基于QC方法的固定翼飞机装配故障解决方案研究

基于QC方法的固定翼飞机装配故障解决方案研究

陈洲蛟万昌俊

陈洲蛟万昌俊

航空工业哈飞飞机设计研究所黑龙江哈尔滨150066

摘要：本文主要提出了在生产实际过程中遇到的飞机装配故障问题，介绍了通过有效的QC方法对问题进行的分析过程和主因的确定，并围绕主因从飞机设计的角度开展工作进而使故障问题得到有效的处理。

关键词：QC、固定翼、结构设计、装配

1选题理由

某型飞机是在我公司采用先进技术自主研发制造的新一代双发涡桨短途支线飞机，主要用于中短程支线运输，经过改装后可用于货运、海洋监测、航空摄影、空投空降等用途。根据技术指标和任务要求，确定飞机布局形式为上单翼，单垂尾低平尾布局和全金属、长桁隔框式半硬壳机身结构。由于速度和航程与上一代飞机相比都有大幅度的提高，为提高巡航速度以及减少飞行阻力，将起落架改为可收放式，取消对气动影响较大的子翼和撑杆，机翼为悬臂梁式结构。

该型机发动机舱采用安全寿命/破损-安全设计理念，安装在机翼前梁主承力肋上，通过桁架结构将发动机的产生的拉力传递到机翼上。发动机舱结构主要分为上罩组件、固定段组件、后罩组件、下罩组件。

在铆接生产过程中，暴露出发动机舱下罩框组件与冰雪分离通道组件装配困难的故障，严重影响飞机的交付进度，提高了后续架次生产的风险难度，为了能够尽快给出合理的方案，团队立即响应，迅速成立此项目QC活动小组，希望有效利用PDCA管理技术集思广益、集智攻坚，依靠团队的力量，得到最好的方案。

2现状调查

首先现场服务人员到一线现场与工艺、操作工人共同探讨，了解故障原因并寻找解决办法；同时设计团队成员使用三维模型对装配过程进行模拟分析，并对此部分结构的设计要求、功能要求进行分析了解，得到调查结果如下：

（1）车间工序间组件的交付状态限制了其他装配方法尝试的空间。

（2）冰雪分离通道形状两边张口中间收口，而框组件与冰雪分离通道的装配位置恰好处于收口位置。

（3）分析显示，框的通过孔可以满足冰雪分离通道的装配要求，但通过孔的翻边影响冰雪分离通道达到装配位置。

（4）设计技术要求规定的框组件防火封严功能和冰雪分离通道的内形要求不能动摇。

3设定目标：

由于该型机已经取得适航型号合格证，已经由研制阶段转至小批生产阶段，在进行方案更改时，必须要考虑的更加的全面。小组成员根据目前的现状调查情况及对前几架机情况的掌握，以解决问题故障为宗旨，综合考虑适航性、成本变化、重量控制等要素，通过小组讨论会共同商讨设定了如下目标：

（1）新方案必须从根本上解决装配问题，在保证设计意图的前提下，能够保证框组件与冰雪分离通道的装配要求。

（2）新方案应尽量避免大的更改，减少零件、装配工装的报废。

（3）新方案不得违法相关的适航条例。

（4）新方案的结构重量增重不得大于50g。

4原因分析

为了更为全面的找到故障原因，避免因个人的判断而有所遗漏，小组召开专项讨论会使用头脑风暴法对装配故障的原因进行了集思广益、脑洞大开的分析，共得到了如下9个原因：

框组件焊缝布置应改进；

两个组件的焊接变形影响装配；

冰雪分离通道未考虑装配补偿；

框组件未考虑装配补偿；

框组件装配位置应改进；

框组件通道位置应增加装配补偿；

材料薄、刚度差，配合型面难以保证；

框组件与冰雪分离通道应整体焊接；

缺乏工艺性设计且工艺审查遗漏。

通过对头脑风暴法产生原因的逐条分析，根据原因的可行性、实效性、可实施性等因素，最后选择了第3条“冰雪分离通道未考虑装配补偿”、第4条“框组件未考虑装配补偿”、第6条“框组件通道位置应增加装配补偿”三项原因进入第二轮的主因评比环节。

