航空发动机小零件的标准化实践与数字化管理

郑冬梅　季江宁

【摘 要】本文阐述了航空发动机型号研制中小零件标准化的实践过程和经验，提出了通过编制型号标准件标准实现小零件的通用化和系列化设计，逐步建立和完善发动机专业标准件体系，促进标准件关键工艺问题的研究攻关和重要试验方法的设计与改进。同时提出了标准件资源管理的数字化解决方案，从而促进标准贯彻应用和型号数字化研制。

【关键词】航空发动机；小零件标准化；型号标准；标准件库

0 引言

标准件在航空武器装备中是通用化和系列化程度要求最高的零件，不仅影响产品结构强度、寿命，也对产品减重、提高产品可靠性、维修性、安全性等方面起着重要作用，是衡量武器装备“三化”水平的重要指标之一。目前，航空发动机行业标准件的关键问题是没有形成系列化标准体系，现有行业级以上标准不能满足新一代发动机设计选用需求，需要发展航空发动机专用标准件标准，满足设计和生产单位的需求，进而提高型号小零件标准化水平和标准件质量。

1 小零件设计应用情况分析

为整合多方资源，优化设计生产的协调管理，缩短研制周期，新一代航空发动机启用了协同研发模式。发动机行业标准件本来就基础薄弱，大量具有通用特征小零件图在企业内部流通，无法形成规模效益，技术水平参差不齐，这种研发模式在运行不成熟的初期更加限制了全机小零件通用化水平，小零件标准化问题成为发动机研发过程中的突出问题。

1.1 小零件应用现状分析

1）标准化程度低：以某型发动机我所承研部分设计出图情况为例，小零件设计图样有908个图号，单台共计9737件，其中各级标准件76种，单台共计1454件，仅占全部小零件的14.9%，见图1。

2）专用化设计：目前通用小零件图样结构型式、尺寸规格和材料选用品种繁多，设计技术要素不统一，例如，橡胶密封圈材料有5080、FS6265、FX-2、FX-4等，很多材料沿用老机型，寿命达不到产品贮存期要求，耐高压和耐高温密封性不满足要求，需要经常更换。

3）重复设计：小零件设计主责单位基本根据单元体划分，资源分散，依托于型号按类别进行独立图样的设计与管理，各专业室沟通和资源共享渠道不畅，图纸间存在大量无用差异，重复设计问题严重，一方面造成很大的设计与管理上的资源浪费，另一方面不利于工厂组织生产。

4）借用件比重大：在型号研制过程中，不同型号之间小零件的借用现象比较普遍，造成借用小零件的管理在不同程度上存在着交叉，为其技术状态的跟踪和协调管理带来麻烦。

1.2 国外先进发动机的小零件应用现状

国外先进发动机标准件体系较为完善，在CFM56系列发动机中研制中采用了大量的AMS、AS、MS等行业级以上标准，并以此为基础，配套了200多种结构尺寸标准，其成套性和协调性较好。以CFM56-7B发动机为例，其小零件构成情况见表1，小零件的标准化率高达62.5%。

小零件标准化已成为目前我国航空发动机研制的一个突出问题，为适应新一代发动机的研制需求，需加快全机小零件通用化、系列化、规范化研究进程，逐步建成并完善发动机标准件体系。在行业级以上小零件标准体系不健全的情况下，依托型号研制，以现有小零件设计生产经验为基础，借鉴国外先进标准，统筹规划编制型号小零件标准，实现技术、设备、人力等方面的资源整合与共享，有序推进全机小零件标准化，从而达到提高发动机的研制水平、降低发动机型号研发与生产成本、缩短研制周期的目的。

2 型号小零件标准化实践

2.1 实施规划

结合型号研制需求，分析梳理型号小零件设计图样数据，优化系列，压缩品种，淘汰老材料，对标准件品种规格进行整合，初步确定标准项目。经过多轮分析迭代，核查上级标准过滤已有标准项目，剔除通用性不强的标准项目，合并可优化整合的标准项目，积极开展技术创新，提出新型标准件标准项目，在平衡适用性、先进性和经济性基础上统筹制定型号小零件标准化实施方案。

2.2 实践过程

2.2.1 标准编制原则

为了保证协同研发模式下标准的可操作性和标准件的质量，型号标准件标准的编制按如下原则开展：

1）压缩规格品种，整合设计资源；

2）基于上级标准统一结构要素，避免未经优化的尺寸罗列，从标准的角度和要求出发，以满足设计使用为目的，经过充分的试验验证，优化小零件标准参数尺寸和规格系列；

3）技术要求标准从国家军用标准和航空行业标准中选择，已有标准不满足要求时补充编制配套型号标准件技术条件标准；

4）有分歧的技术要素的确定要经过充分的试验验证，同时积累试验数据。

2.2.2 关键问题攻关

1）优化系列，压缩规格品种

按照型号标准件标准编制实施方案，在保证满足设计、安装、使用需求的基础上，对某型发动机研制中小零件的结构要素进行归类优化（见表2），压缩材料品种（见表3）。

2）关键技术要求和性能指标确定

结合目前型号小零件设计实际情况，参考国外先进标准和技术，对小零件技术要素进行标准化，对性能指标进行科学的理论设计；缺少设计依据时，参考先进标准，结合小零件设计使用经验，提出初步指标设计原则和方法，经过验证和改进迭代后，形成标准件技术要求的性能指标。

3）小零件关键工艺改进

在标准讨论和标准件鉴定试验中重点关注标准件螺纹镀银技术、自锁螺母材料热处理与收口参数的关系、5次加温加载试验不合格、螺纹粘接、螺栓螺母分解过程中由于粘接导致的螺栓断裂等问题，以及自锁螺母锁紧性能不能满足高温振动试验要求的相关工艺问题，控制标准件按规范要求达标生产。

4）关键试验方法改进

提高5次加温5次加载试验、扳拧试验等关键试验的试验精度，参考国外标准，确定切实可行的试验方法，统一试验夹具和流程。

2.3 标准件资源的数字化管理

新的小零件设计管理模式在应用实施过程中必然会受到传统的设计思维和工作流程的制约，为了促进标准贯彻和应用，同时利于型号数字化设计的开展，基于型号标准件标准资源开发标准件库管理平台，为标准的使用提出数字化解决方案。标准件库基于Teamcenter2007创建，在UGNX中调用运行，利用该系统对型号标准件模型进行统一管理和维护，以方便设计使用为目的，数据库定制有以下特点：

1）数据时效性强，加载方便，模型即调即用；

2）客户端界面设计科学合理，结构化管理资源，信息引导性强，实用性远远优于文档性目录，见图2。

3）解析标准的主要技术要素，实现了合理的数字化解决方案，重新整合几何和非几何参数，提高信息识读性和浏览效率；

4）实现面向标准件技术要素的搜索，执行跨标准参数化搜索，融合标准间界限，提高查询效率和设计效率，见图3。

3 结论

编制型号专用小零件标准并提出标准资源管理的数字化解决方案，首先变革了小零件设计管理模式，满足了新一代发动机研制需要；其次促进了标准件工艺关键问题的研究攻关和重要试验方法的设计与改进，从而提高标准件质量；最后，以此为基础实现行业标准件体系的的逐步建立健全，填补国内航空发动机行业空白。

[责任编辑：王楠]