航空發動機裝配的「革命」，我們要造自己的發動機脈動總裝生產線！

航空發動機裝配是發動機製造過程中最為重要的環節之一，其裝配技術水平和裝配質量直接影響發動機的工況特性，決定著發動機的可靠性、壽命及主要性能參數。但是，業內航空發動機總裝配多年來依然採用傳統裝配方法，圍繞固定站位，基於剛性型架進行手工垂直裝配，裝配質量不穩定，裝配效率低，工人勞動強度大，裝配作業管理困難，與國際先進航空發動機裝配技術的差距巨大，已成為制約我國航空工業發展的瓶頸之一。在中國製造2025 戰略的指引下，研究航空發動機數字化脈動裝配技術，規劃發動機脈動總裝生產線，對提升航空發動機製造技術水平，實現跨越發展具有重大意義。

航空發動機由數千或上萬的零件以及由這些零件組成的組件、部件、單元體和系統附件、成品件組成。裝配是把製造合格的零、部、組件、單元體及成、附件，按設計總圖樣和技術規程進行組合，形成發動機整機的裝配生產過程。總裝配是指傳動機構裝配（簡稱傳動裝配或裸機裝配）和發動機外部、組件、附件各系統等零件按照一定程序安裝（稱發動機總裝配）的工藝過程，分為一次裝配（初裝）、二次裝配（檢裝）和研製過程的多次裝配。可以看出，航空發動機裝配非常複雜，需要完成初裝→試車→拆解→故檢→二次裝配→二次試車→交付的工藝過程。

目前，我國生產的航空發動機、壓氣機、渦輪等大部件連接時同軸度的調整，以及各轉子部件的軸向間隙調整，必須在發動機總裝配中進行，因為國內航空發動機設計的結構特點、製造水平的局限，決定了零件的互換性不強，必須經過選配調整才能達到總裝的技術要求，因此必須把發動機翻轉到垂直或處於一定角度的位置，才能完成裝配作業，有時可能還要反覆調整多次；且大多需要裝配工手工調整或安裝，上下移動到適當位置才能安裝。所以常採用固定站位裝配架進行安裝。資料顯示，有用裝配車架上的水平裝配，也有固定在4 或6根獨立裝配支柱上的水平裝配。但這種裝配只適合小批量生產，無法通過增加人手加快裝配，不適合大批量生產。也有資料顯示，採用電動升降平台（見圖1）可降低裝配工勞動強度。某企業採用地坑式總體設計方案，使用絲杠、絲母，渦輪、蝸桿組合升降機構，裝配架可任何位置定位，雙重自鎖，運行平穩，保證了航空發動機裝配安全性。但裝配過程均以手工裝配為主，裝配速度慢、效率低，發動機裝配質量受限於裝配人員技術水平。在生產組織、流程、工裝設備、配套模式等各方面仍沿用傳統裝配模式。

圖1 發動機垂直裝配電動升降平台

數字化脈動裝配技術研究進展

面向裝配過程的可視化管理方案，認為航空發動機裝配數字化關鍵技術（1）優化模塊。零件優配；（2）裝配工藝可視化。通過處理工藝規程信息、裝配過程動畫、提醒信息和警告信息，對裝配經驗總結與提煉。（3）裝配履歷管理。建立電子表格管理的數據結構，把裝配履歷表的信息轉化為結構化有源數據。

數字化裝配技術，主要包括數字化裝配協調技術、數字化裝配公差分析和分配技術、自定位與無型架定位數字化裝配技術、數字化裝配工藝設計技術和數字化裝配過程模擬驗證技術。通過虛擬裝配技術，建立公差和裝配模型，依據基於UG 的裝配特徵信息資料庫，完成了航空發動機裝配尺寸鏈的公差分析研究。