5确定主要原因

原因一（通道装配补偿）：

冰雪分离通道用于发动机进气的惯性分离排泄口，需保证气流流量，不要求气流品质，冰雪分离通道在框界面分段设计，使用法兰连接，可以显著提高装配工艺性，也可以避免框中部的焊接变形，但是连接区及连接件数量增多使重量有所增加，对工装的改动也相对较多，短期成本提高。

最终原因一团队评价得分153分，要因等级Ⅱ级。

原因二（框装配补偿）：

框组件主要用于与发动机舱固定段封严板共同完成防火封严界面，达到防火要求，也起到对冰雪分离通道的支撑固定作用，框在中部竖直方向分段设计可以有效避免装配故障，但分段后的框在对接，会因焊接变形而偏离装配位置，工装成本和制造效率不理想。

最终原因二团队评价得分150分，要因等级Ⅰ级。

原因三（框通过口装配补偿）：

框组件主要用于与发动机舱固定段封严板共同完成防火封严界面，达到防火要求，也起到对冰雪分离通道的支撑固定作用，框上通过口位置翻边单独以零件形式铆接，虽然装配性提高不是特别明细，但是装配干涉的故障解除，而且对零件工装的改动量很小，装配工装不需改动，综合性强。

最终原因三团队评价得分156分，要因等级Ⅲ级。

根据小组成员评分判定，将原因三确定为主要原因。

6制定措施

方案的主要改进内容是将原框腹板通过口周圈翻边切除，根据装配空间需要仅保留上部翻边，按照冰雪分离通道外形及框平面单独制左侧角材、右侧角材、下部角材三个零件，上部翻边件和框腹板仍按照原始状态焊接，装配时先将框焊接件与冰雪分离通道装配调整到位，再将左侧角材、右侧角材、下部角材三个零件与框焊接件和冰雪分离通道铆接，完成装配。新方案还以此次更改为契机，完善了弹簧支架和加强垫片零件及其连接形式，由螺接改为铆接，使整个结构更加合理。

7方案的实施

小组依据制定的方案，对模型进行了详细设计，主要包括结构材料的选取、连接区设计、结构分段位置设计、与工艺人员协商工艺可行性并完成了图样绘制与发送，新方案将在后续批次开始实施验证。

框焊接件根据角材连接的需要及装配的需要，保留了上报翻边，扩大了通过孔，其余信息与原结构相同；

左侧、右侧和上部角材选用材料06Cr19Ni10δ0.5的不锈钢板，钣件工艺成型，根据形状位置合理选择分段位置并间隙要求，使框的防火封严能力不变，

弹簧支架根据使用情况由原来的架机件调整为钣金零件，降低了加工成本和结构重量；加强垫片根据铆钉连接位置进行了优化处理，由原U形钣金件改为平板件，满足使用要求，降低了结构重量。

考虑到高温区的影响及结构间电化学腐蚀等情况，铆钉使用的是NASM20615标准的半圆头钢铆钉。

总结：

QC小组通过利用有效的问题分析方法，进行了有效的分析和评估，根据评估结果制定有效的措施，得到了较为满意的方案，此次QC活动主要取得了装配工艺性提升、焊接变形控制、结构重量控制、成本控制等诸多成果。

团队采用了有效的技术管理办法和分析控制流程，经过现场调查、原因查找与分析、主要原因的评估，制定了有效的方案，满足了设计技术要求、装配工艺性、重量控制、成本控制等各方面技术要求，可以说，整个项目技术攻关的成果是成功的。

参考文献：

[1]．邵箭，陈东晓．飞机设计手册第10册结构设计，北京：航空工业出版社，2000年；

[2]．郭玉瑛．飞机设计手册第3册材料，北京：航空工业出版社，1997年；

[3]．HB7495《民用飞机机体结构通用设计要求》。