C919 無損檢測(cè)工作探討

1 引言

現(xiàn)代大型民用飛機(jī)是數(shù)百萬零部件級(jí)的超大規(guī)模集成創(chuàng)新，其中，以波音777和空客380飛機(jī)為例，結(jié)構(gòu)件數(shù)量分別達(dá)到了75萬件和78萬件。

飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的安全決定著飛行的安全。民機(jī)產(chǎn)業(yè)中的無損檢測(cè)工作是指在民機(jī)項(xiàng)目的研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、試飛和運(yùn)營服務(wù)（含持續(xù)適航）等飛機(jī)全壽命過程中，按照規(guī)定的程序，對(duì)原材料、零部件、試驗(yàn)件、結(jié)構(gòu)件、機(jī)體及其相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的過程，其可預(yù)防飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)類零件的失效，從而提升飛行安全。

美國航空航天總署總部安全與任務(wù)保障部，將無損檢測(cè)與評(píng)估列入其八大職能之一， 如圖1 所示，其從頂層規(guī)劃的角度，引領(lǐng)著NASA、波音、GE、洛克希德。 馬丁等航空航天機(jī)構(gòu)和企業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。

近年來，我國的無損檢測(cè)工作日益受到重視，無損檢測(cè)技術(shù)本身也處于蓬勃發(fā)展中。就我國民用航空領(lǐng)域而言，無損檢測(cè)設(shè)備或技術(shù)，尤其在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)采用的無損檢測(cè)技術(shù)，在許多方面已處于國際先進(jìn)甚至領(lǐng)先水平。

但是，對(duì)于從事高度復(fù)雜的大型民機(jī)研制產(chǎn)業(yè)，其管理的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于普通工業(yè)產(chǎn)品。無損檢測(cè)決非僅僅是檢查一下結(jié)構(gòu)材料的缺陷、損傷、裂紋、分層、脫粘等這些處于技術(shù)末端的現(xiàn)象，而是應(yīng)研究引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料特性變化、疲勞的機(jī)理及其物理參數(shù)的變化特點(diǎn)；這些關(guān)鍵或核心技術(shù)必須從飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最初概念階段就開展工作。

我國民機(jī)產(chǎn)業(yè)無損檢測(cè)頂層策劃方面的研究鮮有報(bào)道， 項(xiàng)目全壽命階段無損檢測(cè)工作缺乏統(tǒng)籌；從而導(dǎo)致上下游執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常各自為政，無損檢測(cè)工作難以形成一個(gè)相互支持體系，已嚴(yán)重制約我國民機(jī)領(lǐng)域無損檢測(cè)工作整體效能的發(fā)揮。

本文從我國C919 大型客機(jī)和ARJ21 支線飛機(jī)兩個(gè) 項(xiàng)目的無損檢測(cè)工作的實(shí)踐出發(fā)，總結(jié)了歐美航空無損檢測(cè)工作的經(jīng)驗(yàn)，闡述民用航空產(chǎn)業(yè)無損檢測(cè)工作的主要內(nèi) 容，界定集團(tuán)總部、設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、客服維修和航空公司等機(jī)構(gòu)和單位的無損檢測(cè)工作職責(zé)，闡述民機(jī)產(chǎn)品項(xiàng)目研制階段無損檢測(cè)保證與監(jiān)督工作，并介紹了我國民機(jī)產(chǎn)業(yè)無損檢測(cè)重點(diǎn)工作。

在以民機(jī)為代表的高度復(fù)雜產(chǎn)品的研制過程中，若要做到職責(zé)清晰、可操作性強(qiáng)，集團(tuán)總部、設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn) 制造、客服維修和航空運(yùn)營等機(jī)構(gòu)和單位的無損檢測(cè)工作 需要依托職能管理，明確責(zé)任分工（見表1）。

