面向航空发动机装配和使用过程的防错设计研究

面向航空发动机装配和使用过程的防错设计研究现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也越来越迅速，现代化建设的发展也有了很大的创新。针对发动机装配过程中可能出现的错误和缺陷，研究了防错技术在装配线上的应用；通过详细介绍防错技术的概念、分类，系统阐述了防错技术的设计思想及应用原则，为防错技术的应用提供了正确指导；应用防错技术可以实现发动机装配零缺陷质量控制，从而保证产品质量满足设计及用户要求，实现“创新驱动、质量为先、提前预防、全员参与”的制造理念。标签：面向航空发动机装配；使用过程；防错设计研究引言基于航空发动机装配和使用环节受人为因素影响较大的特点，阐述了开展防错设计的必要性。近年来，航空发动机的研制全面走向自主设计。区别于过去的测仿研制过程，设计方案的合理性将更多地依赖设计团队对产品及其全寿命周期内各项工作的理解程度，这要求设计人员能够主动识别后续过程的风险，并制定应对措施。其中，对航空发动机装配和使用过程中的人为差错这类影响程度极高的风险，应采取消除风险源的方式，彻底杜绝其发生的可能性。而在设计时面向装配和使用环节采取防错设计措施，正是一种从源头避免人为差错发生的方式。1防错技术的概念、分类及等级1.1概念防错（POKA-YOKE）技术是日本工程师Shi-geoShingo提出的，本义就是“防止错误”。在ISO/TS16949中，防错的定义是为防止不合格产品的制造而进行的产品和制造过程的设计和开发。在QS-9000中，防错的定义是使用过程或设计特征来防止制造不合格品。两个标准中对防错的定义体现了一个核心，即防止制造不合格品。防错技术是一种在制造过程中采用自动作用、警示、标识、分类等手段，使作业人员在不特别注意时，也不会失误的方法；防错技术可以是一个装置，也可以是一个机械或是一种检查手段，防错技术已被越来越多的企业作为以预防为原则的零缺陷质量控制工具，并引入到质量管理体系及生产实际中。1.2分类目前在发动机装配线或装配工位上，采用设备防错和人工防错相结合的防错方式。防错应用在发动机装配过程的零组件识别、装配验证、性能测试、工装定位等，从而避免众多的失效模式，保证发动机装配质量。1.3等级防错等级一般分为不制造缺陷的防错、不传递缺陷的防错、不接受缺陷的防错。防错技术最理想的状态为不制造缺陷防错，即不制造坏的零件，可能损坏的零件数量为零。这种防错最主动、最经济，是可预见并防止错误的控制技术。如发动机装配线或装配工位上使用的传感器感应零件存在、防止零件漏装的防错，可以达到不制造缺陷的目的。由于可能出现的缺陷或造成缺陷的原因不同，避免不了采用其他两种不传递缺陷及不接受缺陷的防错技术，其中不接受缺陷的防错技术，需要额外增加投资，实际应用成本高，如装配线上的安装力矩性能测试，密封性性能测试、电气性能测试等工位，属于不接受缺陷的防错。2面向装配和使用过程的防错设计需求作为一个复杂系统，航空发动机及其精密附件装配和使用过程的质量受人为因素的影响较大，主要表现为：（1）航空发动机结构复杂，零件多，精度高，装配工艺繁杂，而国内许多同类产品的装配又采用手工模式，错装、漏装现象时有发生；（2）当前航空发动机型号较多，一般采用小批量生产方式，对于众多的型号，尤其是一些新研产品，前期装配工艺不太成熟，且专用工装难以在短期内配备齐全；（3）由于其多系统耦合、且出动频率高的特点，航空发动机及其精密附件的维护频率较高，且由于减重的需要，飞机及发动机的结构非常紧凑，导致维护工作有一定难度；（4）航空发动机的安全性要求较高，对操作的限制较多；（5）作为飞行平台的一部分，航空发动机会受到来自外部环境和飞机其他系统的非预期影响。