航空发动机生产过程设计制造协同研究与应用

郭荣飞 陈伟 李晓艳

摘要：产品研发体系建设过程中，选取试点型号，理顺了与设计院所的协同界面，通过协同流程构建、协同制度建设，制造并行介入发动机型号设计过程开展相关应用实践，打破了传统发动机串行模式研制壁垒，实现了设计、制造过程的交互迭代、为降低发动机产品研制周期、提升研制质量、降低研制成本奠定了基础。

关键词：设计制造协同;并行工程;研发体系

1  设计制造协同实施背景

基于历史发动机型号研制经验，在很长一段时间，我国发动机型号均采用串行研制和生产模式，协同效率和并行度低，严重影响了发动机产品的研制周期、质量及成本。

经过实践发现，采用传统串行研制模式，因设计与工艺人员之间相互技术交底不足，导致研制工作的反复，无形中加大了研制成本及周期。

如采用串行研制模式制造的某型发动机，验证批研制用时27个月，改进批研制用时18个月，因设计、制造协同沟通少、技术交底不足，导致设计图纸更改率高达130%左右，零件带呈报交付数量较多，发动机研制质量不高。

由此可见，亟需打破原有串行研制模式，设计在加快图纸设计及技术文件编写同时，分阶段向制造预发设计数据，制造并行进入发动机设计环节，结合设计预发数据，开展设计文件可制造性审查及相关技术交底，同步开展初步工艺设计、毛料准备等部分生产准备工作，通过并行工程，促进设计制造协同，缩短该型发动机研制周期。

2  设计制造协同研究

分析发动机研制过程时间数据，不难发现，原串行模式产品设计阶段及生产准备阶段占比时长，严重制约了型号研制整体周期的压缩。

为确保设计制造协同工作的顺利实施，明确了M1-M3阶段定义，结合设计师单位M1-M3阶段预发图纸及技术文件包含的数据，制造企业于设计师单位M1阶段预发图纸后，并行启动生产准备工作，同时明确了各阶段设计数据的具体用途：①M1阶段图纸用于毛坯设计和采购;②M2阶段图纸用于工艺规程编制和工装设计;③M3阶段图纸用于工艺规程评审、工装制造和零件加工制造。

2.1 设计制造协同工作研究

厂所双方经过多次协商，明确了设计师单位M1、M2、M3阶段数据及相关技术文件包含的具体信息。制造单位根据设计师单位各阶段预发设计图纸及技术文件信息，开展相应的工艺性审查、新材料、新工艺识别、毛料准备、工艺规程设计、工艺试验等工艺准备工作，进一步明确了设计制造协同厂所工作界面，商定了制造并行进入设计过程，开展生产准备工作的深度。详见图1所示。

2.2 设计制造协同工作特点

新产品开发过程中的设计制造协同，设计师单位与制造单位应是相互制约与作用，摒弃“自耕自家田”、“甩过墙”的陈旧观念，转变思想，发挥设计与制造并行的优势，充分开展交叉技术交底，建立同型号设计、同工艺准备、同生产制造、同耕型号良田的共同目标。因此设计制造协同流程与传统串行研制流程相比有以下特点：

2.2.1 设计制造交叉衔接

制造提前并行介入型号设计过程开展相应的技术交底及生产准备，将过去设计、制造之间的独立活动进行有机衔接。

2.2.2 数据分批传递

串行研制流程中设计数据成批传递，大量设计数据齐全后一次性传递，不仅使发动机型号产品设计期间的大量时间浪费，同时成批数据的集中处理使制造单位应接不暇，工艺审查与技术交底质量不高。

设计制造协同开发、制造过程中，设计数據的传递随活动分批、甚至可以随即、单点进行传递，不仅使设计过程时间叠加利用，同时分批或单点数据的传递模式，有助于制造单位进行数据的精准处理，数据处理能力可得到有效提升。

2.2.3 快速高效的协同研制团队

发动机产品的研制过程是唯一必须涉及所有职能部门的活动。通过成立设计制造协同IPT团队，打破设计单位、制造单位、部门之间的壁垒，可降低发动机产品研制过程中设计与制造之间的技术交底难度。

