航空技术论文：航空发动机技术及运用透析

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本文作者：尹正杨海成工作单位：西北工业大学

发动机装配技术状态数据模型的概念

针对航空发动机型号，现有的PDM技术已经可以较好的对其进行技术状态管理。由于实际装配中，单台航空发动机技术状态强调可追溯性，即对于每一台发动机在排故、维修、大修时需要明确其装配技术状态历史，就必须对单台发动机进行装配技术状态管理。进行单台发动机装配技术状态管理的基础是结构化的数据模型，装配环境下的技术状态数据可以分为三大部分：物料信息、工艺信息与检验信息。这里的物料信息是指产品基本信息及组成产品的各种零/组/部件的信息；工艺信息是指装配各级物料节点所执行的工艺/工序/工步的信息；检验信息是指执行装配的关键项进行检验，具体表现为相对应的检验项的规定值与实际值。物料信息、工艺信息、检验信息都可表示为树形结构。它们间也具有复杂的对应关系，其中包括：工艺与部件或组件对应、检验表与工艺对应、检验项与工序对应、子检验项与工步对应等。由于航空发动机的多装多试的特点，单台发动机在其生命周期的多次装配中会频繁的发生物料信息、工艺信息和检验信息的改变，集中表现在由于串换件、寿命件的到期等，发生各级物料（部件/组件/零件）的变化；由于采用不同版次的工艺、针对个别发动机装配下发的技术文件、技术通知、工艺更改单等会产生工艺信息的变化；物料或工艺信息改变同时也伴随产生了检验信息的变化。因此单台发动机的装配技术状态不仅与同型号同批次的其他发动机的技术状态不同，在其生命周期内本身的技术状态也随时间变化。所以，航空发动机装配技术状态数据模型必须包含两个方面，从空间上说，要用尽可能用简单的模型表示出错综复杂的物料、工艺、检验信息的对应关系；从时间上说，要准确地刻画出发动机装配技术状态随时间变化的情况。

发动机装配技术状态数据模型的定义

以下对发动机装配技术状态在时间条件约束下的物料、工艺、检验等信息进行定义。定义1：航空发动机装配技术状态模型，C={M，PAC，R，T}。其中M为物料信息集合、PAC为工检信息集合、R为关系集合、T为时间。当物料信息集合为整台发动机的物料信息时，C表示单台次发动机T时刻的技术状态；当物料信息为整台发动机物料信息子集时，C表示相应部件、组件等的技术状态。定义2：物料节点集合M：航空发动机某一时刻物料集合为：M={m1，m2，m3…，mn}，n∈N，N为自然数；mi={IDmi，a1，a2，a3，…，ak}，k∈N，mi∈M。M中mi可以是产品、部件、组件或者零件，为产品任意级物料节点。mi中IDmi为物料节点的唯一标识，a1，a2，a3，…，ak为这一物料节点属性，比如关键尺寸、物料寿命、是否为关重件的标识等，可灵活的根据需要进行实例化。定义3：工检信息集合PAC：PAC={pac0，pac1，pac2，…，pacl}，l∈N；Paci={IDpaci，b1，b2，b3，…，bl}，t∈N，paci∈PAC。由上面的分析可知，虽然物料信息和工艺信息节点不是同级一对一的关系，对于具体的发动机产品，工艺及检验信息节点也总是伴随着唯一的物料节点出现，这里不妨将相对应的两种节点合并为工艺及检验信息节点，也是适应了许多先进发动机制造厂商实行的“工检合一”的需要。对于每一个工艺及检验信息节点paci，IDpaci为工艺及检验信息节点的唯一标识。类似于定义1，b1，b2，b3，…，bt亦为paci（1≤i≤l）工艺信息节点的属性，当paci为不同级别的工艺信息节点时，属性可以实例化为工艺版本、关键工序标识等。当paci为工序级节点，若bj={IDbj，CheckContentbj，CheckStandardbj，CheckValuebj}表示一个子检验项，其中，IDbj唯一标识了该子检验项，CheckContentbj为子检验项的具体内容，CheckStandardbj为检验项的规定值，CheckValuebj为检验项的实际值，该属性可给出单件产品由于每次装配产生的检验项信息，一般表示执行一个工步产生的检验信息。定义4：关系集合R=MR∪PR∪MPR其中：MR={r|r=（mi,mj）,若埚mi和mj的父子关系，mi,mj∈M};PR={r|r=（paci,pacj）,若埚paci和pacj的父子关系，paci,pacj∈PAC}；MPR={r|r=（mi，pacj），若埚mi和pacj的对应关系，mi∈M，pacj∈PAC}；该集合可以确定出技术状态模型中存在的物料信息节点之间、工艺及检验信息节点之间、物料信息节点与工艺及检验信息节点之间三种关系。图2展示了一个简化了的技术状态模型的具体例子，该模型具有三层物料信息结构。左面的部分为单台发动机产品的物料状态，右边的部分为与之相对应物料的工检信图1航空发动机装配技术状态息，用连线表示存在相关的关系。

