航空热交换器“三化”工作实践

李元喜 宋玉兵 孟翠玲 鞠丰姿

（南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211102）

众所周知，在航空产品的研制阶段搞好标准化管理工作，尤其是开展好通用化、系列化、组合化（以下简称“三化”）工作，不仅能缩短产品的研制、生产周期，降低研制费用；而且可充分利用已有成果，降低研制风险、延长产品有效寿命、提高其可靠性；特别是产品在服役过程中，对简化其使用维护等后勤保障工作、节约保障资源、提高整个武器装备的出勤率有很重要的战略意义。“三化”工作已被许多国家作为发展武器装备的一个重要途径。

1 以往开展“三化”工作的成功经验

航空机载设备系统及其附件，经过半个世纪研发和生产的积累，各专业都形成了许多功能相近、外形相似、参数不一、用途迥异的系列化产品。早在上世纪70年代初，为解决研制任务多但生产批量少，研制周期长、耗资大、经济效益不显著的困扰，率先在伺服阀、舵机两专业开展了通用化设计。制定、颁布了伺服阀系列产品和舵机系列产品通用零、组件图样；同时大力提倡在没有合适标准件、通用件可采用的情况下，鼓励设计人员采用借用件；当某些零件借用频次多了，再将其升级为通用件。这些通用件和借用件图样已被许多型号任务广泛应用。

通用件和借用件的大量采用，给研制工作带来了很大的便利，不仅减小了设计人员、工艺人员和相关管理人员的工作量，缩短了研制、生产周期，大幅降低了成本；同时加快了新产品的开发节奏，变型产品出现得更快，如某种型号的伺服阀，仅变型产品就有12种之多；并使伺服阀和舵机类产品的标准化件数系数得到很大提高。现在新设计一种伺服阀从签协议到提交成品多则半年，少则只需二、三个月的时间即可。

通过多年来“三化”工作的开展 ，有效减少了产品品种规格；提高了零、组件通用化程度，增强了产品的适用性，加快了产品更新换代速度，减少了设计人员、管理人员、工艺人员及操作工人的不必要重复劳动，提高了产品的可靠性、保障性和维修性。特别是在缩短研制周期和降低研制经费上效果尤为明显。“三化”工作在伺服阀和舵机两类产品的研制过程中结出了丰硕的成果。

经过十多年的努力，“三化”设计的成功经验又相继在涡轮冷却器、燃油泵、机电软件设计等专业推广实施，形成并固化了更多的通用件图样和通用模块，并且广泛应用于新产品研制、生产中。

2 “三化”工作的新探索

2.1 “三化”工作的困惑

“三化”工作开展以来，取得了骄人的成绩，得到了科研、生产、管理等诸方面工程技术人员的认可。但与此同时也使“三化”工作面临着新的困惑——“三化”工作除了在各专业广泛推广外，还有继续深入开展的可能性和空间吗？

热交换器是环境控制专业中的一类支柱产品，这些主要由钣金、焊接零组件构成的热交换器类产品，“三化”工作难以实施，标准化件数系数都很低，制约了专业的发展速度。我们不禁思考：难道即使是最基础的通用化设计也不能开展，“三化”工作对这些钣金、焊接类产品真的无计可施吗？

有些技术人员也提出：在已完全实现计算机设计绘图的现在，很容易实现将相同或类似零件的图样拷贝一份，给个新图号即完成设计工作了，还有必要搞通用件图样吗？甚至担心：采用通用件、借用件后一旦有更改可能给自己造成被动；也有的设计人员不想采用别人设计的图样，担心在成果归属上有麻烦，或觉得采用了别人设计的图样会导致他人对自己设计水平的怀疑等思想障碍。

2.2 开展翅片通用化、系列化设计，“无图化”生产的分析与实践

2.2.1 翅片通用件的系列化设计分析与实现

经过标准化人员与设计人员、工艺人员、技术管理人员共同研究认为：板翅式热交换器的换热芯体是由翅片、封条和隔板层层叠置整体钎焊而成的，翅片、封条和隔板是板翅式热交换器数量最多的零件，而它们的结构形式较固定，将它们制定成通用件是可行的，而热交换器中的封头、管接嘴、法兰等零件受制约因素较多，不宜实现通用化设计。

下面以其中的翅片为例，说明开展热交换器类产品中翅片、封条和隔板等零件通用化设计，并将其系列化，以至最终实现数字化设计、“无图化”生产的过程。

经分析，翅片主要由型式、尺寸、材料这3大要素确定：型式分为波纹型、打孔型、锯齿型、平直型、三角型5种；尺寸分为翅片高度、翅片节距、翅片厚度、流道长、流道宽5项指标；材料有铝合金和不锈钢两种。

