面向航空發(fā)動機裝配和使用過程的防錯設計研究

面向航空發(fā)動機裝配和使用過程的防錯設計研究現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，我國的科學技術的發(fā)展也越來越迅速，現(xiàn)代化建設的發(fā)展也有了很大的創(chuàng)新。針對發(fā)動機裝配過程中可能出現(xiàn)的錯誤和缺陷，研究了防錯技術在裝配線上的應用；通過詳細介紹防錯技術的概念、分類，系統(tǒng)闡述了防錯技術的設計思想及應用原則，為防錯技術的應用提供了正確指導；應用防錯技術可以實現(xiàn)發(fā)動機裝配零缺陷質(zhì)量控制，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足設計及用戶要求，實現(xiàn)“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、提前預防、全員參與”的制造理念。標簽：面向航空發(fā)動機裝配；使用過程；防錯設計研究引言基于航空發(fā)動機裝配和使用環(huán)節(jié)受人為因素影響較大的特點，闡述了開展防錯設計的必要性。近年來，航空發(fā)動機的研制全面走向自主設計。區(qū)別于過去的測仿研制過程，設計方案的合理性將更多地依賴設計團隊對產(chǎn)品及其全壽命周期內(nèi)各項工作的理解程度，這要求設計人員能夠主動識別后續(xù)過程的風險，并制定應對措施。其中，對航空發(fā)動機裝配和使用過程中的人為差錯這類影響程度極高的風險，應采取消除風險源的方式，徹底杜絕其發(fā)生的可能性。而在設計時面向裝配和使用環(huán)節(jié)采取防錯設計措施，正是一種從源頭避免人為差錯發(fā)生的方式。1防錯技術的概念、分類及等級1.1概念防錯（POKA-YOKE）技術是日本工程師Shi-geoShingo提出的，本義就是“防止錯誤”。在ISO/TS16949中，防錯的定義是為防止不合格產(chǎn)品的制造而進行的產(chǎn)品和制造過程的設計和開發(fā)。在QS-9000中，防錯的定義是使用過程或設計特征來防止制造不合格品。兩個標準中對防錯的定義體現(xiàn)了一個核心，即防止制造不合格品。防錯技術是一種在制造過程中采用自動作用、警示、標識、分類等手段，使作業(yè)人員在不特別注意時，也不會失誤的方法；防錯技術可以是一個裝置，也可以是一個機械或是一種檢查手段，防錯技術已被越來越多的企業(yè)作為以預防為原則的零缺陷質(zhì)量控制工具，并引入到質(zhì)量管理體系及生產(chǎn)實際中。1.2分類目前在發(fā)動機裝配線或裝配工位上，采用設備防錯和人工防錯相結合的防錯方式。防錯應用在發(fā)動機裝配過程的零組件識別、裝配驗證、性能測試、工裝定位等，從而避免眾多的失效模式，保證發(fā)動機裝配質(zhì)量。1.3等級防錯等級一般分為不制造缺陷的防錯、不傳遞缺陷的防錯、不接受缺陷的防錯。防錯技術最理想的狀態(tài)為不制造缺陷防錯，即不制造壞的零件，可能損壞的零件數(shù)量為零。這種防錯最主動、最經(jīng)濟，是可預見并防止錯誤的控制技術。如發(fā)動機裝配線或裝配工位上使用的傳感器感應零件存在、防止零件漏裝的防錯，可以達到不制造缺陷的目的。由于可能出現(xiàn)的缺陷或造成缺陷的原因不同，避免不了采用其他兩種不傳遞缺陷及不接受缺陷的防錯技術，其中不接受缺陷的防錯技術，需要額外增加投資，實際應用成本高，如裝配線上的安裝力矩性能測試，密封性性能測試、電氣性能測試等工位，屬于不接受缺陷的防錯。2面向裝配和使用過程的防錯設計需求作為一個復雜系統(tǒng)，航空發(fā)動機及其精密附件裝配和使用過程的質(zhì)量受人為因素的影響較大，主要表現(xiàn)為：（1）航空發(fā)動機結構復雜，零件多，精度高，裝配工藝繁雜，而國內(nèi)許多同類產(chǎn)品的裝配又采用手工模式，錯裝、漏裝現(xiàn)象時有發(fā)生；（2）當前航空發(fā)動機型號較多，一般采用小批量生產(chǎn)方式，對于眾多的型號，尤其是一些新研產(chǎn)品，前期裝配工藝不太成熟，且專用工裝難以在短期內(nèi)配備齊全；（3）由于其多系統(tǒng)耦合、且出動頻率高的特點，航空發(fā)動機及其精密附件的維護頻率較高，且由于減重的需要，飛機及發(fā)動機的結構非常緊湊，導致維護工作有一定難度；（4）航空發(fā)動機的安全性要求較高，對操作的限制較多；（5）作為飛行平臺的一部分，航空發(fā)動機會受到來自外部環(huán)境和飛機其他系統(tǒng)的非預期影響。