中国航发涡轮院和航发动力推进设计制造协同实践纪实
发布时间: 2024-05-31 来源:行业新闻
“涡轮叶片研制周期减少4个月,铸件交付率提升27%,优化后的设计制造协同模式,有效推动重点型号研制周期大幅度缩短。”
2023年秋天,百余件涡轮叶片提前交付,现场响起阵阵掌声。这标志着中国航发涡轮院与航发动力以高压涡轮转子叶片为典型部件开展的设计制造协同优化模式,取得阶段性成果。
“能不能更快一点”“能不能更好一点”,银杏叶般大小的涡轮叶片背后,项目团队中的每一个人都用自己的方式努力探索。
有人通过“抵达”:每月登上从成都开往西安的列车,在秦岭隧道起伏的明暗交错中,把不断迭代修改的设计的基本要求第一时间传递至制造一线;
有人选择“改变”:在图纸和产品的反复映射中思索设计制造协同过程标准化,分阶段深度并行协同;
还有人依靠“连接”:从整体到精细、从特殊到普遍,发动机的整体最优是一直不变的追求。
在AEOS“建用结合”的原则下,小小的涡轮叶片,记录着研制人员不断向前的协同脚步。
涡轮院绵阳试验基地,是近60岁的涡轮叶片专家黄文周工作了10余年的地方。
每次做完涡轮叶片验证试验,他都会带上试验数据,前往西安迭代修改,这条路,他不知跑了多少趟。
黄文周还记得第一次到西安完成图纸会签、与现场组的同事就工艺问题交流时的场景。初来乍到的黄文周有话直说、不轻易退让,为了使产品精益求精,他经常和同事争论得面红耳赤。
为了设计出更好的叶片,他和项目团队决定从最基础、最琐碎单调的工作做起。长时间驻扎在离家数百公里的制造现场,他们花费大量时间一笔一画将制造现场的重要信息“描”进电脑,“像交朋友一样去重新认识每一个部件的样貌、性格和脾气”,直到把设计图纸上的思考完全转化为手中沉甸甸、亮晶晶的关键部件。
甚至有2年多时间,这样的协同长期处在高强度“赶工”状态。曾经遇到过一次十张图纸均未达到预期的情况,让小组成员非常焦虑。为了尽快摸清了解制造工艺,大家主动改变以往“扔过墙”的协同方式,立下了“现时现地现物处理”的“军令状”。
“项目初期没什么特别好的办法,只有下苦功夫。”哪一种方案更好、哪一种方案性价比更高、哪一种方案更容易实现工业化,不同立场的人都有不同的答案。但在黄文周看来,值得尊重的成绩很难一蹴而就,航空发动机研制不会有捷径,必须回归最本质的规律,才能真正抵达理想的目标。
羊肉泡馍是西安的特色,也是涡轮院出差在外的项目团队最喜欢的美食。随着设计制造协同不断深入,大家发现:泡馍要好吃,需要在烙饼的过程中不断翻动拍打,但是要想加快研制速度,“翻烧饼”式的反复更改必须减少。
改变,发生在AEOS产品研制体系建设过程中。在集团统一指导下,涡轮院和航发动力开始共同以“加快”为目标的协同流程变革。
设计所不再关着门、憋着劲自己研究设计图纸;制造厂也不再习惯于等待,而是积极向设计系统学习反馈。统一思想、统一标准、统一目标,像杨雨超一样的年轻设计师如饥似渴地学习、求教、沟通,干了10余年叶片制造的宋建兵笑着说:“像‘为何需要在叶芯上增加支撑’这样的问题,他们能追着我问很久。”
打破原有模式,一切都变得极具挑战。从一两个具体的部件,上升到部件背后的流程,大家意识到初步并行协同流程带来的角色不明确、节奏不统一、标准不完善等,才是真正的难题。曾经站在前辈肩膀上汲取数十年的实践经验,如今需要迈出新的一步。
按照“研制活动耦合化,协同工作标准化”的基本思路,项目团队发现串联式的协同是发生迟滞的流程堵点。“就像一个车水马龙的十字路口,多台指示灯同时引导不同方向的车流一定比单台指示灯逐一提醒的效率高很多。”
为了印证心中所想,两家单位一方面组建厂所协同团队,提前明确责任,12项具体职能与成员角色一一对应,确保任务快速落地;另一方面耦合设计和制造活动,新增14个协同成熟度点,使制造活动提前,融入设计初始活动,提高并行深度和广度。
更重要的是审核方式。将可制造性需求纳入评审,使单向审核转变为双向审核,探索出一种深度并行融合模式,并将标准固化,形成基于PDM(产品数据管理系统)平台的数字化协同,节约了大量携带实物异地会签的时间。
“与其说是设计制造一个整体,不如说是组合无数个精细的部件。发动机每一个细微的变化,都需要漫长且复杂的设计优化和制造验证。”涡轮院涡轮技术研究室副主任张维涛说,工程师的任务是通过体系和流程,把千千万万个精巧的部件连接在一起。“这既是从无到有的自主探索,也是从特殊到普遍的研发过程。”
从2021年开始,项目团队聚焦“加工精度要求高、特殊过程多、合格率低、成本高”等关键堵点,选取包括涡轮叶片在内的13个典型部件作为突破研制周期和减少相关成本的关键。
随着自主研制工作不断深入,整机对于涡轮叶片的要求也慢慢变得高。根据研制需要,项目团队必在短时间内修改设计并保证生产效率。这表面是局部性能的提升,但牵扯的是无数个细节,特别是定位结构改进需求识别不全让研制人员十分苦恼。
“研制工作是不容易的,真不容易。”张维涛连着强调了两次。科研的过程本身是冰冷的,充斥着数据和公式,但是我们也有自己的创造感和成就感。
为了“一次成功”,项目团队在叶片设计的具体方案出台之前,就主动新增加可制造性需求14项,并对工厂制造能力做多元化的分析。在团队创新的“1+X+L”协同流程下,工厂技术骨干直接在设计现场第一时间识别了涡轮叶片薄弱环节,主动建议改变局部速度而提升整体可制造性,提前暴露可制造性问题32项,让研制周期缩短了4个月。
不仅如此,为提升整体优化速度,5位制造领域代表专项攻关,与设计人员相互配合,对尺寸、加工方法等问题及时开展协助,准确挖掘出70余条可优化的工作项,使以涡轮叶片为代表的典型零件制造成为可推广可复制的协同实践。
秋天是硕果丰收的美好季节,银色的涡轮叶片宛如一片片落叶,凝聚着研制人员从设计到制造的宝贵收获。承制厂深度参与前端活动,设计所敏捷掌握制造过程的深层次地融合,这样的协同将伴随着AEOS建设应用,不断推动航空发动机自主研制开创新局面。