基于并行工程的航空发动机设计制造协同模式优化研究

基于并行工程的航空发动机设计制造协同模式优化研究

0设计制造深度协同的障碍航空发动机是国家的重要设备，是制造业的尖端。其开发过程技术高、风险高、周期长、投资多、学科和专业。他们拥有密集的知识、密集的技术密集和密集的资金。这需要不同的部门和领域，特别是在设计和制造之间的紧密合作方面。但长久以来航空发动机研究所与制造厂分离的模式，厂所间数字化技术分散独立发展，一定程度上也导致了设计制造深度协同方面存在着较多的障碍。近年来，为响应国家对航空发动机产业的发展需要，加快航空发动机自主创新发展，缩短产品研制周期，提高产品研制质量，传统的设计制造协同模式正在被逐渐打破，基于并行工程的设计制造协同模式正在逐渐探索和推广中。1设计数据的发放原则航空发动机型号研制中，厂所间多采用传统的串行设计方式，即按照不同的研制阶段、不同的工作内容顺序开展相关工作，往往在设计阶段不能很好地考虑产品的可制造性、可装配性、可生产性、可维护性等多种因素，因而不可避免地造成设计图纸频繁更改、技术状态管控不到位、试验反复、开发周期长、成本高等问题。串行设计伴随着频繁的更改和重设计对于串行设计的弊端，长线件（生产准备周期较长的零件）尤为突出，针对这种情况，厂所间通过研究，在设计数据正式发放前增加了预发放流程，即在设计达到一定成熟度时，将设计数据预先发放到制造厂，供工艺部门提前准备生产工艺对标国外先进航空发动机企业发展历程，普遍通过搭建全球化的设计制造一体化集成协同平台，统一管控模式、技术架构和软件工具，实现在全球范围内部署其业务协同系统，构建跨组织、跨平台、跨地域的协同工作环境。目前国内航空发动机集成化协同研制平台尚处于建设阶段，但传统的设计制造协同模式已不能满足航空发动机产业基于正向设计和自主研发体系建设的协同研制要求，逐渐成为制约航空发动机产品快速研制和质量提升的瓶颈之一。2基于同时设计和制造的合作模式2.1设计工艺交互按照“并行工程”的理念，由跨功能、多学科的产品开发人员组建能力互补、专业互补的综合产品团队（integratedproductteam,IPT），团队间并行协同、团队内自主工作，充分发挥整个行业专业化分工、协调管理和资源分配的优势，这样可以在设计的同时综合考虑工艺、制造、装配等下游各方面可能出现的问题，及时沟通，使问题及早暴露在设计阶段并加以解决，避免了常见的设计错误，使设计工作“一次就能做对”，提高设计发放数据的成熟度，从而提高产品研制质量基于此，厂所双方联合开发了协同设计流程，如图2所示。其中，论证阶段（针对民机为需求分析与定义阶段）厂所双方联合创建IPT团队。IPT团队是并行工程的组织机构，是提升协调、沟通、合作能力，减少重复设计，提高产品研制效率的基础，一般包括来自设计、试验、工艺、生产、装配、标准化、项目管理等各部门的人员，所有的成员被委托以同样的目的、行为目标和工作方法，并相互协作。方案阶段（针对民机为初步设计阶段）在IPT团队的基础上，根据型号设计思路和需求，由设计人员编制结构方案图，并进行厂所协同确认签署，具体流程如图3所示。其中：“设计工艺交互”节点主要要求如下：1）节点参与人员包括制造工程师（1人或2人）和普通工艺员（多人，人数不限），制造工程师具有审批权限，普通工艺员仅能提出修订建议；2）创建流程时设计人员仅需选择制造工程师人员，其余普通工艺员由制造工程师在流程行至该节点时进行选择；3）流程行至该节点时，设计人员具有修改“目标”文件夹下流程数据的权限；4）流程行至该节点时，制造工程师和普通工艺员可在流程文件夹中放置厂所协同记录表，用于记录对结构方案图的修改意见；5）流程行至该节点时，设计人员应根据厂所协同记录表中记录的意见，同相应的工艺人员协调处理，并由制造工程师最终确认结构方案图；6）制造工程师在最终确认结构方案图后，批准通过该节点。“设计确认”节点由设计人员进行确认，流程自动将厂所协同记录表放入“目标”文件夹下并冻结，在此节点中设计人员不能修改结构方案图，也不能删除厂所协同记录表。其余有关“审核”、“会签”、“批准”、“意见处理”、“意见处理确认”、“发布”等节点要求与传统签署流程无异。发布后，结构方案图数据冻结，流程结束。在方案阶段完成结构方案图后，由设计人员完成选材报告，工艺人员完成整机层面的工艺可行性及经济性分析报告，并相互以设计会签、工艺会签的形式进行确认。工程研制阶段（针对民机为详细设计阶段）主要完成对正式制造模型以及毛坯图的协同发布。设计人员根据确认后的结构方案图，在原有版本上修订编制正式制造模型或二维工程图（对于采用MBD设计的型号，应编制正式制造模型；对于采用二维工程图作为型号研制生产依据的，应编制二维工程图）。正式制造模型或二维工程图应进行厂所协同发布，具体流程如图4所示。归档后，流程结束，正式制造模型或二维工程图处于发布状态。在工程研制阶段完成正式制造模型的审批发布后，制造厂应编制工艺审查报告和毛坯图，并由研究所进行会签，同时组织开展生产准备，使用维护保障手册在该阶段由厂所协同编制。2.2产品品质、工艺和标准缺失设计制造协同模式的优化不仅在于统一的设计流程，企业标准的共享互通对于设计制造深度融合同样具有非常重要的意义，其最终目标是通过同一套标准、同一个流程，实现全过程的技术状态管控。同时，根据民机适航要求，型号合格证持有人应管控民机材料标准和工艺标准，传统模式下，厂所双方的企业标准均为独立编制，相互之间参与的很少，无法满足民机型号适航取证需求。随着设计制造协同模式的深入探索，厂所之间标准共享互通的需求也日益凸显。针对这种情况，厂所间进行协调，签订企业标准互通协议，一方面通过网络互通，标准数据库互联，实现各自企业标准共享；另一方面，确定厂所联合企业标准编制范围，主要包括材料、工艺、典型零件建模、MBD设计、MBD制造、EBOM管理、协同设计与数据发放等方面，共同编制的企业标准应由双方主管领导共同签署发布，产权共有。3设计制造实现了“一次把东西做对”面对航空发动机产品结构高度复杂、研制周期长、型号任务重、多地域分布等特点，通过优化设计制造协同模式，搭建统一的厂所协同设计流程，实现设计与工艺人员的深度交流，有效地贯彻了“一次把事情做对”的理念，减少了设计制造的反复迭代，以某试点型号为例，经PDM系统统计，全年图样设计更改数量较其它型号减少了约60%，其中可生产性更改基本得以消除，型号研制效率大幅提升。同时，通过开展厂所联合企业标准编制（图5所示）以及企业标准管理系统的网络直连，实现了双方企业标准的共享互通，促进了双方在协同领域的交流沟通，提高了企业标准的利用率，促进了型号研制中标准的贯彻实施，对于设计制造一体化的标准体系搭建起到了积极的推动作用。4航空发动机企业面临的新机遇和挑战面对经济全球化、市场激烈竞争和国外高度垄断的形势，加快航空发动机产业自主创新发展，对增强我国经济和国防实力、提升综合国力具有重大意义。从富国强军战略高度出发，国家实施“两机”重大专项，党中央和国务院作出组建中国