夏满
中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 中国 上海 201306
摘要：社会进步迅速，我国的各行各业建设的发展也有了相应的改善。脉动装配生产组织模式能够有效提高航空发动机装配的质量和效率。通过对国产航空发动机脉动装配生产组织模式的需求分析，提出生产资源的精准配送是保证生产线实现脉动装配的关键。梳理国内外智能制造生态标准，结合发动机装配需求，提出基于实时数据驱动的航空发动机脉动装配生产线智能管控系统。总结出包括装配工艺仿真、智能排产与动态调度、物料标识与配送、技术状态管理、装配状态采集及优选优配等方面的关键技术。为建设智能、柔性、脉动的航空发动机装配系统提供技术支持。
关键词：航空发动机脉动装配；智能管控；技术研究
引言
航空发动机的装配先后经历了固定集中装配、固定分散装配和工序移动式装配、脉动装配线等几种模式的变迁。近年来，由于信息技术和管理理念快速发展，精益装配线的概念开始出现，并得到初步应用。精益装配线是将先进的数字化装配技术、管理理念集成融合到生产过程中，实现基于工艺和生产过程全面优化、基于模型的产品全过程数字化制造，以及基于信息流、物流集成的精益化生产管控，以提高生产线运行效率，提升产品质量稳定性的新型装配线。
1航空发动机的脉动装配生产线需求
脉动装配线是一种按节拍移动的装配生产线，具有装配的时候不移动，移动的时候不装配的特点，各装配站位完成各自站位相应的装配任务，实现专业化生产；各站位只配备适合本站位使用的工装、工具、工艺等，可以有效减少建设投资；各站位只了解自己站位的工艺规范，可以有效降低操作者对装配技能的要求。通过对大涵道发动机装配工艺需求的分析，规划了一条适合大涵道比发动机装配的脉动总装生产线；提到了容差控制和数字化管控系统的必要性。通过对数字化装配的需求分析，梳理出发动机数字化脉动总装应解决的技术问题有：发动机零部件的数字化检测技术及标准；发动机零部件、单元体的身份识别技术及标准；数字化信息平台的技术规划；航空发动机装配的容差优化分配和工艺仿真技术研究。在长期的脉动生产线规划建设中，通过多次调研和技术研究发现，要实现脉动装配光有适合人体工程学的工艺装备是远远不够的。通过观察发现，发动机脉动装配想要顺利生产，离不开生产资源的精准配送，这里不仅包括生产物料的精准配送，应该包含“人、机、料、法、环、测”的各种生产资源的精准配送。在赛峰工厂，配备有相当庞大的物料配送管理系统，在保证“三工”（即工艺、工装、工具）设计以人为本，充分考虑使用者方便的同时，还要保证各种生产资源的精准配套。尤其是生产零部件的配套，必须保证操作者按照推送的标准工艺方案进行操作，才可以装出一个合格的产品，这就要求在脉动生产线建设中充分考虑零部件的优选优配，选用符合装配需求的零组件进行配套，把“装”和“配”分离，首先进行零部件的优选配套，在生产现场只进行安装操作，尽量减少“配”的操作，使生产流程尽量标准化，这是脉动生产线顺利运行的最基本需求。
2智能化装配技术发展面临挑战
（1）装配工艺规划重组和节拍优化，不确定性因素多。基于传统固定站位装配模式的变革，需要从装配工艺源头开始进行工艺梳理，重点对工艺防错、防呆、防漏优化重组，结合发动机装配的构成，按站位合理分解装配工艺路线、节拍控制、装配任务、装配BOM、工艺装备、检测设备及器具等，涉及业务面广、协调难度大、硬件投入成本高，诸如此类的问题将带来很多不确定因素。（2）装配线建设技术路线不清晰，风险大。