在論文《大型商用航空發動機整機裝配工藝淺析》中，介紹了大型商用航空發動機的構型特徵、裝配工藝和關鍵技術、發動機總裝工藝技術及展望。將發動機總裝理解為：將各個主單元體進行安裝，形成主機後，再進行剩餘外部結構（如附件、管路、安裝系統等）安裝，最終形成整機的過程。發動機總裝分為主機裝配和外部裝配兩部分，主機裝配（單元體之間的精確安裝）是總裝工藝核心技術內容，也是當前發動機裝配的主要工藝難點和薄弱點。當前手工藉助吊車完成主單元體的調姿和定位，很容易造成磕碰和卡滯，效率低。工人操作經驗是影響裝配質量的關鍵因素，並且未來高性能發動機具有精準的鏈接配合（間隙、過盈）要求，使當前的裝配技術方法面臨更大挑戰。

脈動式裝配生產線是按節拍移動的一種裝配線，運用精益製造思想，對裝配過程進行流程再設計、優化和平衡，實現按設定節拍的站位式裝配作業，達到縮短裝配周期、滿足客戶要求的裝配生產形式，是介於固定站位裝配與連續移動裝配之間的一種裝配生產形式，其典型特徵是產品移動時不進行裝配作業，裝配作業時產品不移動，建設流程如圖2 所示。

圖2 脈動式裝配線流程圖

根據關鍵尺寸對倉庫中需要裝配的零件進行分組，進行近年來，斯奈克瑪（SNECMA）、普惠（PW）等國際著名航空發動機製造企業，將汽車生產線集成理念應用於CMF56 系列發動機、PW800&PW1000 發動機脈動裝配流水線，取得成功。法國SNECMA 公司在巴黎Villaroche 工廠採用水平脈動式裝配模式建設CMF56系列發動機生產線，裝配效率提高了25%，生產周期減少30%，生產線2.5 天完成一台發動機裝配，加拿大普惠公司也取得了4h 生產一台發動機的效率。圖3 為法國CLEMENSSY 公司為SNECMA 公司做的一條CMF56發動機脈動式總裝線演示截圖。

圖3 CMF56發動機脈動式總裝線演示截圖2國產航空發動機脈動總裝線的可行性分析

根據脈動裝配線產品移動時不裝配，裝配作業時產品不移動，產品按節拍移動的典型特徵，決定了可裝配的發動機必須具備適合移動裝配的特徵。結合CMF56系列發動機、PW800&PW1000 發動機的結構特點分析，可以肯定採用大部件結構設計的大涵道比航空發動機更適合脈動裝配。由於大型軍用、民用飛機所選用的動力大多為大涵道比渦扇發動機，採用單元體設計，一般採用裝配架水平裝配或裝配井裝配。綜合分析認為，國產大涵道比發動機採用脈動裝配方式可行。

我國大型軍用、民用飛機研製正處於攻堅階段，其應用前景廣闊，市場需求量大，可以預見，隨著我國大飛機研製進程的不斷深入並進入市場應用，大涵道比渦扇發動機的需求量將越來越大。當前發動機裝配工藝水平、生產組織模式和裝配工裝已與發動機設計及零部件製造水平不協調，難以滿足大涵道比渦扇發動機、高質量、長壽命的裝配質量需求，也難以滿足國家對大涵道比渦扇發動機批量生產和維修的發展需求。

4規劃中應考慮的幾個問題

（1）我國大型軍用、民用飛機還處於研製階段，相應的大涵道比發動機還沒有固定的需求量，所以脈動總裝線應採用模塊化設計，先進行工藝重構和試驗，成熟後根據生產綱領進行複製建設。

（2）我國的航空發動機總裝，需要完成初裝→試車→拆解→故檢→二次裝配→二次試車→交付的工藝過程，所以在規劃中應充分考慮拆解和故檢工藝的實施方案，以及二次裝配零部件的識別和存儲方法。

（3）航空發動機的需求量不像汽車產量相對穩定。不同型號規格的發動機混線總裝，應充分考慮生產線的柔性，並採用多用途柔性工裝，減少工裝存儲空間，適應柔性裝配需求。

（4）國產發動機製造精度及工件一致性難以滿足批量生產裝配中的互換性要求，發動機下線幾率較大，應充分考慮生產線的下線功能和修理工位的建設。

（1）針對大涵道比渦扇發動機的裝配需求，在對現有裝配工藝分析總結的基礎上，通過節拍均衡評估、工藝分解重組和新工藝研究，規劃適合於發動機水平脈動式總裝配的工藝方案，結合流水線作業特點，完成大涵道比渦扇發動機水平脈動式裝配生產線總體布局設計，並進行工藝模擬優化。