正是由于航空發(fā)動機及其精密附件的裝配和使用過程存在上述特點，相比在裝配和使用時補充采取的防錯裝置及措施，設計人員采取的防錯設計更能滿足產(chǎn)品全壽命周期各個階段的需要，且成本更低。3優(yōu)化措施分析3.1減少裝配難度1）單元設計思想，減少系統(tǒng)的復雜程度，對不同單元體分別裝配、檢測與調(diào)試，化整為零，化復雜為簡單。2）工具可達性好，工具能夠可達、可視，最好能使用電動、氣動等先進的自動工具，且裝配后可測量，不能依賴工人感覺判斷。3.2減少維護難度1）工具的種類應該少并且系列化，包括扳手、檢查設備、清洗設備等，如T700系列發(fā)動機要求外場維護中使用的扳手應少于十把。2）工具可達性應該好，人工維護檢查項目不能太多，日檢、周檢、月檢等檢查要求應合理安排，否則容易導致用戶犯錯。3.3防止使用中的錯誤1）自動回復到正確位置，如某型發(fā)動機的超轉(zhuǎn)模塊，以及內(nèi)燃機的離心超轉(zhuǎn)斷油限速開關，均是先斷油，使轉(zhuǎn)速恢復至合理范圍后又重新噴油。2）物理措施保護，如開關位置防誤碰采用凹槽、隔板、翻蓋等措施。3）保險裝置，如需要雙發(fā)斷油時，雙手必須同時按操作鈕，才能執(zhí)行工作。4）提高自動化程度，減少人工因素和勞動強度，如飛機自動駕駛、試驗自動測試。5）規(guī)范人的使用行為，可采用虛擬仿真、模擬駕駛艙提高操作規(guī)范程度，同時還可以針對駕駛過程中的人為因素，設計監(jiān)視裝置，如民航1997年發(fā)布了一項安全管理適航指令，要求所有飛機加裝快速存取記錄器，使每個飛行日的數(shù)據(jù)可以快速導出，并加載到飛行模擬器中檢查有無違章行為，民航將無后果違章等同事故處罰，人為因素的違章行為急劇下降。3.4防錯設計的幾種應用方式a.工夾具的不相容設計：利用產(chǎn)品外形的差異，在其放置的夾具上設計對應的獨特形狀，使其他的產(chǎn)品無法放置，從而預防錯誤。適用于有產(chǎn)品混淆、尺寸不合格、漏安裝的場合。值得注意的是，這種防錯的有效性基本最高，能確保不裝配出不合格品，是優(yōu)先考慮使用的。b.在線檢測：利用各類傳感器對產(chǎn)品進行在線檢測，如尺寸測量、產(chǎn)品測重、圖像識別、電流檢測等。傳感器的檢測信號與設備連鎖，一旦發(fā)現(xiàn)不合格品即報警或停機。c.不合格品定置管理：在不合格品存放的指定位置設置傳感器，當設備檢測到不合格品時，不合格品必須被放入指定位置，經(jīng)傳感器確認后，設備才能恢復運轉(zhuǎn)。適用于測試設備等有不合格品檢測下線的工序。能有效防止標識不明造成的不合格品再度混入。d.過程順序強制化：在動作流程中，通過程序設計，使操作只能按照標準順序進行，一旦有工序遺漏或順序顛倒，就報警并中斷運行。適用于單個操作工有多個零件裝配容易漏裝工序的場合，也可用于設備運行順序的監(jiān)控。3.5裝配位置的唯一性1）差異放大：如果相似零（部）件無法通用，就應該放大這些零部件之間的差異性，可使其長度、直徑或?qū)挾让黠@不同，導致錯誤的零件無法裝入，也可以使用異型結構以便于區(qū)分，如在類似的墊片上設置缺口。2）干涉限位：如對相似零（部）件設置大小不同或者角度不同的定位槽（銷）。3）避免形似神不似：避免使用不同材料相同尺寸的零件，如螺釘。結語總結了航空發(fā)動機裝配和使用過程質(zhì)量受人為因素影響較大的原因，論證了從設計源頭實施防錯設計的必要性和重要性。面向裝配和使用過程，歸納了防錯設計要求及實現(xiàn)的方法，并給出了典型案例。防錯設計是航空發(fā)動機設計工作的一部分，與設計方案應該同策劃、同實施、同檢查。在航空發(fā)動機的方案設計及工程設計中，均可參照本文提出型號的防錯設計要求及可采用的方法，并組織各專業(yè)開展防錯設計分析并形成專題報告，推進航空發(fā)動機的防錯設計工作。參考文獻[1]汪邦軍.Poka-Yok