讓發(fā)動(dòng)機(jī)躺著長大

子寧

如今，汽車已基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)流水線生產(chǎn)，空客A320與波音737這類市場需求量巨大的單通道客機(jī)的組裝工作也已進(jìn)入流水線作業(yè)，但有些復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品依然無法完全擺脫手工制造，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著全球民用客機(jī)需求量的不斷增加，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)速度也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。以空客A320為例，為適應(yīng)新時(shí)期的運(yùn)營需求，空中客車推出了A320neo系列，“neo”意為“new engine option”（新發(fā)動(dòng)機(jī)選項(xiàng)），通過換發(fā)改善飛行性能，并為客戶提供了普惠PW1100G靜潔動(dòng)力和CFM國際LEAP-1A兩款發(fā)動(dòng)機(jī)選型。截至2016年10月31日，在空客交付客戶的32架A320neo中，共有21架選擇了普惠PW1100G齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（簡稱GTF），這是因?yàn)椴捎谬X輪傳動(dòng)技術(shù)的GTF發(fā)動(dòng)機(jī)擁有比目前同級別發(fā)動(dòng)機(jī)低15%的油耗，并且更加安靜。除A320neo外，其他飛機(jī)制造商新生產(chǎn)的飛機(jī)，如日本MRJ支線客機(jī)、巴西航E2、伊爾庫特MS-21、龐巴迪CS300等，都選擇了普惠GTF發(fā)動(dòng)機(jī)。如此大的生產(chǎn)需求迫使普惠重新思考發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)流程，開始嘗試全新的航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)水平組裝技術(shù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)如何裝配

總所周知，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪3大部件組成，為中心對稱結(jié)構(gòu)，因此裝配時(shí)必須注意各轉(zhuǎn)子部件的同軸度與軸向間隙，組裝過程中需要調(diào)整復(fù)核。傳統(tǒng)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組裝過程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)或生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)限制，必須將發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)到垂直或特定角度，才能滿足同軸度、軸間隙等硬性指標(biāo)要求，有時(shí)求達(dá)標(biāo)，裝配工人還需要反復(fù)調(diào)整，耗費(fèi)大量工時(shí)成本。采用垂直裝配這種傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)組裝工藝，不僅需要將發(fā)動(dòng)機(jī)固定在垂直裝配臺(tái)架上，還需要為每一道工序配備固定站位。隨著組裝工序不斷向前，發(fā)動(dòng)機(jī)體積越來越大，此時(shí)還需要在某些站位配備升降平臺(tái)，或采用地坑設(shè)計(jì)，以保證裝配工人生產(chǎn)效率，降低工作強(qiáng)度。

傳統(tǒng)的垂直組裝工序中，由于各站位固定不變，且工作臺(tái)空間有限，因此很難在此基礎(chǔ)上通過改變裝配工藝進(jìn)一步提高效率。當(dāng)壓氣機(jī)、渦輪等大部件組裝完成后，還需要將臺(tái)架轉(zhuǎn)至水平位置，進(jìn)入后續(xù)工位進(jìn)行外部管路、附加機(jī)匣等部件安裝工作。發(fā)動(dòng)機(jī)反復(fù)調(diào)整姿態(tài)，使整個(gè)裝配工序的復(fù)雜度大大增加。

從垂直到水平

雖然組裝工序有些復(fù)雜，但在沒有大量訂單需求的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)垂直組裝的速率依然可以接受。但是當(dāng)擁有超過6 000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)積壓訂單時(shí)，傳統(tǒng)的組裝方式可就力不從心了。

既然飛機(jī)可以流水線生產(chǎn)，為什么不嘗試這樣生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)？有壓力才有動(dòng)力，為解決GTF發(fā)動(dòng)機(jī)訂單積壓問題，普惠公司于2015年在美國康涅狄格州米德爾頓制造工廠和佛羅里達(dá)州西棕櫚灘工廠建立了全新的頂?shù)跏阶詣?dòng)水平組裝生產(chǎn)線，并完成了首臺(tái)GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的組裝。

頂?shù)跏缴a(chǎn)線的工作方式很好理解，大致流程為先將核心機(jī)匣水平吊起并與主軸組裝，通過廠房上空的軌道將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)送至下一工位安裝高壓渦輪、高壓壓氣機(jī)，以此步驟再安裝低壓渦輪、低壓壓氣機(jī)、風(fēng)扇，以及最后的其他附件。整個(gè)組裝過程，發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻處于水平狀態(tài)。

水平組裝的優(yōu)勢在于整個(gè)組裝過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間懸掛在吊架上，無需人工搬運(yùn)調(diào)整姿態(tài)，避免了因搬運(yùn)可能對發(fā)動(dòng)機(jī)造成的意外損傷。同時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)為懸掛狀態(tài)，生產(chǎn)線各工位上的工人可以按照自己的身高上下調(diào)節(jié)吊架，以獲得最舒適的工作高度，還可以任意旋轉(zhuǎn)吊架，進(jìn)入難以到達(dá)的區(qū)域，其組裝便捷度在垂直生產(chǎn)線上完全無法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橥耆∠颂葑雍徒M裝平臺(tái)，工人無須在發(fā)動(dòng)機(jī)下坐臥、屈身、彎腰或攀爬，安全性也大為提升。