国外航空发动机制造商，根据飞机总装脉动生产线的成功应用经验，结合新一代发动机的技术特点，借鉴水平脉动式装配模式，实现精益化制造，极大地提高了装配效率；而国内长期以来受技术体系习惯约束，航空发动机装配仍沿用“两装两试”的串行装配流程和相配套零件制造工艺，单元体模块化设计的独立性、通用性均不强，单项关键新技术、新装备运用不成熟，信息化管理存在盲区。发动机属于多品种、小批量产品，涉及到涡轴、涡桨、涡扇、活塞等不同结构机型，构建装配线技术路线不能机械采用国外装配模式，应从经济性方面考虑柔性装配特点，遵循自动化、数字化向智能化技术发展方向，进行专业性强、覆盖面广的顶层规划设计和决策。（3）装配模式受习惯性束缚，改变困难，效率低。航空发动机装配习惯于传统的生产组织形式、生产流程和工装工具。工艺规范体系不系统、不配套、不统一[11]，涉及人员频繁离线、清洗、标印、领物料、寻找工具、工装等。以可视化和信息化为代表的新技术运用，与传统生产工艺设备不配套、不融合，资源数据信息不完整、更新不及时，人机交互不友好，极大地影响工作效率，与生产人员绩效考核指标抵触，使生产组织模式变革的阻力加大。（4）装配物料信息交互实时性差，配送环节不畅通。航空发动机结构包括数千或上万个零件以及由这些零件组成的组件、部件、单元体和系统附件及成品件。其中存在装配执行过程中的零部件信息标识、识别管理、质量追溯困难等问题。物料信息采用人工传递，实时性差，物料配送效率不高，对于装配现场出现的质量问题，配送料响应性慢等问题普遍存在，严重影响整体交付周期。
3优化措施分析
3.1电动拧紧工具
利用设备中自带独立控制器的电动拧紧扳手，实现对连接件的定力矩、定转角的精确控制及监控，避免漏拧等质量事故发生，并实现装配后的可追溯性。电动拧紧工具通过偏移头的齿轮传动将扭矩输出到被拧紧工件上。偏移头的尺寸可以按照客户的实际要求进行设计，工具以扭矩要求来选定。这样可以解决空间比较狭小的螺栓螺母连接的快速拧紧的棘手问题，可以代替普通的开口扳手，提高装配效率和质量。电动拧紧工具的主要性能如下:1)自带可编程控制器，可通过开放协议上传数据，实现和脉动装配生产线装配质量数据系统数据联动;2)可通过脉动装配生产线系统下发拧紧程序的指令，按照工艺要求进行拧紧工作;3)闭口头开口工具，专门用于螺丝离壁较近、容易干涉的工位;4)扭矩数据可储存，可追溯。
3.2智能物流技术
航空发动机由上万个零件构成，需要达到单件溯源的要求。从零件制造到部装、总装流转过程复杂，特别是类似叶片精密加工零件，其形状与外观难以判别，在装配关键工位进行反复拆装和测量过程中极易发生混淆。因此，研究智能物流技术，利用物联网和智能管控技术相结合，建立物料标签、物料识别、位置跟踪、快速齐套、精准配送等系统至关重要。因发动机物料信息交互实时性差、物料配送响应慢，而影响整体交付进度和装配效率低的问题得以解决，降低生产管理成本和装配质量风险。主要技术研究重点：（1）发动机零件的数字化身份标识管理规范；（2）物料的自动识别及物料数据采集技术；（3）基于串行或并行装配物料精准配送技术；（4）基于制造数据优选优配齐套性技术；（5）零部件装配在线自动标印技术。
结语
应用装配新技术、新模式的发展思路和总体规划实施路径。从远期发展来看，系统性地归纳和总结每个生产装配环节涉及智能装配关键技术的应用，构建航空发动机智能装配技术体系总体框架，为即将量产机型或新机研制装配生产提供新技术、新方法，加强中国发动机制造装配技术中的薄弱环节，为不久的将来能够制造出具有竞争力的国产航空发动机高端装备提供借鉴。
参考文献
[1]刘超，赵洪丰，胡一廷，等.数字化装配在航空发动机装配中的应用研究[J].航空制造技术，2015，58（21）：46-50.
[2]赵明，涂冰怡.航空发动机关键部件结构及制造工艺的发展[J].航空制造技术，2015，481（12）：42-46.