馬東陽，鄧增君

（中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，湖南 株洲412002）

0 引言

在航空發(fā)動機(jī)的裝配和使用環(huán)節(jié)，會產(chǎn)生一些由人為差錯引起的產(chǎn)品缺陷，這些缺陷在飛行過程中造成的后果通常極為嚴(yán)重[1]。這些缺陷表面上看是由于操作不當(dāng)、檢驗不嚴(yán)甚至工藝不完善等問題引起的，而深層次的原因往往是：設(shè)計上考慮不周，未有效杜絕人為差錯發(fā)生的隱患[2-3]。例如，某發(fā)動機(jī)輔助安裝節(jié)裝反，飛機(jī)總裝時無法正常裝配，盡管設(shè)計圖上有前后安裝標(biāo)識，但不明顯，正反均可安裝，難以避免裝反；某機(jī)型發(fā)生雙發(fā)停車故障，原因是纖維堵塞濾網(wǎng)，工業(yè)部門認(rèn)為原因是維護(hù)不到位，而用戶則認(rèn)為是設(shè)計或制造不合理，導(dǎo)致維護(hù)要求過多。

近年來，航空發(fā)動機(jī)的研制全面走向自主設(shè)計。區(qū)別于過去的測仿研制過程，設(shè)計方案的合理性將更多地依賴設(shè)計團(tuán)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(shè)計人員能夠主動識別后續(xù)過程的風(fēng)險，并制定應(yīng)對措施[4]。其中，對航空發(fā)動機(jī)裝配和使用過程中的人為差錯這類影響程度極高的風(fēng)險，應(yīng)采取消除風(fēng)險源的方式，徹底杜絕其發(fā)生的可能性[5]。而在設(shè)計時面向裝配和使用環(huán)節(jié)采取防錯設(shè)計措施，正是一種從源頭避免人為差錯發(fā)生的方式[6]。

1 面向裝配和使用過程的防錯設(shè)計需求

作為一個復(fù)雜系統(tǒng)，航空發(fā)動機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，精度高，裝配工藝繁雜，而國內(nèi)許多航空發(fā)動機(jī)的裝配又采用手工模式，錯裝、漏裝現(xiàn)象時有發(fā)生；

（2）當(dāng)前航空發(fā)動機(jī)型號較多，一般采用小批量生產(chǎn)方式，對于眾多的型號，尤其是一些新研發(fā)動機(jī)，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(jī)的維護(hù)頻率較高，且由于減重的需要，飛機(jī)及發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)非常緊湊，導(dǎo)致維護(hù)工作有一定難度；

（4）航空發(fā)動機(jī)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(jī)會受到來自外部環(huán)境和飛機(jī)其他系統(tǒng)的非預(yù)期影響。

正是由于航空發(fā)動機(jī)的裝配和使用過程存在上述特點，相比在裝配和使用時補(bǔ)充采取的防錯裝置及措施，設(shè)計人員采取的防錯設(shè)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。

制冷系統(tǒng)和配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心中能源消耗最大的兩個系統(tǒng)，相對于這兩個系統(tǒng)而言，其他系統(tǒng)或設(shè)備如消防、監(jiān)控、環(huán)境照明等的耗電量幾乎可忽略。因此，可推導(dǎo)出以下近似公式：

2 面向裝配和使用過程的防錯設(shè)計方法

根據(jù)航空發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點和使用需求，通過具體分析航空發(fā)動機(jī)裝配和使用過程中的差錯預(yù)防需求，認(rèn)為航空發(fā)動機(jī)的防錯設(shè)計應(yīng)重點考慮的要求有：裝配位置的唯一性；裝配方向的唯一性；減少裝配難度；減少維護(hù)難度；防止使用中的錯誤；減少故障的影響。下面將根據(jù)上述要求，介紹具體的防錯設(shè)計方法和相應(yīng)的典型案例。

2.1 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(yīng)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(dǎo)致錯誤的零件無法裝入，也可以使用異型結(jié)構(gòu)以便于區(qū)分，如在類似的墊片上設(shè)置缺口。

