘 要】根據(jù)飛機結(jié)構(gòu)零件設(shè)計現(xiàn)狀和特點，提出了在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中將典型零件轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)零件的構(gòu)想，給出了標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計思路，最后總結(jié)了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)零件的優(yōu)點和作用。

【關(guān)鍵詞】飛機零件；標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)計思路；應(yīng)用價值

【Abstract】The current situation and features of aircraft part design are introduced. The idea of standardized part replace to typical part is put forward in aircraft structure design. Design solution of standardized part is given. The advantages and functions of standardized part application are summarized at last.

【Key words】Aircraft part； Standardization； Design solution； Application value

0 引言

在飛機設(shè)計領(lǐng)域，一般的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計流程中，根據(jù)構(gòu)型管理要求，每個零件都需獨立編號以區(qū)分構(gòu)型。整架飛機機體結(jié)構(gòu)中零件數(shù)量達到數(shù)十萬個，零件設(shè)計花費時間長，人力成本高。每個零件都需表達所有的制造要素，信息量大，極易造成人為設(shè)計錯誤。同時大量的零件種類還大大增加制造和管理成本。

在工業(yè)設(shè)計中，標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，設(shè)計生產(chǎn)效率就越高。標(biāo)準(zhǔn)化的思路在一些領(lǐng)域已經(jīng)有探索應(yīng)用和發(fā)展，并收到了顯著效益[1]。飛機系統(tǒng)設(shè)計中采用了大量標(biāo)準(zhǔn)零件，如標(biāo)準(zhǔn)連接器、插頭、卡箍、線纜支撐桿、開關(guān)等，標(biāo)準(zhǔn)零件的使用增加了設(shè)計便捷性，提高了設(shè)計效率。在一般飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，大量使用了標(biāo)準(zhǔn)緊固件[2]，標(biāo)準(zhǔn)緊固件使用方便，設(shè)計效率高，由標(biāo)準(zhǔn)部門統(tǒng)一管理，減輕了設(shè)計人員的負擔(dān)。

飛機機體結(jié)構(gòu)內(nèi)，在同一功能區(qū)域（如增壓氣密機身區(qū)、機翼油箱區(qū)），存在大量類型相似的具有典型特征的典型零件，如框腹板面剪切角片、長桁對接接頭、框緣條的連接帶板、系統(tǒng)支架、地板支撐件、拉桿、觀察窗、地板面板等，此類零件具有尺寸小、用量大、分布廣、安裝位置類似、受力特性相近等特點，具有替換為標(biāo)準(zhǔn)零件的可能性，因此在商業(yè)飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中探索一種便捷高效的零件標(biāo)準(zhǔn)化模式，將典型零件轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)零件成為一個新課題。

1 零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)是模塊化設(shè)計，模塊是組成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計產(chǎn)品的基本單元，模塊化設(shè)計是解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的有效方法。模塊化設(shè)計的特點不是面向單個產(chǎn)品，而是面向整個產(chǎn)品系統(tǒng)。模塊化就其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而言，是結(jié)構(gòu)典型化、部件通用化、參數(shù)系列化、裝配組合化的綜合體。模塊是部件級（總成）及子系統(tǒng)級的通用件，由模塊可以直接構(gòu)成整機以至大的系統(tǒng)，從而在更高層次上實現(xiàn)優(yōu)化簡化[1]。在當(dāng)今全基于MBD的全三維數(shù)字化建模設(shè)計技術(shù)的潮流下[3]，飛機制造商采用全三維數(shù)字化、模塊化概念進行設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)零件的應(yīng)用將完全符合結(jié)構(gòu)典型化、部件通用化、參數(shù)系列化、裝配組合化的概念與要求。

2 零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的設(shè)計思路

飛機零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思路可以分以下步驟進行：

1）在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計初期，即初步設(shè)計階段，根據(jù)打樣設(shè)計數(shù)模，進行全機零件共通性分析，梳理出可以進行標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)零件。

2）針對目標(biāo)零件，進行參數(shù)化三維建模。根據(jù)零件使用環(huán)境要求、功能要求、性能要求、受載工況條件、尺寸要求、壽命要求、工藝要求等因素進行分析計算評估，最終確定零件外形尺寸、公差，明確使用的緊固件牌號及位置、材料及毛料尺寸、加工工藝等制造要素，完成零件定型。

3）在零件的長度、寬度、厚度等因素中選擇最具有代表性的敏感要素，對其進行系列化設(shè)計，形成一整套系列標(biāo)準(zhǔn)零件產(chǎn)品。

4）對系列標(biāo)準(zhǔn)零件產(chǎn)品進行分析校核與試驗驗證，明確每種零件的承載能力和使用限制條件等技術(shù)參數(shù)。

5）賦予每個零件標(biāo)準(zhǔn)件代碼和編號，經(jīng)局方認可批準(zhǔn)，納入標(biāo)準(zhǔn)件庫，并發(fā)布產(chǎn)品規(guī)范。