2.1 集團(tuán)總部的職能

集團(tuán)總部無損檢測(cè)管理部門是無損檢測(cè)工作的最高領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，除負(fù)責(zé)組織制定集團(tuán)公司相關(guān)的規(guī)章制度和制定集團(tuán)公司無損檢測(cè)工作發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃外，還需要組織建 立組織機(jī)構(gòu)體系、技術(shù)體系、資質(zhì)認(rèn)定管理體系，并最終審定和發(fā)布集團(tuán)公司的無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 設(shè)計(jì)研發(fā)的職責(zé)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)單位是項(xiàng)目無損檢測(cè)工作的主要支撐機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)協(xié)助集團(tuán)公司總部，建立無損檢測(cè)技術(shù)體系， 組織編制公司無損檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和方法，負(fù)責(zé)編制民機(jī)無損檢測(cè)通用要求，并及時(shí)完善。

根據(jù)型號(hào)項(xiàng)目研制目標(biāo)，對(duì)預(yù)采用航空領(lǐng)域新材料、 新工藝帶來的無損檢測(cè)技術(shù)難題，開展未來型號(hào)或改進(jìn)型號(hào)的無損檢測(cè)技術(shù)預(yù)先研究。
在項(xiàng)目研制過程中，對(duì)機(jī)體部段級(jí)和全機(jī)級(jí)的地面試驗(yàn)和試驗(yàn)試飛過程的疲勞損傷和意外損傷實(shí)施無損檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，獲取損傷的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展信息，建立項(xiàng)目全機(jī)損傷檢測(cè) 基本數(shù)據(jù)庫，為確定飛機(jī)壽命和設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。

此外，項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)單位需負(fù)責(zé)牽頭編制飛機(jī)的 《無損檢測(cè)手冊(cè)》（Non-destructive Testing Manual， NTM），明確飛機(jī)原位結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)程序，檢測(cè)程序中明確結(jié)構(gòu)的損傷信息、檢測(cè)器材、檢測(cè)過程及損傷信號(hào)判讀標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，同時(shí)研制滿足飛機(jī)工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全要求的無損檢測(cè)對(duì)比試塊，用于指導(dǎo)飛機(jī)用戶在飛機(jī)持續(xù)適航過程中實(shí)施無損檢測(cè)。

2.3 生產(chǎn)制造的職責(zé)

生產(chǎn)制造單位從飛機(jī)制造過程，按照零件圖紙的檢測(cè)要求，依據(jù)民航局認(rèn)可的項(xiàng)目無損檢測(cè)工藝規(guī)范，對(duì)飛機(jī)零部件生產(chǎn)過程實(shí)施無損檢測(cè)，達(dá)到飛機(jī)零部件質(zhì)量控制的目的。同時(shí)，組織開展零部件和結(jié)構(gòu)件制造階段的無損檢測(cè)技術(shù)支持和工程研究。

生產(chǎn)制造單位代表集團(tuán)公司組織參加“國家航空航天和國防供應(yīng)商授信項(xiàng)目”（National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program， NADCAP）無損檢測(cè)工作組，參與制修訂供應(yīng)商無損檢測(cè)特種工藝能力審核準(zhǔn)則的編制工作。

負(fù)責(zé)對(duì)集團(tuán)公司所屬單位無損檢測(cè)操作人員提供培訓(xùn)和認(rèn)證，并負(fù)責(zé)根據(jù)集團(tuán)公司和相關(guān)國際航空行業(yè)能力審核準(zhǔn)則對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行 損檢測(cè)能力和過程質(zhì)量控制審核，評(píng)估供應(yīng)商的無損檢測(cè)能力和水平是否滿足公司無損檢測(cè)技術(shù)和型號(hào)設(shè)計(jì)要求。

同時(shí)，生產(chǎn)制造單位負(fù)責(zé)收集供應(yīng)商在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中無損檢測(cè)出現(xiàn)的各類問題，按照《國際航空航天無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》（簡稱NAS410）的要求組織實(shí)施對(duì)集團(tuán)外部無損檢測(cè)人員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)認(rèn)定，承擔(dān)供應(yīng)商所屬的二級(jí)、三級(jí)無損檢測(cè)操作人員雇主要求的培訓(xùn)和認(rèn)證。

2.4 客服維修單位的職責(zé)

客服維修單位負(fù)責(zé)歸口管理飛機(jī)無損檢測(cè)手冊(cè)，并作為責(zé)任主體代表集團(tuán)公司接受適航當(dāng)局對(duì)手冊(cè)的審查工作。