经分类、整理，首先规定将这些基本要素分别用一些特定的符号来代替，形成下列各基本要素及其标示代号表，如表1、表2和表3所示。

然后规定一个由上述标示代号和一些辅助符号组成，按一定顺序排列、书写，且能表达出某一具体翅片基本构成要素的表达式——CP-h□pδa×b-●，作为翅片的标记代号。其中“CP”为“翅片”的代号，“□”为翅片型式代号的填写处，“●”为翅片材料代号的填写处；为使代号中的数字不出现小数的形式，而赋予各尺寸要素一个整数倍数字；最终确定翅片的标记代号为：CP-10h□10p100δ-a×b-●。

表1 翅片型式分类及标示代号

表2 翅片尺寸要素及标示代号

表3 翅片材料及标示代号

用此式能够表达出翅片的型式、尺寸、材料等特征信息，选择不同的尺寸要素，即能完成通用化翅片图样的设计，因而该式具备了作为翅片通用件图样代号表达式的功能。

由翅片标记代号可知，该式实际是翅片的通用表达式，能反映任意不同尺寸要素的翅片，从此设计人员不用再绘制翅片类零件的图样了。

但为避免设计时尺寸选取的随意性，给生产带来麻烦，我们又考虑是否能再进一步将翅片的各尺寸要素进行归整，得到系列化的参数。

通过对翅片各尺寸要素的统计，再经归纳、分析、删减等工作，最终对每一尺寸要素都整理出了一个适当分段的系列值谱，使翅片通用件的各尺寸形成了系列参数，并将其列于每一种翅片通用件图样中，推荐设计时优先选用。只要将几项要素适当组合，很容易即能设计出不同的翅片零件，既满足了翅片类零件的普遍通用化设计要求，又使其具有系列化的规格，具备了开展系列化设计的条件。

由于翅片的公差、热表处理、检验要求等信息，并不能通过上述标示代号和特定的表达式反映出来。对此我们又开展了对各种不同种类热交换器翅片在设计、制造、试验、检验、交付等环节中所能遇到的技术问题进行了统计、归纳和深入研究，对普遍性的问题进行了规定，并将其连同绘制的各种翅片（和封条）通用件图样，全部编入企业标准《翅片和封条系列件技术条件》中，为设计、生产、检验等各类相关人员提供工作依据，当需要时，可以很方便地查阅和使用。

因为采用翅片标记代号所反映的翅片既是翅片通用件图样，又具有尺寸系列化的性质，故将其命名为：翅片的“系列件”。

仅用一特殊的表达式就能代表翅片的图样，而不需再绘制专用件图样，因此实现了翅片零件的“数字化”设计，这也是将“三化”工作同编码技术相结合，并使其在实际研制中得到应用。

2.2.2 翅片设计应用举例

翅片设计的关键是确定翅片高度、翅片节距、翅片厚度、流道长、流道宽几项基本要素尺寸，为能用毫米的整数倍示出各要素值，所以将翅片高度规格代号用翅片高度h毫米的10倍表示，是两位数字；将翅片节距规格代号用翅片节距p毫米的10倍表示，为两位数字；将翅片厚度规格代号用翅片厚度δ毫米的100倍表示，取3位数字，位数不足在前面加“0”补足3位。每一产品所需的翅片可能都不相同，但其翅片系列件标记代号形式是固定的，完全表达了构成翅片的各项基本要素。

譬如：高度h为6.5mm，翅片节距p为2mm，翅片厚度δ为0.12mm，流道长a为110mm，流道宽b为43mm，材料是3A21-O的锯齿型翅片，用翅片系列件标记代号表示其翅片系列件的图样为CP-65JC20012-110×43-AO。

将翅片通用件制定成了多规格的系列件后，在产品开发设计时，设计人员只需按企业标准《翅片和封条系列件技术条件》的规定，将选好的翅片各项基本要素参数，以特定的翅片系列件标记代号形式填入产品图样明细表的“代号”栏内，即可确定所需翅片的尺寸、锯齿型式、材料等。使新研型号产品可以直接沿用以往成功研制的传热结构、安装结构、降低研制风险等，还可以直接采用相同标记代号的翅片零件，缩短研制、生产周期。

在生产过程中，主制车间工艺人员接到生产任务后，只需按翅片系列件标记代号所反映的信息，结合《翅片和封条系列件技术条件》中的相关技术条件，很快就能填写出相应已模板化的翅片零件通用工艺卡，完成工艺编制工作。

翅片件的专业机械加工人员见到翅片系列件的标记代号后，仅需按相关参数对专用机床、刀具做适当的调整，新的翅片即能投入生产。即使是批量很少的翅片，也能很快加工出来，而不至影响进度、增加制造成本。

特别需要说明的是，若进行产品设计时，企业标准《翅片和封条系列件技术条件》中规范了的要素有其中任何一项不能满足设计需求时，就不能使用翅片系列件的标记代号，仍须采用传统的做法，单独绘制翅片的专用件图样。

为使翅片系列件能在相关各部门都得到顺利贯彻执行，在企业标准《翅片和封条系列件技术条件》制定过程中，充分召集相关单位和人员进行了多次认真的讨论、反复征求意见和广泛的宣贯。使翅片系列件的标记代号适用于产品设计、工艺分工、计调安排、物资采购、加工、检验、组装等场合。