（2）根據大涵道比渦扇發動機的結構特點、裝配工藝要求和水平脈動式裝配線的總體布局規劃，並行開展發動機主體水平位姿調整、保姿態升降和站位間安全運輸技術、典型單元體自動化調姿及水平對接裝配技術、關鍵裝配參數在線檢測技術及生產線集成控制技術進行研究。

（3）完成相關理論研究後，結合生產線的總體要求，研製模塊化裝配工位，實現發動機主體水平位置- 姿態調整、保姿態升降和站位間運輸功能，並開發相應的脈動生產線控制系統軟體；研製適合脈動式裝配生產的發動機單元體自動化調姿及水平對接工藝裝備並開發各類單元體調姿對接裝備控制軟體；研製可在線操作的整機轉靜子同軸度、轉子安裝軸向尺寸數字化測量設備；開發適合脈動生產方式的發動機裝配計劃調度管理、物流配送管理、裝配技術狀態控制等裝配生產管理系統。

（4）基於現場匯流排及工業乙太網技術，研究水平脈動式裝配生產線中不同設備、操作/ 管理軟體的集成、典型單元體調姿及水平對接裝備、在線測量設備、生產線移動控制系統、典型單元體調姿及水平對接控制軟體、生產線的管控系統的集成，形成脈動式生產線集成控制系統。

（5）利用研製的核心設備和軟體系統，結合具體的發動機裝配需要，開發集成式、柔性化單元體輔助裝配工裝，建設大涵道比渦扇發動機數字化水平脈動式裝配生產線，並進行發動機裝配轉線投產及持續改進。

6數字化脈動總裝應解決的技術問題

（1）發動機零部件的數字化檢測技術及標準。由於複雜的航空發動機零部件通常在不同的製造廠生產，檢測數據需要在生產廠間傳遞，在「互聯網+」和「大數據」時代，需要將檢測數據變成有源數據，所以必須解決數字化檢測和標準問題。

（2）發動機零部件、單元體的身份識別技術及標準。為了航空製造過程的可追溯性，傳統採用手寫零件號、條碼對零件進行標識，建立履歷表。要實現數字化裝配，需要建立數字化履歷表，零部件身份需要電子化自動識別，需要推進二維碼標識技術和標準（條碼的誤碼率較高）的技術研究和標準制定，研究單元體採用RFID 晶元身份識別技術及標準，並實現航空發動機互動式裝配

操作引導。

（3）數字化信息平台的技術規劃。利用互聯網技術，實現多廠製造協調、裝配計劃管理、裝配過程管理、裝配工位控制、電子履歷建立、數據分析統計、容差分配、工藝模擬等功能（見圖4）。

圖4 數字化信息平台

（4）航空發動機裝配的容差優化分配和工藝模擬技術。針對發動機總裝工藝規劃和優化的需求，對各大部件的檢測數據進行容差優化分配，採用三維數字化手段模擬發動機總裝工藝過程，模擬裝配路徑、次序和動態間隙，檢查可能存在的碰撞和干涉，驗證裝配操作的可方案進行實施，並將實施結果數據作為模擬模型的輸入，再次進行模擬迭代分析，對裝配線進行持續優化改進。

本文完成了基於離散事件模擬的飛機總裝裝配線數字化設計的初步研究，論證了流程模擬方法用于飛機總裝裝配線設計的可行性。通過實際應用，得到了模擬流程優化措施、相關變數定義和模型數據需求。對於模擬結果的分析策略、流程環節靈敏度分析、離散事件模擬優化的方法、不同流程的優化方案對比，以及未來與企業信息化平台（如MES、ERP）的交聯方式需要在後續工作中進一步探討。

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