某型發(fā)動機(jī)核心機(jī)數(shù)據(jù)在線測量系統(tǒng)研制

國營川西機(jī)器廠（中國人民解放軍第五七一九工廠）是空軍裝備部直屬的航空發(fā)動機(jī)修理工廠、新型航空發(fā)動機(jī)

修理基地。工廠以技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和手段創(chuàng)新為路徑，自主研發(fā)560 余項航空發(fā)動機(jī)維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；創(chuàng)建了再制造技術(shù)體系，國內(nèi)率先實現(xiàn)金屬3D 打印技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的批量應(yīng)用；具備上萬項軍民品航空零部件制造能力；是美國GE 航空集團(tuán)、漢勝公司航空零部件的直接供應(yīng)商。擁有國家專利授權(quán)130 項（其中發(fā)明專利36 項），獲得國家、省部級、市級等科技進(jìn)步獎30 余項，是17 項國家標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位。某型發(fā)動機(jī)核心機(jī)數(shù)據(jù)在線測量系統(tǒng)，是工

廠自主研制的用于發(fā)動機(jī)核心機(jī)修理過程的數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，旨在提升核心機(jī)裝配質(zhì)量，壓縮裝配周期，項目實施后取得了良好的效果。該項目在2016 年獲得了“空軍裝備修理系統(tǒng)首屆質(zhì)量改進(jìn)成果評比獎”一等獎（見圖1）。



某型發(fā)動機(jī)是我國自行研制的軍用雙轉(zhuǎn)子加力式渦輪三代風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。采用了單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計，其高壓壓氣機(jī)單元體、燃燒室、高壓渦輪單元體為發(fā)動機(jī)核心機(jī)。

核心機(jī)作為發(fā)動機(jī)的重要組成部分，裝配測量數(shù)據(jù)較多， 其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量和整體性能，因此對裝配數(shù)據(jù)的控制十分嚴(yán)苛。裝配過程中，任一測量面不合格，就需進(jìn)行重新裝配，甚至分解至下一層零組件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足工藝要求。

裝配質(zhì)量直接影響發(fā)動機(jī)修理周期。對核心機(jī)的裝配過

程進(jìn)行系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn)，核心機(jī)裝配測量存在以下問題：

1. 裝配測量為人工讀數(shù)，數(shù)據(jù)量大且易出現(xiàn)人為判讀誤差。

2. 不能提供位置調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，返工次數(shù)多，延長裝配周期。

3. 核心機(jī)裝配過程的測量數(shù)據(jù)為紙質(zhì)保存，不易快速查詢。

4. 原始數(shù)據(jù)利用率不高，可追溯性不強(qiáng)。

5. 數(shù)據(jù)判讀方式單一，測量點多時，測量不便，擴(kuò)展性不強(qiáng)。

針對以上癥結(jié)，工廠決定自主研制在線測量系統(tǒng)，以解決核心機(jī)裝配存在的問題。




二、技術(shù)措施


1.改進(jìn)測量儀器，設(shè)計專用工裝

（1）   取消原指針式儀器，選擇并更換帶COM 口數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呔葍x器，安裝高精度轉(zhuǎn)速傳感器并進(jìn)行信號調(diào)理，確保測量數(shù)據(jù)能夠快速傳輸?shù)诫娔X。測量數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖2 所示。



（2）  對裝配使用的高精度轉(zhuǎn)臺增加伺服電機(jī)、光電傳感器并形成閉環(huán)控制。消滅人工轉(zhuǎn)動不均勻?qū)y量帶來的影響，提高測量準(zhǔn)確性，減少操作人員的工作量。



