飞机零件标准化的设计思路和应用价值

周忠斌

【摘 要】根据飞机结构零件设计现状和特点，提出了在飞机结构设计中将典型零件转化为标准零件的构想，给出了标准零件的设计思路，最后总结了应用标准零件的优点和作用。

【关键词】飞机零件；标准化；设计思路；应用价值

【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

在飞机设计领域，一般的飞机结构设计流程中，根据构型管理要求，每个零件都需独立编号以区分构型。整架飞机机体结构中零件数量达到数十万个，零件设计花费时间长，人力成本高。每个零件都需表达所有的制造要素，信息量大，极易造成人为设计错误。同时大量的零件种类还大大增加制造和管理成本。

在工业设计中，标准化程度越高，设计生产效率就越高。标准化的思路在一些领域已经有探索应用和发展，并收到了显著效益[1]。飞机系统设计中采用了大量标准零件，如标准连接器、插头、卡箍、线缆支撑杆、开关等，标准零件的使用增加了设计便捷性，提高了设计效率。在一般飞机结构设计中，大量使用了标准紧固件[2]，标准紧固件使用方便，设计效率高，由标准部门统一管理，减轻了设计人员的负担。

飞机机体结构内，在同一功能区域（如增压气密机身区、机翼油箱区），存在大量类型相似的具有典型特征的典型零件，如框腹板面剪切角片、长桁对接接头、框缘条的连接带板、系统支架、地板支撑件、拉杆、观察窗、地板面板等，此类零件具有尺寸小、用量大、分布广、安装位置类似、受力特性相近等特点，具有替换为标准零件的可能性，因此在商业飞机结构设计中探索一种便捷高效的零件标准化模式，将典型零件转化为标准零件成为一个新课题。

1 零件标准化设计的基础

标准化设计的基础是模块化设计，模块是组成标准化设计产品的基本单元，模块化设计是解决复杂系统问题的有效方法。模块化设计的特点不是面向单个产品，而是面向整个产品系统。模块化就其产品结构而言，是结构典型化、部件通用化、参数系列化、装配组合化的综合体。模块是部件级（总成）及子系统级的通用件，由模块可以直接构成整机以至大的系统，从而在更高层次上实现优化简化[1]。在当今全基于MBD的全三维数字化建模设计技术的潮流下[3]，飞机制造商采用全三维数字化、模块化概念进行设计，标准零件的应用将完全符合结构典型化、部件通用化、参数系列化、装配组合化的概念与要求。

2 零件标准化设计的设计思路

飞机零件标准化设计思路可以分以下步骤进行：

1）在飞机结构设计初期，即初步设计阶段，根据打样设计数模，进行全机零件共通性分析，梳理出可以进行标准化的目标零件。

2）针对目标零件，进行参数化三维建模。根据零件使用环境要求、功能要求、性能要求、受载工况条件、尺寸要求、寿命要求、工艺要求等因素进行分析计算评估，最终确定零件外形尺寸、公差，明确使用的紧固件牌号及位置、材料及毛料尺寸、加工工艺等制造要素，完成零件定型。

3）在零件的长度、宽度、厚度等因素中选择最具有代表性的敏感要素，对其进行系列化设计，形成一整套系列标准零件产品。

4）对系列标准零件产品进行分析校核与试验验证，明确每种零件的承载能力和使用限制条件等技术参数。

5）赋予每个零件标准件代码和编号，经局方认可批准，纳入标准件库，并发布产品规范。

6）招标确定合适的供应商，制造试验件进行合格鉴定试验，发放合格证，发放工程批准书。

7）飞机设计人员根据需要在标准库直接选用发布的标准零件。

8）制造商向合格供应商采购标准零件，完成入厂、复验、入库后直接装机。

值得注意的是，标准零件装机后不允许对其进行任何更改。否则引起构型变化，需要重新评估。

3 标准零件的应用价值

标准化设计是当今世界工程设计领域技术发展的一个潮流，在飞机研制中推广采用零件标准化设计，具有如下几方面应用价值：

3.1 降低成本，提高生产效率，提高生产质量

由于零件标准化设计使用了大量通用化、模块化、系列化材料和设备，减少了材料和设备采办的种类，可以实现批量订货和批量生产，降低成本，提高生产效率。生产要素和工作流程更加容易固化和标准化，使施工组织和过程监督更加规范、到位，从而提高了零件制造质量，避免大量超差。

3.2 缩短飞机设计周期，提高设计效率。

标准零件的设计及验证工作提前或同时于飞机设计周期进行，发布的标准零件可以直接引用，缩短飞机结构设计周期，在某型飞机结构设计过程中，机身部段内大量采用某种标准零件，该标准零件的使用率达到了40%以上，在飞机全三维模块设计过程中只需选取合适的标准零件并进行装配即完成了设计数模，提高了模块设计效率，整个设计周期比以往缩短了三分之一以上。在工程更改中，涉及到使用不合适的标准零件，只需重新选取新标准零件替换，无需单独重新设计新零件，工程更改效率提高。

3.3 可减轻劳动强度，保证设计质量

标准零件由专人统一设计发布，不需要设计人员二次加工设计，减少设计人员低水平的重复劳动；减少大量重复的质量控制过程；减少设计中常出现的错、缺等质量事故。

3.4 降低成本，节省时间，提高飞机制造装配效率

采用标准零件后，制造商直接批量订购，对制造商节省模具生产、准备工艺和生产制造的时间和成本。在飞机研制周期严重紧张的情况下，启动风险采购，与结构设计并行同步，为保证研制进度创造了条件。在某型飞机研制中采用标准零件，在设计人员设计数模图纸的同时同步启动风险采购，在飞机设计数模发布后直接使用装机，研制周期比一般缩短了30%以上。

3.5 方便员工培训和后期运行及维护

由于采用标准零件，可以统一工艺流程和设备选型，实现了操作规程的一致性、生产备件的通用性，方便了员工培训，使生产更加容易操作和管理。在飞机航线运行后，备件种类和数量减少，节省了成本。

4 结论

飞机零件标准化源于设计，但惠于飞机设计、制造、装配、试验试飞、适航取证、运营维护等整个研制阶段和全生命周期，能为实现飞机设计成功、制造成功和商业运营成功提供有力支撑，对飞机制造商非常值得尝试和发展应用。

【参考文献】

[1]孙铁民，等.创新设计理念.推进标准化设计.石油规划设计[J].2009，20（6）：1-4.

[2]崔明慧.波音737飞机紧固件的应用研究[J].航空制造技术，2013（13）：96-99.

[3]刘俊堂.全三维飞机设计技术及其应用[J].航空制造技术，2010（18）：68-71.

[责任编辑：王伟平]