翅片系列件有了“专有的图样”，但又不需要实际绘制出来，生产中也不需要翅片系列件图样的流转，这都得益于前期所做的大量统计、分析、归纳整理和宣贯等工作。现在参与翅片加工的相关人员，只要见到翅片系列件的标记代号即明白其含义，并能按部就班地开展生产、检验、入库、交付等工作，从而完全实现了在整个设计、生产过程中的“无图化”。

用上述开展翅片系列件的方法，同样可以将热交换器中的封条和隔板也制定成系列件，在此不再赘述。

2.2.3 热交换器系列件应用情况

企业标准《翅片和封条系列件技术条件》已颁布多年，2009年我们又对该标准进行了修改、补充和进一步地完善工作，将热交换器的隔板系列件也整理出来，以新企业标准《翅片、封条和隔板系列件技术条件》颁布、实施。

目前，这3类系列件已在一些新型号中得到应用。经统计：自2003年以来，已有126种代号的5 358个翅片、封条、隔板系列件，在新设计的11个机型的23项产品中得到了应用，其中：71张图样3 003件翅片系列件，52张图样2 326件封条系列件，2张图样29件隔板系列件。

2.2.4 热交换器系列件应用成效分析

由于不需设计人员再绘图，也不需中间周转图样，将各翅片、封条、隔板系列件的标记代号直接传递到工艺、加工、检验等相关人员手中，各级人员即可按企业标准的相关要求进行各自的工作，直至系列件完成加工、检验、入库等工作。这样不仅减少了设计人员的工作量，还减少了晒图人员的工作，降低了工艺人员编制工艺规程的复杂程度，尤其减少了诸如图样的晒制、下发、更改等中间环节中各类人员出差错的几率，提高了工作效率。

上述统计只是对热交换器类产品中单套图样的统计，有些产品装机时不只用一件，还有些产品已投产多批次。应用越广泛，投产量越大，取得的效益越显著。

如果产品设计时，不能贯彻和采用这些系列件，就必须一张张地绘制专用件图样，并经签署生效后实施。正常的产品图样，从设计人员设计草图开始，再经校对、审核、审定、工艺、标审等人员的认真校审，直到批准生效为止，要经历一个较长过程，如果重复绘制相同的图样，不仅是对人力资源的浪费，还容易造成生产线上的混乱。况且绘制的图样和编制的工艺都要晒制，若将这些不需要重复绘制、晒发纸张的费用累加起来，将节省一笔不小的经费。

由于在热交换器专业设计生产中实施了通用化、系列化、组合化（模块化）的设计理念，并把通用件系列化，还将“三化”工作同编码技术相结合，实现了翅片、封条、隔板的数字化设计和生产“无图化”的过程。不仅减少了绘图工作量，还提高了产品研制的标准化程度，原来几乎为0%的标准化件数系数，现在普遍提高了60%；效果特别显著的是为某重点型号研制的双级散热器，其零组件总数共有1 930件，其中有专用零组件402件，标准件68件，系列件1 460件，标准化件数系数达77.1%；若没有制定并实施系列件设计，其标准化件数系数只有3.5%。

由于对翅片、封条、隔板尺寸进行了系列化工作，使得对开展各种尺寸、各种换热型面热交换器试验参数的收集更具有意义，更便于开展不同换热型面的换热特性和阻力特性对比等研究工作，改善了换热型面试验数据收集不尽合理和不足的局面。

由于实现了设计数字化，并不用再出专用件图样，在实际生产中，有些管理人员和技术人员不能很快接受和适应，甚至会因将设计人员的一些工作量转嫁到其他人员的身上而有意见。但总体来说开展系列件工作，减轻了绝大多数相关人员的工作量和工作总量，是非常有价值并广泛推广的。

3 结束语

综上所述：开展钣金、焊接件的通用化、系列化工作，进一步拓宽了“三化”工作的领域。将通用化、系列化工作同编码技术相结合，实现了设计数字化、生产“无图化”，是对“三化”工作和编码技术应用的拓展，为航空产品深入开展“三化”工作开拓了一个新思路，开创了一种新方法。

开展通用件的系列化工作，是“三化”工作深入开展的众多形式之一，如果我们各航空企业都能根据本单位产品的具体特点，采取不同的形式，进一步深挖开展“三化”工作的潜能，势必将减少更多图样的绘制工作，避免更多同类产品设计中重复性工作和资源的浪费，避免技术状态管理中人力、物力的更多消耗，从而降低整个航空领域产品研制、生产的成本，加快型号产品的研制进度。也将会使航空工业的“三化”工作更上一台阶，为促进产品质量的稳定、提高科研管理水平、促进技术进步、提高生产效率、缩短研制周期、提高经济效益做出更显著的成绩。同时也能使企业标准化工作更具活力，有效提升标准化部门在企业中的地位。