負(fù)責(zé)組織開展飛機(jī)維護(hù)階段中無損檢測(cè)方法的工程研究，建立客戶服務(wù)無損檢測(cè)快速響應(yīng)工作機(jī)制，并按照客戶需求，協(xié)調(diào)生產(chǎn)制造單位為客戶提供無損檢測(cè)技術(shù)能力 支持和駐場(chǎng)檢測(cè)服務(wù)。

負(fù)責(zé)代表集團(tuán)公司為客戶進(jìn)行飛機(jī)無損檢測(cè)手冊(cè)的使用培訓(xùn)。負(fù)責(zé)收集飛機(jī)運(yùn)營服務(wù)階段中機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷的信息，建立飛機(jī)損傷信息數(shù)據(jù)庫，并向設(shè)計(jì)研究單位無損檢測(cè)主管部門備份，作為項(xiàng)目改進(jìn)設(shè)計(jì)的 依據(jù)。

2.5 航空公司的職責(zé)

航空公司根據(jù)飛機(jī)無損檢測(cè)手冊(cè)和NADCAP 等供應(yīng)商質(zhì)量管理體系文件、標(biāo)準(zhǔn)，使用飛機(jī)制造商提供檢測(cè)用對(duì)比試塊，對(duì)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷開展無損檢測(cè)，并及時(shí)向 飛機(jī)制造商的客服維修機(jī)構(gòu)反饋飛機(jī)運(yùn)營服務(wù)階段中機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷的信息，便于飛機(jī)制造商制定維修方案和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3 項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)與專業(yè)總師系統(tǒng)的職責(zé)

3.1 項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)

項(xiàng)目主管材料工藝的項(xiàng)目經(jīng)理是項(xiàng)目無損檢測(cè)工作的負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目全壽命周期的無損檢測(cè)工作策劃。其領(lǐng)導(dǎo)下的項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)，如圖2 所示，在飛機(jī)總體方案定義、 初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、全面試制、試飛取證、批生產(chǎn)和持續(xù)適航各個(gè)階段實(shí)施無損檢測(cè)的相關(guān)工作。

項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)負(fù)責(zé)確定產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件上標(biāo)注的零件類別、允許缺陷類型和尺寸、關(guān)鍵部位，建立無損檢測(cè)方法和規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估使用維護(hù)中需要無損檢測(cè)的項(xiàng)目、原位無損檢測(cè)的項(xiàng)目及原位無損檢測(cè)可達(dá)性等是否滿足飛機(jī)完整性要求，確保無損檢測(cè)技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量要求相一致。

在項(xiàng)目轉(zhuǎn)階段評(píng)審期間，項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)應(yīng)組織專項(xiàng)的無損檢測(cè)評(píng)審工作，確保產(chǎn)品的檢測(cè)可行性和可靠性。項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)應(yīng)組織編制項(xiàng)目結(jié)構(gòu)適航限制類專用無損檢測(cè)方法，組織開展驗(yàn)證工作，并作為《飛機(jī)無損檢測(cè)手冊(cè)》的重要內(nèi)容之一，用于確保項(xiàng)目在試飛和運(yùn)營服務(wù)階段，原位無損檢測(cè)方法的有效性和適用性。

3.2 項(xiàng)目無損檢測(cè)監(jiān)督

項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)負(fù)責(zé)審查在役無損檢測(cè)的技術(shù)要求和無損檢測(cè)工藝，確定所提出的無損檢測(cè)方法和相應(yīng)的無損檢測(cè)能力是否能滿足要求。項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)負(fù)責(zé)審查開展無損 檢測(cè)可靠性和熟練度研究的方案，量化無損檢測(cè)能力以便 建立實(shí)際的復(fù)檢間隔。

項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)負(fù)責(zé)審查和批準(zhǔn)用于建立復(fù)檢周期的對(duì)檢測(cè)能力的假設(shè)；推薦需確認(rèn)的無損檢 測(cè)技術(shù)改進(jìn)和演示項(xiàng)目，以及必要的過渡無損檢測(cè)方案以應(yīng)付檢測(cè)能力缺口；向生產(chǎn)制造單位（含供應(yīng)商）提供建 議和指導(dǎo)，對(duì)生產(chǎn)制造單位（含供應(yīng)商）提出的無損檢測(cè)問題進(jìn)行決策。

