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2023年5月上 第09期 总第405期信息技术与应用China Science & Technology Overview
1 现状为应对复杂多变的威胁环境，促进复杂系统设计和交付的转型，美国国防部系统工程司在2018年6月公布了数字工程战略计划，目的是为了实现3个转变：一是主要依托数据模型进行采办；二是利用高逼真度数字样机支撑装备设计、研制和作战试验，最大程度上减少实物样机研发试验的工作量和成本；三是利用数字装备模型支撑运用与保障。在美军数字工程的牵引下，国外多家大型军工企业在产品全生命周期的业务上开展“基于模型的数字工程”应用，如洛克希德·马丁公司的“星驱”项目，打造了包括数字织锦、集成设计平台、数字孪生、数字样机等技术，使产品装配时间减少70%，初始质量提高95%；波音公司基于2CES平台的构建打造未来数字工程体系，整合、简化企业的各个系统，减少系统之间大量的孤岛式点对点的连接和数据复制；空客公司构建面向数字工程的DDMS数字化研制体系，降低成本，加快产品上市进程；罗·罗公司建设了“航空发动机健康管理”系统，实现对航空发动机进行远程维修或进行预防性维护；普惠商用航空发动机服务平台EngineWise依托大数据，改善与客户的沟通，建立与客户之间更加透明、更加紧密联系的工作方式；GE公司致力于打造“传感器+大数据”的工业互联网模式，帮助航空发动机监控团队捕捉更多的数据，使数据分析变得更精确、更快捷[1]。国内企业也在数字工程建设方面取得了一定进展，在基于模型的系统工程（MBSE）方面，国内紧跟国外脚步，航空工业、航天科技、航天科工、中船、中国商飞的众多院所以及国防科大、清华、北航等高校，都开展了深入的研究和应用，对载人航天、运载火箭、商用飞机、大型舰艇等领域的发展产生了重要影响。中国航发集团建立了中国航发运营管理系统（AEOS），初步构建了一整套覆盖产品全生命周期的业务流程和管理规范，已经初步形成IPT团队组织模式，以需求为牵引的研制规划、基于产品数据中心的协同研发与管控，完成了基于文档的系统工程建设。与此同时，中国航发从论证开始逐步推进MBSE、Digital Thread、Digital Twin等更先进的数字化方法的应用与实践，各发动机研究所成立系统工程部专门推进。其中，中国航发动研所（608所）应用基于MBD的全三维协同设计，建立了厂所设计制造联合设计流程，实现设计、工艺的密切协同，减少了工程反复，缩短了项目研制周期。2 主要问题航空发动机产品结构复杂，由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等部件及滑油、燃油、冷却、控制等系统组成，涉及流体、传热、机械、控制、材料等多个学科，是复杂工程系统的典型代表。通过“两机”专项技改的支持，在十二五、十三五、十四五期间，国内航空发动机企业采购了大量的试验设备和专业级仿真软件，大大提升了航空发动机的设计、仿真和试验水平，但在系统级建模仿真方面投入相对较少，基于MBSE的正向研发能力较为欠缺，相应的研发模式也是以各专业能力培养为核心，利益攸关方需求管理、需求分析和系统设计能力较为薄弱。当前，客户对航空发动机综合指标需求越来越高，但同时也要求发动机研发周期更短、研制成本更低。传统的“设计-验证-修改设计-试验验证”反复迭代的串行研制模式已难以满足未来航空发动机发展需求，迫切需要对仅重视专业级仿真和物理试验的传统研发模式向重视需求管理和系统级设计的研发模式的变革。同时，当前数字化基础建设能力仍需不断加强，数据集成、厂所协同、外场服务能力仍有待提升。目前还存在数据零散存放在各个系统、集成应用难度高、厂所协同效率不高、尚未形成有效的单一数据源机制、外场服务数字化程度低、数据链路尚未打通等问题，提升一线人员和一线用户的工作效率的需求愈加迫切。3 主要举措针对目前开展航空发动机数字工程建设的现状、主要收稿日期：2022-12-05作者简介：乔有慰（1991—），男，山东青岛人，硕士研究生，工程师，研究方向：航空发动机系统设计。