2）干涉限位：如對相似零（部）件設(shè)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。

4）接口區(qū)分：不同電纜或管路的接口不同并且物理干涉，見圖1。

圖1 主副燃油管路的接口防錯設(shè)計

5）顏色區(qū)分：不同零（部）件涂上不同的顏色，使其變得醒目而易于區(qū)別，但只能作為不能實施物理防錯情況下的備用方案。

2.2 裝配方向的唯一性

1）非對稱設(shè)計：放大零件兩邊的差異使其完全不對稱，如將靜子組件和機(jī)匣的前端設(shè)計成較小的直徑，使靜子組件只能由后端裝入機(jī)匣，見圖2。

圖2 靜子組件裝配方向的防錯設(shè)計

2）完全對稱設(shè)計：讓零件沒有方向性，正反裝配均可。

3）有角度位置的零件應(yīng)有角度限位，并且防轉(zhuǎn)。如為了保證兩個機(jī)匣不發(fā)生錯位，通過周向非均布的螺栓孔及角向定位銷釘達(dá)到防錯的目的。機(jī)匣間裝配角度的防錯設(shè)計如圖3所示。

圖3 機(jī)匣間裝配角度的防錯設(shè)計

2.3 減少裝配難度

1）單元設(shè)計思想，減少系統(tǒng)的復(fù)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(fù)雜為簡單。

2）工具可達(dá)性好，工具能夠可達(dá)、可視，最好能使用氣動等先進(jìn)的自動工具，且裝配后可測量，不能依賴工人感覺判斷。

2.4 減少維護(hù)難度

1）工具的種類應(yīng)該少并且系列化，包括扳手、檢查設(shè)備、清洗設(shè)備等，如T700系列發(fā)動機(jī)要求外場維護(hù)中使用的扳手應(yīng)少于十把。

2）工具可達(dá)性應(yīng)該好，人工維護(hù)檢查項目不能太多，日檢、周檢、月檢等檢查要求應(yīng)合理安排，否則容易導(dǎo)致用戶犯錯。

2.5 防止使用中的錯誤

1）自動回復(fù)到正確位置，如某型發(fā)動機(jī)的超轉(zhuǎn)模塊，以及內(nèi)燃機(jī)的離心超轉(zhuǎn)斷油限速開關(guān)，均是先斷油，使轉(zhuǎn)速恢復(fù)至合理范圍后又重新噴油。

2）物理措施保護(hù)，如開關(guān)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(qiáng)度，如飛機(jī)自動駕駛。

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(shè)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(jī)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(dǎo)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。

2.6 減少故障的影響

1）外場可更換單元設(shè)計，所有容易損壞的零部件應(yīng)該能夠現(xiàn)場修復(fù)或者在現(xiàn)場快速更換。

2）強(qiáng)制自檢設(shè)計，如在控制系統(tǒng)中設(shè)置檢測模塊查找損壞元器件。

3）余度設(shè)計，如設(shè)置應(yīng)急噴嘴、滑油應(yīng)急旁通、控制系統(tǒng)雙通道四余度等，問題即使發(fā)生在短期內(nèi)也不會影響使用。

4）包容性設(shè)計，機(jī)匣將高速破裂的零件包在發(fā)動機(jī)內(nèi)，可以避免造成機(jī)毀人亡。

3 結(jié)束語

總結(jié)了航空發(fā)動機(jī)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(shè)計源頭實施防錯設(shè)計的必要性和重要性。面向裝配和使用過程，歸納了防錯設(shè)計要求及實現(xiàn)的方法，并給出了典型案例。

防錯設(shè)計是航空發(fā)動機(jī)設(shè)計工作的一部分，與設(shè)計方案應(yīng)該同策劃、同實施、同檢查。在航空發(fā)動機(jī)的方案設(shè)計及工程設(shè)計中，均可參照本文提出型號的防錯設(shè)計要求及可采用的方法，并組織各專業(yè)開展防錯設(shè)計分析并形成專題報告，推進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的防錯設(shè)計工作。