3.3 專業(yè)技術(shù)總師的職責(zé)

無損檢測(cè)主任設(shè)計(jì)師是集團(tuán)公司無損檢測(cè)工作的技術(shù)負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)集團(tuán)公司無損檢測(cè)工作的策劃。在不承擔(dān)具體項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，隸屬于材料工藝技術(shù)專業(yè)總師。

其主要負(fù) 責(zé)在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、試飛和運(yùn)營服務(wù)各個(gè)階段， 組織實(shí)施無損檢測(cè)的技術(shù)工作，特別是無損檢測(cè)技術(shù)的預(yù) 先研究、工程化應(yīng)用研究，以及新材料和新結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)方法研究。

組織建立并完善無損檢測(cè)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和方法體系，并組織跟蹤主流民機(jī)主制造商無損檢測(cè)技術(shù)的最新應(yīng)用進(jìn)展。

4 民機(jī)產(chǎn)業(yè)無損檢測(cè)的重點(diǎn)工作

4.1 項(xiàng)目無損檢測(cè)IPT 團(tuán)隊(duì)

在大型項(xiàng)目立項(xiàng)初期，以集成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)（IPT）的形式，組建跨單位和職能的項(xiàng)目無損檢測(cè)IPT 團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)成員由設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造和客服等單位組成，作為項(xiàng)目結(jié)構(gòu)工藝團(tuán)隊(duì)下的二級(jí)團(tuán)隊(duì)，并由項(xiàng)目管理部門歸口管理。

該IPT 團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人由設(shè)計(jì)研發(fā)單位無損檢測(cè)主任設(shè)計(jì)師兼任，直接向項(xiàng)目主管材料工藝的副總經(jīng)理匯報(bào)，并由生產(chǎn)制造背景的無損檢測(cè)三級(jí)人員資質(zhì)的主任工程師或副主任工程師1 名作為副手，團(tuán)隊(duì)成員還有強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、材料、 工藝、制造、維修、適航等專業(yè)人員，并實(shí)施獨(dú)立的績效 考核和工時(shí)管理機(jī)制。

項(xiàng)目無損檢測(cè)IPT 團(tuán)隊(duì)根據(jù)《民機(jī)無損檢測(cè)通用要求》 和項(xiàng)目的實(shí)際需求，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最初概念階段，編制《項(xiàng)目無損檢測(cè)大綱》，如圖2 所示，指導(dǎo)項(xiàng)目各階段 無損檢測(cè)工作，從而將項(xiàng)目無損檢測(cè)工作貫穿整個(gè)項(xiàng)目研制的流程中。

具體開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可檢測(cè)性、檢測(cè) 成本、檢測(cè)時(shí)間消耗及可移除性等方面的研究工作。 其中，結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度人員負(fù)責(zé)可檢測(cè)設(shè)計(jì)工作，確保研制、 生產(chǎn)和運(yùn)營服務(wù)時(shí)檢測(cè)工作的結(jié)構(gòu)可達(dá)、設(shè)備可達(dá)以及檢測(cè)能力可達(dá)。

在大型力學(xué)試驗(yàn)中，特別是金屬機(jī)體的全機(jī)疲勞試驗(yàn)和靜力試驗(yàn)中，應(yīng)采用聲發(fā)射等無損檢測(cè)技術(shù)開展裂紋監(jiān)控等工作，而大型協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)整體計(jì)量校準(zhǔn)。對(duì)于項(xiàng)目中出現(xiàn)的部分無法短期攻關(guān)但可以替代的技術(shù)，提交預(yù)先研究中心組織攻關(guān)，為下一個(gè)項(xiàng)目使用做準(zhǔn)備。

4.2 大型力學(xué)試驗(yàn)過程中無損檢測(cè)工作

在民機(jī)研制過程中，通過聲發(fā)射等無損檢測(cè)獲得大型力學(xué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)是編制《飛機(jī)無損檢測(cè)手冊(cè)》的主要依據(jù)， 翼身強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖3 所示。