正是由于航空发动机及其精密附件的装配和使用过程存在上述特点，相比在装配和使用时补充采取的防错装置及措施，设计人员采取的防错设计更能满足产品全寿命周期各个阶段的需要，且成本更低。3优化措施分析3.1减少装配难度1）单元设计思想，减少系统的复杂程度，对不同单元体分别装配、检测与调试，化整为零，化复杂为简单。2）工具可达性好，工具能够可达、可视，最好能使用电动、气动等先进的自动工具，且装配后可测量，不能依赖工人感觉判断。3.2减少维护难度1）工具的种类应该少并且系列化，包括扳手、检查设备、清洗设备等，如T700系列发动机要求外场维护中使用的扳手应少于十把。2）工具可达性应该好，人工维护检查项目不能太多，日检、周检、月检等检查要求应合理安排，否则容易导致用户犯错。3.3防止使用中的错误1）自动回复到正确位置，如某型发动机的超转模块，以及内燃机的离心超转断油限速开关，均是先断油，使转速恢复至合理范围后又重新喷油。2）物理措施保护，如开关位置防误碰采用凹槽、隔板、翻盖等措施。3）保险装置，如需要双发断油时，双手必须同时按操作钮，才能执行工作。4）提高自动化程度，减少人工因素和劳动强度，如飞机自动驾驶、试验自动测试。5）规范人的使用行为，可采用虚拟仿真、模拟驾驶舱提高操作规范程度，同时还可以针对驾驶过程中的人为因素，设计监视装置，如民航1997年发布了一项安全管理适航指令，要求所有飞机加装快速存取记录器，使每个飞行日的数据可以快速导出，并加载到飞行模拟器中检查有无违章行为，民航将无后果违章等同事故处罚，人为因素的违章行为急剧下降。3.4防错设计的几种应用方式a.工夹具的不相容设计：利用产品外形的差异，在其放置的夹具上设计对应的独特形状，使其他的產品无法放置，从而预防错误。适用于有产品混淆、尺寸不合格、漏安装的场合。值得注意的是，这种防错的有效性基本最高，能确保不装配出不合格品，是优先考虑使用的。b.在线检测：利用各类传感器对产品进行在线检测，如尺寸测量、产品测重、图像识别、电流检测等。传感器的检测信号与设备连锁，一旦发现不合格品即报警或停机。c.不合格品定置管理：在不合格品存放的指定位置设置传感器，当设备检测到不合格品时，不合格品必须被放入指定位置，经传感器确认后，设备才能恢复运转。适用于测试设备等有不合格品检测下线的工序。能有效防止标识不明造成的不合格品再度混入。d.过程顺序强制化：在动作流程中，通过程序设计，使操作只能按照标准顺序进行，一旦有工序遗漏或顺序颠倒，就报警并中断运行。适用于单个操作工有多个零件装配容易漏装工序的场合，也可用于设备运行顺序的监控。3.5装配位置的唯一性1）差异放大：如果相似零（部）件无法通用，就应该放大这些零部件之间的差异性，可使其长度、直径或宽度明显不同，导致错误的零件无法装入，也可以使用异型结构以便于区分，如在类似的垫片上设置缺口。2）干涉限位：如对相似零（部）件设置大小不同或者角度不同的定位槽（销）。3）避免形似神不似：避免使用不同材料相同尺寸的零件，如螺钉。结语总结了航空发动机装配和使用过程质量受人为因素影响较大的原因，论证了从设计源头实施防错设计的必要性和重要性。面向装配和使用过程，归纳了防错设计要求及实现的方法，并给出了典型案例。防错设计是航空发动机设计工作的一部分，与设计方案应该同策划、同实施、同检查。在航空发动机的方案设计及工程设计中，均可参照本文提出型号的防错设计要求及可采用的方法，并组织各专业开展防错设计分析并形成专题报告，推进航空发动机的防错设计工作。参考文献[1]汪邦军.Poka-Yok