6）招標(biāo)確定合適的供應(yīng)商，制造試驗件進行合格鑒定試驗，發(fā)放合格證，發(fā)放工程批準(zhǔn)書。

7）飛機設(shè)計人員根據(jù)需要在標(biāo)準(zhǔn)庫直接選用發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)零件。

8）制造商向合格供應(yīng)商采購標(biāo)準(zhǔn)零件，完成入廠、復(fù)驗、入庫后直接裝機。

值得注意的是，標(biāo)準(zhǔn)零件裝機后不允許對其進行任何更改。否則引起構(gòu)型變化，需要重新評估。

3 標(biāo)準(zhǔn)零件的應(yīng)用價值

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是當(dāng)今世界工程設(shè)計領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個潮流，在飛機研制中推廣采用零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，具有如下幾方面應(yīng)用價值：

3.1 降低成本，提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量

由于零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計使用了大量通用化、模塊化、系列化材料和設(shè)備，減少了材料和設(shè)備采辦的種類，可以實現(xiàn)批量訂貨和批量生產(chǎn)，降低成本，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)要素和工作流程更加容易固化和標(biāo)準(zhǔn)化，使施工組織和過程監(jiān)督更加規(guī)范、到位，從而提高了零件制造質(zhì)量，避免大量超差。

3.2 縮短飛機設(shè)計周期，提高設(shè)計效率。

標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計及驗證工作提前或同時于飛機設(shè)計周期進行，發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)零件可以直接引用，縮短飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計周期，在某型飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，機身部段內(nèi)大量采用某種標(biāo)準(zhǔn)零件，該標(biāo)準(zhǔn)零件的使用率達到了40%以上，在飛機全三維模塊設(shè)計過程中只需選取合適的標(biāo)準(zhǔn)零件并進行裝配即完成了設(shè)計數(shù)模，提高了模塊設(shè)計效率，整個設(shè)計周期比以往縮短了三分之一以上。在工程更改中，涉及到使用不合適的標(biāo)準(zhǔn)零件，只需重新選取新標(biāo)準(zhǔn)零件替換，無需單獨重新設(shè)計新零件，工程更改效率提高。

3.3 可減輕勞動強度，保證設(shè)計質(zhì)量

標(biāo)準(zhǔn)零件由專人統(tǒng)一設(shè)計發(fā)布，不需要設(shè)計人員二次加工設(shè)計，減少設(shè)計人員低水平的重復(fù)勞動；減少大量重復(fù)的質(zhì)量控制過程；減少設(shè)計中常出現(xiàn)的錯、缺等質(zhì)量事故。

3.4 降低成本，節(jié)省時間，提高飛機制造裝配效率

采用標(biāo)準(zhǔn)零件后，制造商直接批量訂購，對制造商節(jié)省模具生產(chǎn)、準(zhǔn)備工藝和生產(chǎn)制造的時間和成本。在飛機研制周期嚴(yán)重緊張的情況下，啟動風(fēng)險采購，與結(jié)構(gòu)設(shè)計并行同步，為保證研制進度創(chuàng)造了條件。在某型飛機研制中采用標(biāo)準(zhǔn)零件，在設(shè)計人員設(shè)計數(shù)模圖紙的同時同步啟動風(fēng)險采購，在飛機設(shè)計數(shù)模發(fā)布后直接使用裝機，研制周期比一般縮短了30%以上。

3.5 方便員工培訓(xùn)和后期運行及維護

由于采用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以統(tǒng)一工藝流程和設(shè)備選型，實現(xiàn)了操作規(guī)程的一致性、生產(chǎn)備件的通用性，方便了員工培訓(xùn)，使生產(chǎn)更加容易操作和管理。在飛機航線運行后，備件種類和數(shù)量減少，節(jié)省了成本。

4 結(jié)論

飛機零件標(biāo)準(zhǔn)化源于設(shè)計，但惠于飛機設(shè)計、制造、裝配、試驗試飛、適航取證、運營維護等整個研制階段和全生命周期，能為實現(xiàn)飛機設(shè)計成功、制造成功和商業(yè)運營成功提供有力支撐，對飛機制造商非常值得嘗試和發(fā)展應(yīng)用。

【參考文獻】

[1]孫鐵民，等.創(chuàng)新設(shè)計理念.推進標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計.石油規(guī)劃設(shè)計[J].2009，20（6）：1-4.

[2]崔明慧.波音737飛機緊固件的應(yīng)用研究[J].航空制造技術(shù)，2013（13）：96-99.

[3]劉俊堂.全三維飛機設(shè)計技術(shù)及其應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2010（18）：68-71.

[責(zé)任編輯：王偉平]