（3）設(shè)計傳感器夾持使用的專用工裝，不干涉核心機(jī)的裝配和轉(zhuǎn)動。



2、研究多種算法，對比分析選擇最優(yōu)根據(jù)技術(shù)文件，要求中介機(jī)匣圓心計算使用6 點計算法，大同軸度使用8 點計算法。為確保核心機(jī)修理一致性，在中介機(jī)匣和大同軸度測量時，開發(fā)人員和技術(shù)人員針對此種情況進(jìn)行算法研究，應(yīng)用不同算法對測試結(jié)果和計算結(jié)果進(jìn)行驗證，對比分析后選擇最優(yōu)算法固化到測試軟件中。



對于壓氣機(jī)及渦輪的裝配測量數(shù)據(jù)的計算擬合，采用最小二乘法，不僅能減少薄壁零件局部變形帶來的測量誤差，還能擬合出圓心的位置及圖形，指導(dǎo)裝配調(diào)整方向。



3、軟件開發(fā)采用C#進(jìn)行數(shù)字化在線測量軟件研發(fā)（見圖3），將測量數(shù)據(jù)采集進(jìn)入計算機(jī)，軟件根據(jù)工藝要求自動進(jìn)行數(shù)據(jù)計算、分析及處理， 原始測量數(shù)據(jù)及處理結(jié)果自動保存到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。設(shè)置不同權(quán)限對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，根據(jù)需要生成可打印的原始記錄或電子工卡。



三、具體成效
1.實施效果
（1）   該系統(tǒng)實現(xiàn)了在裝配過程中自動采集數(shù)據(jù)、自動存儲數(shù)據(jù)、自動符合性判定，消除人為目視測量誤差。

（2）   數(shù)據(jù)處理能力得到擴(kuò)展。

（3）   實現(xiàn)了根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并指導(dǎo)裝配工作，減少返工次數(shù)。

（4）   實現(xiàn)了裝配數(shù)據(jù)的便捷查詢。

2.裝配效率（見表1）



（3）單臺節(jié)約人力資源成本每小時人力成本按39.7 元計算，裝配效率提升后，單臺節(jié)約人力成本為：



39.7 元/小 時 × 8 小 時/天 ×（[  7.6-4.8）+（1.26-0.95）+（8.1-4.6）]天=2099.3 元項目實施后，工作者由兩人變?yōu)橐蝗耍瑒t單臺節(jié)約人力成本為：39.7 元/小時×8 小時/天×（7.6+1.26+8.1）天=5386.5 元項目實施后單臺共節(jié)約人力成本：2099.3 元+5386.5 元=7485.8 元

（2）測量方法改進(jìn)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益研發(fā)成果實施前，測量人員在測量全過程中須用目視指示表測量數(shù)據(jù)的變動情況，且該方法只能測量機(jī)件裝配的單一跳動值。由于測量方法的局限性，造成排故中高壓壓氣機(jī)前軸頸（19 萬元/件）、高壓渦輪鼓筒軸（20 萬元/件）大量停用現(xiàn)象。



研發(fā)成果實施后，測量時改為使用帶數(shù)據(jù)輸出的數(shù)顯指示表，在測量時，由計算機(jī)自動實時采集、存儲測量數(shù)據(jù)， 測量結(jié)束后，自動利用最小二乘法計算機(jī)件裝配的同軸度及跳動值，并進(jìn)行符合性判定。測量方法改進(jìn)后，每年大大降低了高壓壓氣機(jī)前軸頸、高壓渦輪鼓筒軸的停用情況，經(jīng)統(tǒng)計，每年節(jié)約279 萬元左右。





四、感受體會


通過該項目的成功應(yīng)用，深刻體會到先進(jìn)測量儀器和傳感器測量技術(shù)給生產(chǎn)帶來勞動強(qiáng)度降低、工作效率提高、工作質(zhì)量提升等方面的實效，同時也認(rèn)識到該套系統(tǒng)在智能化方面還存在優(yōu)化提升空間。工廠將繼續(xù)對該系統(tǒng)進(jìn)行升級優(yōu)化，力爭研制出一套適合國內(nèi)大多數(shù)機(jī)型使用的核心機(jī)堆疊式一體化測量系統(tǒng)。