发动机装配技术状态数据模型的基本操作

单台发动机单次装配执行其间，发动机装配技术状态会因装配的执行随时间动态变化着，表现为技术状态模型中各集合元素的变化。集合元素的变化可以归结为两种基本操作，令Ci={Mi，PACi，Ri，Ti}为Ti时刻的产品/部件/组件的技术状态，Ci={Mi+1，PACi+1，Ri+1，Ti+1}为Ti+1时刻的技术状态，Cpa1={Mpa1，PACpa1，Rpa1，Tpa1}为pa1部件/零件某时刻的技术状态，用两种算子进行表示：加法操作算子+：+（Ci，Cpa1）={Mi∪Mpa1，PACi+1，Ri∪Rpa1∪Rst，Ti+1}加法操作为发动机装配时增加技术状态物料节点的操作，附带了工艺节点的增加和对应关系的增加。减法操作算子-：-（Ci，Cpa1）={Mi-Mpa1，PACi+1，Ri-Rpa1-Rst，Ti+1}减法操作为拆卸发动机零部件的操作，该操作会产生发动机技术状态物料节点的减少，而且附带了工艺节点的减少和对应关系的消失。由以上的两种基本操作函数，可以得到更加复杂的技术状态改变的操作。例如，对于航空发动机的换件技术状态变化，可视为经过了-（Ci，Cpa1）和+（Ci，Cpa2）操作，用pa2替换了pa1部件。对于单台发动机的每段或每次装配，可以认为其技术状态经历了数个加法、减法操作。例如C1为某次装配前的产品的技术状态，C1={{m1，m2，m3，m4，m5}，{pac1，pac2}，（{m1，m2），（m1，m3），（m2，m4），（m2，m5），（pac1，pac2），（m1，pac1），（m2，pac2），T1}，首先拆卸掉部件，pa1，Cpa1={{m2，m4，m5}，{pac2}，（{m2，m4），（m2，m5），（m2，pac2）}，T1}，即进行了操作-（C1，Cpa1），得到C1′={{m1，m3}，{pac1′}，（{m1，m3），（m1，pac1′）}，T1′}；然后进行了操作+（C1′，Cpa2），装配上部件pa2，pa2的技术状态为Cpa2={{m6，m7，m8}，{pac6}，（{m6，m7），（m6，m8），（m6，pac6）}，T2}；得到C1={{m1，m3，m6，m7，m8}，{pac1″，pac6}，（{m1，m6），（m1，m3），（m6，m7），（m6，m8），（pac1″，pac6），（m1，pac1″），（m6，pac6）}，T2}；如图3所示。实际中的操作可能会拆卸到零件级，这里适当简化为拆卸到部件级。4沿时间轴发动机装配技术状态快照序列的生成单台发动机首次装配自T0时刻开始，在其生命周期内会经历数个加法、减法操作，形成关于时间轴TS=（T0，T1，T2，T3，…）的发动机单机技术状态快照序列CS=（C0，C1，C2，C3，…）。首次装配过程中，零件装配成组件，组件装配成部件，进而装配成发动机整机，这期间发生的对装配技术状态的操作体现为大量的加法操作，由零部件的技术状态合成为发动机的技术状态；非首次装配，则还会发生大量技术状态减法操作，最终表现为整机技术状态随时间不断的更新。与其他复杂产品不同，航空发动机生命周期中要经历多次拆卸-装配的过程。这样可以把时间轴划分为若干个阶段，包括新机一装、新机二装、旧机排故的一、二装、旧机大修的一、二装等。TS中时间Ti的取值不同，会引起技术状态记录详细程度不同。记录的密度越大，对技术状态追踪的也就越详细，但占用的存储空间就越多。当Ti取值为装配执行过程中若干时刻时，序列CS可以对装配过程进行记录。现设Ti为每次装配结束的时间，（Ti-1，Ti）时间段则为两次装配间的时间段，在本时间段内，假定不对微小的技术状态变化进行记录，得到的覆盖全时间轴技术状态快照序列如图4所示。

应用举例

该模型已经应用于“航空发动机装配现场综合管理系统”，装配技术状态管理是它的一个重要功能。现以某航空发动机为例，在它的产品制造和应用阶段，已经历过新机一装、新机二装、第一次维修的维修一装、第一次维修二装，共四次装配，其间伴随着该发动机物料、工艺和检验信息的改变，用本文所提模型记录了每次的装配技术状态。通过关于时间的查询，可由记录模型得到发动机的技术状态快照，快照反映了距此前最近一次装配结束时单台发动机的物料、工艺和检验信息。图5上半部分反映了该发动机装配技术状态沿时间轴的演变，下半部分三行分别反映了三个时间点发动机物料状态，工艺状态、检验状态。