3  设计制造协同流程构建

3.1 设计制造协同流程构建

按照图1所商定的流程建设原则，制造补充明确了M1-M3阶段数据处理流程及主要技术工作。

①M1阶段主要流程包括长线零组件或重要零件的工艺性审查、工艺性审查联络单审批、技术文件会签/发放、锻铸毛料模型审签等流程。

②M2阶段主要流程包括产品图样工艺性审查、工艺性审查联络单审批、工艺规程编制、工装派工、设计，技术文件会签/发放、锻铸毛料模型审签等流程。

③M3阶段主要流程包括产品图样工艺性审查、工艺性审查联络单审批、技术文件会签/发放、承制任务确认、锻铸毛料模型审签、工艺规程审签、工装申请及派工、数控程序确认、工艺技术协调等流程。

3.2 设计制造协同方法工具等要素建设

为确保设计制造协同工作的顺利开展，结合试点型号，在相关标准补充完善、方法工具建设、信息化建设等方面也开展了大量的基础研究工作，如信息化审查平台、协同工作区、实体联合办公、相关配套标准及流程等。

4  设计制造协同实践

按照“急用先行、建用结合”原则，在设计制造协同流程建设过程中，并行在某型发动机研制过程中进行了应用实践，取得了一定成效，同时也为后续流程建设与改进积累了非常宝贵的实践经验。

4.1 设计制造协同流程实践

根据已建好的M1至M3阶段制造协同流程及各阶段协同工作主要技术要求，按照设计预发数据，分阶段开展技术交流、技术准备及生产准备，顺利完成了建设流程的应用实践。

4.1.1 M1阶段协同流程应用实践

依据设计提供的M1阶段型号产品数据，绘制了27项长周期件号毛料图，提前启动了部分件号原材料采购工作。

牵头拉动设计院所和锻件供应商，在图纸设计阶段，梳理确定10项支架类固定零组件及34项大型长周期外购锻件，形成毛坯不动件目录。

对整体叶盘等关键件毛料进行第二供应商寻源及开发，提前3个月进行了毛料的准备。

4.1.2 M2阶段协同流程应用实践

依据设计提供的M2阶段型号产品数据，提前2个月编制生产准备版工艺规程，提前派制新增工装1508套。

在发动机外部管路设计过程中，设计制造双方就管路部分充分开展技术交底，明确发动机外部管路的弯曲半径可以按照工厂现有弯块工装规格确定设计尺寸。使得173根外部管路未派制一项弯块工装，节省了大量成本。

4.1.3 生产过程中的设计制造融合

该型发动机高压涡轮盘之前因关键要素超差100%办理呈报交付，在M1—M3阶段开展多次工艺设计迭代，针对工艺无法实现结构，借鉴其它机型相近结构，优化设计数据，针对设计关注特性，公司引进高精度弧齿磨等设备进行条件补充，优化工艺设计，最终使得当年试制的所有涡轮盘实现零呈报交付。

4.2 设计制造协同某型号应用成效

因设计制造协同主要基于某型发动机型号研制系统化开展相关工作，故应用效果主要以该型号为主进行提炼总结。

①设计图纸发放到整机交付周期由验证批的27个月、改进批的18个月缩短至12个月;②设计图纸更改率由前两个阶段的130%左右降低至60%;③型号首次实现了依据M1、M2、M3分阶段发图并行启动生产准备。

4.3 设计制造协同管理成效

通过某型发动机设计制造协同型号研制实践，形成了一套较为完善的制造协同流程及支撑制度;完成从成批设计数据到分批甚至单点数据即时处理的蜕变;形成了型号特级项目经理牵头的月度协同例会制度;初步完成设计制造协同信息化沟通平台搭建;初步形成基于工厂外部管路工装开展发动机外部管路设计的联动模式。

5  总结

相较原有串行发动机研制模式，制造企业在面对原串行意识根深蒂固、前段风险不可控、缺少流程支撑等重重困难下，建立了设计制造并行协同的发动机研制流程，并主要通过某型发动机型号研制进行了应用实践。通过实践的试炼，取得了一定成效，同时也为设计制造协同工作的进一步细化和优化提供了寶贵经验。但仍然存在设计制造协同信息化应用程度不高、设计与制造并行协同深度尚浅、前沿先进技术协同研究不足等问题，这将成为以后设计制造协同研究与应用工作的重点。

参考文献：

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