基于MBSE的航空发动机数字化建设工作展望乔有慰（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）摘 要：本文结合国内外数字工程发展现状，分析了基于MBSE（Model Based System Engineering）开展航空发动机数字化建设的现状、主要问题及必要性，从基于模型的需求管理、基于模型的系统架构设计、研发流程和研发模式升级、多业务域多专业联合仿真、研发全过程数据管理和外场服务能力及用户体验提升6个方面的举措进行工作展望，并从标准、流程、组织、IT的角度制定了具体的工作计划。关键词：数字化；航空发动机；MBSE中图分类号：V233.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2023)09-0044-03
航空发动机重要装配工艺分析及研发展望
张渝; 李琳; 陈津; 史新宇; 周烁
【期刊名称】《《航空制造技术》》
【年(卷),期】2019(062)015
【总页数】8页(P14-21)
【关键词】航空发动机; 智能装配; 测量技术; 建模仿真; 自动化; 基础研究
【作 者】张渝; 李琳; 陈津; 史新宇; 周烁
【作者单位】中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 上海200241
【正文语种】中 文
航空发动机整机装配工艺涵盖从所有零件、成附件到各级组件、单元体、主单元体直至整机的全部装配和分解过程，也包括装配分解过程中的转子零组件平衡、各类检测（试验和测量）、清洗和油封存放等技术活动，所以需要大量的通用/专用工装夹具、标准/专用设备和厂房设施支撑，也需要相当数量的耗材/品、动力和人力开支。比如，一般成熟民用发动机零件级装配所需的专用工装夹具在500～1000
件套之间，工艺设备种类大约在30～50 种之间。因而，航空发动机整机装配与其他大型高端装备产品一样，作为制造终端环节，具有显著的技术密集型、资金密集型和高素质劳动密集型特征，相对一般工业产品，比如汽车整车，航空发动机装配质量对人工经验的依赖性要明显大一些。鉴于航空产品的高安全性需求特征，航空发动机装配制造更加强调装配精度、一致性和可靠性指标，而对于生产效率指标要求并不严格。
我国航空发动机装配工艺技术发展概况
作为少数发达国家的战略级尖端科技装备产品，航空发动机研发技术，特别是整机级设计和制造技术一直被高度封锁和严格保密。通过对三大标杆企业（GE、普惠和罗罗）公开的技术成果、宣传资料收集整理，以及和他们的各级供应商技术交流，并结合专利、学术论文查询结果分析，仅仅可以获得少量相关技术信息。针对整机装配工艺技术领域，总体上看，标杆企业的装配技术和生产管理体系非常成熟，重点体现在标准规范、基础数据库、数字化工艺设计和专用装配软件方面，比如考虑装配变形的三维尺寸链设计和装配工艺仿真软件、面向多目标优化的叶片排列计算程序、基于转角和扭矩双目标控制的高性能螺纹拧紧工艺方法，特别是转子堆叠优化（也称直线装配）软件应用非常普及。近年来，美国AXIAM 公司开发的新一代定制型“超级堆叠”软件，并将其集成于精密转台设备，形成第二代转子装配平台系统，已经实现快速推广[1]。在工艺装备方面，首先是航空发动机装配专用工艺装备研发和工程化应用进展显著[2–5]，比如：小型数字化涡轮喉道面积检测装置、检测转静子相对同轴度的Linipot 测量系统、深入转子内腔的多自由度螺母拧紧机器人、具有整机和大部件多自由度调姿功能的专用运输车或AGV、小涵道比涡扇发动机多自由度翻转装备，基于上部运输的多条脉动式发动机总装生产线已经投入使用。其次是大量先进的通用型设备广泛应用于整机装配现场，比如：具有无线数据传输和实时报警功能的高精度电动拧紧枪、发动机外部结构的光学检测机器人、气动助力臂、智能货柜或全自动垂直升降库。
航空发动机对接装配工艺方法解析
摘要：本文简述了飞机装配技术的概念，探讨了不同的航空发动机装配技术以及航空发动机检测方法。
关键词：航空发动机；对接装配；工艺技术