裝配方面，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)組裝時(shí)對同軸度要求較高，垂直組裝中，靜子或轉(zhuǎn)子部件可通過吊車由上至下緩慢吊裝到主軸上，過程容易控制。而水平裝配時(shí)，葉片機(jī)匣被吊起后平移到主軸上，控制同軸度成為了該工序的重點(diǎn)。垂直裝配時(shí)各部件的軸間隙可靠機(jī)匣自身重力壓緊，水平裝配則需要其他工件進(jìn)行夾緊。此外，水平組裝工序設(shè)計(jì)還需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)配平。

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊屬性，其組裝質(zhì)量有著比其他產(chǎn)品生產(chǎn)更高的標(biāo)準(zhǔn)。例如新一代發(fā)動(dòng)機(jī)對靜子配合間隙的設(shè)計(jì)要求在0.2～0.5毫米（直徑），單元體如低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中心定位精度在0.05毫米內(nèi)，這對水平組裝生產(chǎn)線的工序設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、測試精度都提出了更高要求。

普惠在美國和加拿大的3條用于生產(chǎn)GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的水平組裝線不僅成功解決了上述的各種困難，還實(shí)現(xiàn)了GTF系列發(fā)動(dòng)機(jī)6種型號的通用化生產(chǎn)。其實(shí)除了普惠公司外，法國斯奈克瑪公司在巴黎也為CFM56系列發(fā)動(dòng)機(jī)修建了水平脈動(dòng)式生產(chǎn)線，使CFM56的裝配效率提高了25%，生產(chǎn)周期減少30%，大大緩解了市場對該型發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。

國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)怎么裝

目前，我國雖有渦扇10、渦扇18等裝機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，但多為軍用小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，供應(yīng)速度基本滿足客戶需求，且已經(jīng)形成一套比較成熟的組裝工序，因此無需重新修建水平組裝生產(chǎn)線。但隨著中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的重組，中國航發(fā)集團(tuán)的成立，國產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作也已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。同時(shí)，隨著運(yùn)20正式交付部隊(duì)，國產(chǎn)大飛機(jī)C919即將首飛，可以預(yù)見，我國對大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的需求量將越來越大。國產(chǎn)大涵道比渦扇一旦研制成功，現(xiàn)有的裝配工藝、生產(chǎn)組織模式將很難滿足市場需求。由此可見在國內(nèi)研發(fā)一套水平式航空發(fā)動(dòng)機(jī)組裝流水線十分必要。

但著眼于現(xiàn)實(shí)，國產(chǎn)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)還沒有具體訂單，因此在設(shè)計(jì)規(guī)劃發(fā)動(dòng)機(jī)水平生產(chǎn)線時(shí)，可以采用模塊化設(shè)計(jì)，先進(jìn)行工藝重構(gòu)與試驗(yàn)，等發(fā)動(dòng)機(jī)型號與客戶需求兩者均成熟明確后再進(jìn)行生產(chǎn)線建設(shè)。不僅如此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求量不像汽車產(chǎn)量相對穩(wěn)定，未來生產(chǎn)過程中會(huì)有不同型號規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)混線組裝的可能性，因此應(yīng)充分考慮生產(chǎn)線柔性，以適應(yīng)可能的多型號共線生產(chǎn)。

讓發(fā)動(dòng)機(jī)躺著長大

普惠公司為其GTF系列發(fā)動(dòng)機(jī)超過6 000臺(tái)的訂單投入10億美元，修建了水平組裝生產(chǎn)車間，這種創(chuàng)新型投資源于企業(yè)對客戶訂單的承諾。普惠公司生產(chǎn)運(yùn)營副總裁喬·西爾維斯特（Joe Sylvestro）說：“水平組裝生產(chǎn)線為發(fā)動(dòng)機(jī)制造提供了一條更為精益、更具效率的途徑?！钡拇_，生產(chǎn)力的發(fā)展源于對創(chuàng)新的追求，而這種追求有時(shí)候來自外部壓力，有時(shí)則來自自身的進(jìn)取之心。讓發(fā)動(dòng)機(jī)躺著長大，技術(shù)層面的難度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身，但對供應(yīng)鏈管理，對組裝環(huán)節(jié)中各工序質(zhì)量的品控，以及測試故檢、裝配與試車工藝的設(shè)計(jì)，則是這條全新裝配生產(chǎn)線的難點(diǎn)所在。中國國產(chǎn)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)能否“躺著長大”，何時(shí)能長大，相信中國航發(fā)集團(tuán)也有了初步構(gòu)想。當(dāng)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)水平流水線量產(chǎn)的時(shí)候，國人心中的大飛機(jī)夢才能真正不受制于人。

責(zé)任編輯：陳肖