在試驗(yàn)規(guī)劃階段，項(xiàng)目管理部門委托項(xiàng)目無損檢測(cè)IPT 團(tuán)隊(duì)編制《大型力學(xué)試 驗(yàn)專項(xiàng)無損檢測(cè)工作方案》并組織實(shí)施。《大型力學(xué)試驗(yàn) 專項(xiàng)無損檢測(cè)工作方案》應(yīng)由分管該試驗(yàn)任務(wù)的結(jié)構(gòu)工藝 總師負(fù)責(zé)審批。

在開展大型力學(xué)試驗(yàn)（含外協(xié)試驗(yàn)）任務(wù)時(shí)，項(xiàng)目無損檢測(cè)IPT 團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)提前規(guī)劃無損檢測(cè)能力的建設(shè)，確保試驗(yàn)過程中無損檢測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)能力，監(jiān)督相關(guān)無損檢測(cè)制 度、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的落實(shí)，加強(qiáng)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ) 和備份，所有數(shù)據(jù)應(yīng)同時(shí)備份至集團(tuán)公司試驗(yàn)驗(yàn)證工作的 技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)。

4.3 無損檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)分析

無損檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)分析系統(tǒng)的建立應(yīng)當(dāng)充分評(píng)估以識(shí)別所有可能影響結(jié)果的因素。如圖4所示，在民機(jī)產(chǎn)業(yè)常常采用三層樹狀圖來分析相關(guān)因素。

在民機(jī)產(chǎn)業(yè)，需要重點(diǎn)考慮影響樣本選擇的因素包括： 大部件的臨界尺寸、被測(cè)對(duì)象的構(gòu)型、航空公司的特殊需 求，樣本應(yīng)該覆蓋的整個(gè)產(chǎn)品的使用范圍和理論允許公差 范圍。所使用的分析技術(shù)假定單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性， 必須進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量以確保操作者無法識(shí)別該零件。

測(cè)量系統(tǒng)受人為影響的過程，需要每名測(cè)量人員進(jìn) 行大量的重復(fù)測(cè)量。每個(gè)測(cè)量人員須測(cè)量每個(gè)樣本三次 或者更多次。當(dāng)樣本能表現(xiàn)出很好的控制水平時(shí)，單人測(cè)量單個(gè)樣本的最低要求是兩次。在研究測(cè)量系統(tǒng)分析因素時(shí)，應(yīng)盡可能體現(xiàn)實(shí)際使用該測(cè)量設(shè)備的操作員的代表樣本。

如果操作人員多于3人時(shí)，那么至少需要選擇2個(gè)人。需要考慮的重要因素包括：最多和最少的有經(jīng)驗(yàn)人員、工作在不同位置的人員、工作在不同班次的 人員、任何可能影響測(cè)量過程的生理因素等：例如左右撇子，不同層次的視覺敏銳度、身高、血壓等人為因素。所有測(cè)量研究的參與者應(yīng)受過足夠的培訓(xùn)。在使用自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（如大型超聲C掃設(shè)備等）時(shí)人為因素才可忽略不計(jì)。

5 結(jié)語

長期以來，我國民用航空產(chǎn)業(yè)缺乏頂層策劃。雖然大量引進(jìn)了國外先進(jìn)無損檢測(cè)設(shè)備，并培訓(xùn)了一批擁有 NAS410 或等同資質(zhì)的人員，但就整體效能和發(fā)展上，并非處于有序發(fā)展中。

   容大擁有一批在業(yè)內(nèi)取得顯著成就的專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)行業(yè)內(nèi)的檢測(cè)需求理解較深，并且有豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，本著精益求精的原則，針對(duì)不同樣品成立不同領(lǐng)域的技術(shù)小組進(jìn)行分析、實(shí)驗(yàn)，由相關(guān)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)最豐富的高級(jí)工程師擔(dān)任負(fù)責(zé)人。保證每個(gè)報(bào)告的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性。適用于鋼鐵企業(yè)、石化行業(yè)、科研院所、大專院校等部門的相關(guān)研究和測(cè)試。

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