总体上航空发动机普遍采用单元体设计，也具有相同的维护需求，因而在装配工艺上具有一定共性和联系。
一、飞机装配技术
与常规产品制作工艺相比航空发动机装配工艺涉及的内容多范围广，包含着大量的信息系统，必须要在科学、严格的管理流程下才能够完成，近年来计算机辅助工艺设计系统已经在航空发动机装配领域中得到了广泛的使用，也基本实现设计自动化与数字化，航空发动机装配工艺要求较高需要经历一系列的环节，由于航空发动机装配工艺复杂，那么针对航空发动机的检测要求也就越高。不同的发动机构型状态、设计或维护等技术要求（如测量、试验、检验、运输和存储），决定了不同装配工艺方案、技术应用和工装、设备配置。飞机装配是根据飞机尺寸和型号等将各个零部件按照设计要求进行组装和装配，从而形成高级装配件或整架飞机的工作。在飞机装配工作中发动机对机装配是最为核心的部分，对飞机的质量有着决定性的影响。近年来随着航空领域的不断发展飞机装配技术也不断进步，国外部分发达国家的飞机装配技术已经向着自动化逐渐发展，采用先进技术进行飞机装配能够提高飞机装配工作的效率，降低经济成本和人力成本，使飞机能够更加安全可靠地运行。发动机作为飞机部件中的最重要部分其装配技术也由人工向着自动化发展，本文探讨了吊装式安装，推入式安装，举升式安装三种不同的装配技术和航空发动机单元体部件总体的装配工艺。
二、航空发动机装配技术
（一）吊装式安装 吊装式安装技术对机型有一定的要求，需要飞机发动机安装位置距离地面较高且具有一定的安装空间，此时采用吊装式安装技术更加合适，要根据发动机吊装点的设计选择合适且有吊装通路的吊装设备。在吊装过程中要将安全作为核心，首先要选择合适的吊具将吊具与吊车和发动机连接并确保连接的安全可靠。接着吊车会将发动机运送至规定的位置，在运输过程中可以利用牵引绳确保发动机的稳定。最后进行发动机的安装。吊装式安装相较于其他安装技术更加高效快捷但因其需要将发动机吊起约一小时，这一过程中存在较大的风险，此外发动机在吊运过程中需经过飞机的各个部件也存在会损伤部件的风险。可以通过使用易于移动的停放车缩短吊装时间，减少风险。
航空发动机维修技术研究
航空飞行是现代快速出行的主要方式，而飞机的发动机则是飞行的核心部件。随着航空业的快速发展，航空发动机的技术也在不断地更新和改良，航空发动机维修技术的研究也变得更加重要。本文将从航空发动机维修技术的意义、发展现状以及未来发展进行探讨。
一、航空发动机维修技术的意义
航空发动机是飞机的核心部件，直接关系到飞机的安全。而发动机在长期运行过程中，会因为诸多原因出现故障和损耗，这时候就需要进行维修和修复。发动机维修技术的研究可以有效地提高发动机的可靠性和使用寿命，节约维修成本，确保飞机的安全性和飞行效率。
同时，发动机的维修不仅仅关系到航空安全，也涉及到经济效益。发动机的正常运转可以降低燃料消耗，减少维修成本，提高飞机的使用寿命，有利于保持企业运营的竞争力。
二、航空发动机维修技术的发展现状
目前，全球航空业面临诸多挑战，航空公司要求维修商提供高效、低成本的维修方案。因此，现代航空发动机的维修技术也在不断地更新和改良。
首先，传统的维修方法已经不能满足发动机维修的需要。传统的方法主要是依靠人力进行检查、维修，这种方法需要耗费大量的工时和人力，而且存在质量不稳定的风险。现在，随着信息技术的发展，航空维修商可以借助人工智能和大数据等先进技术进行发动机检修和故障诊断，使得维修更加快速、准确和稳定。
其次，在现代发动机的设计中，越来越多的材料和结构被应用，这也给维修技术带来了新的挑战。不同种类的材料、结构需要不同的维修方法，针对性的维修策略是否合理影响着维修效果。 第三，环保问题也成为现代发动机维修考虑的重要因素。在进行发动机维修时，还需注意环保问题，进行相应的处理工作，以避免对环境造成污染和破坏。
三、航空发动机维修技术的未来发展
未来，随着新材料、新技术和新工艺的不断出现，发动机维修技术也将面临新的机遇和挑战。未来发动机维修技术的发展方向主要有以下几个方面：
首先，信息技术在航空发动机维修中的应用将更加广泛。人工智能、大数据、云计算等技术将进一步提高维修效率和准确性，降低维修成本。
