C919 無損檢測工作探討

1 引言

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

飛機機體結(jié)構(gòu)的安全決定著飛行的安全。民機產(chǎn)業(yè)中的無損檢測工作是指在民機項目的研制、生產(chǎn)、試驗、試飛和運營服務(wù)（含持續(xù)適航）等飛機全壽命過程中，按照規(guī)定的程序，對原材料、零部件、試驗件、結(jié)構(gòu)件、機體及其相關(guān)產(chǎn)品進行無損檢測與評價的過程，其可預(yù)防飛機機體結(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，將無損檢測與評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。 馬丁等航空航天機構(gòu)和企業(yè)無損檢測領(lǐng)域的發(fā)展。

近年來，我國的無損檢測工作日益受到重視，無損檢測技術(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)采用的無損檢測技術(shù)，在許多方面已處于國際先進甚至領(lǐng)先水平。

但是，對于從事高度復(fù)雜的大型民機研制產(chǎn)業(yè)，其管理的復(fù)雜程度遠高于普通工業(yè)產(chǎn)品。無損檢測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)研究引起飛機結(jié)構(gòu)材料特性變化、疲勞的機理及其物理參數(shù)的變化特點；這些關(guān)鍵或核心技術(shù)必須從飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的最初概念階段就開展工作。

我國民機產(chǎn)業(yè)無損檢測頂層策劃方面的研究鮮有報道， 項目全壽命階段無損檢測工作缺乏統(tǒng)籌；從而導(dǎo)致上下游執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常各自為政，無損檢測工作難以形成一個相互支持體系，已嚴重制約我國民機領(lǐng)域無損檢測工作整體效能的發(fā)揮。

本文從我國C919 大型客機和ARJ21 支線飛機兩個 項目的無損檢測工作的實踐出發(fā)，總結(jié)了歐美航空無損檢測工作的經(jīng)驗，闡述民用航空產(chǎn)業(yè)無損檢測工作的主要內(nèi) 容，界定集團總部、設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造、客服維修和航空公司等機構(gòu)和單位的無損檢測工作職責(zé)，闡述民機產(chǎn)品項目研制階段無損檢測保證與監(jiān)督工作，并介紹了我國民機產(chǎn)業(yè)無損檢測重點工作。

在以民機為代表的高度復(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，集團總部、設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn) 制造、客服維修和航空運營等機構(gòu)和單位的無損檢測工作 需要依托職能管理，明確責(zé)任分工（見表1）。

2.1 集團總部的職能

集團總部無損檢測管理部門是無損檢測工作的最高領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)，除負責(zé)組織制定集團公司相關(guān)的規(guī)章制度和制定集團公司無損檢測工作發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃外，還需要組織建 立組織機構(gòu)體系、技術(shù)體系、資質(zhì)認定管理體系，并最終審定和發(fā)布集團公司的無損檢測標準規(guī)范。

2.2 設(shè)計研發(fā)的職責(zé)

項目設(shè)計研發(fā)單位是項目無損檢測工作的主要支撐機構(gòu)，主要負責(zé)協(xié)助集團公司總部，建立無損檢測技術(shù)體系， 組織編制公司無損檢測技術(shù)標準、規(guī)范和方法，負責(zé)編制民機無損檢測通用要求，并及時完善。

根據(jù)型號項目研制目標，對預(yù)采用航空領(lǐng)域新材料、 新工藝帶來的無損檢測技術(shù)難題，開展未來型號或改進型號的無損檢測技術(shù)預(yù)先研究。
在項目研制過程中，對機體部段級和全機級的地面試驗和試驗試飛過程的疲勞損傷和意外損傷實施無損檢測和監(jiān)測，獲取損傷的動態(tài)擴展信息，建立項目全機損傷檢測 基本數(shù)據(jù)庫，為確定飛機壽命和設(shè)計改進提供依據(jù)。

此外，項目設(shè)計研發(fā)單位需負責(zé)牽頭編制飛機的 《無損檢測手冊》（Non-destructive Testing Manual， NTM），明確飛機原位結(jié)構(gòu)無損檢測程序，檢測程序中明確結(jié)構(gòu)的損傷信息、檢測器材、檢測過程及損傷信號判讀標準等內(nèi)容，同時研制滿足飛機工程設(shè)計結(jié)構(gòu)安全要求的無損檢測對比試塊，用于指導(dǎo)飛機用戶在飛機持續(xù)適航過程中實施無損檢測。

2.3 生產(chǎn)制造的職責(zé)

生產(chǎn)制造單位從飛機制造過程，按照零件圖紙的檢測要求，依據(jù)民航局認可的項目無損檢測工藝規(guī)范，對飛機零部件生產(chǎn)過程實施無損檢測，達到飛機零部件質(zhì)量控制的目的。同時，組織開展零部件和結(jié)構(gòu)件制造階段的無損檢測技術(shù)支持和工程研究。

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

負責(zé)對集團公司所屬單位無損檢測操作人員提供培訓(xùn)和認證，并負責(zé)根據(jù)集團公司和相關(guān)國際航空行業(yè)能力審核準則對供應(yīng)商進行 損檢測能力和過程質(zhì)量控制審核，評估供應(yīng)商的無損檢測能力和水平是否滿足公司無損檢測技術(shù)和型號設(shè)計要求。

同時，生產(chǎn)制造單位負責(zé)收集供應(yīng)商在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中無損檢測出現(xiàn)的各類問題，按照《國際航空航天無損檢測人員資格鑒定與認證》（簡稱NAS410）的要求組織實施對集團外部無損檢測人員培訓(xùn)機構(gòu)的資質(zhì)認定，承擔(dān)供應(yīng)商所屬的二級、三級無損檢測操作人員雇主要求的培訓(xùn)和認證。

2.4 客服維修單位的職責(zé)

客服維修單位負責(zé)歸口管理飛機無損檢測手冊，并作為責(zé)任主體代表集團公司接受適航當(dāng)局對手冊的審查工作。

負責(zé)組織開展飛機維護階段中無損檢測方法的工程研究，建立客戶服務(wù)無損檢測快速響應(yīng)工作機制，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技術(shù)能力 支持和駐場檢測服務(wù)。

負責(zé)代表集團公司為客戶進行飛機無損檢測手冊的使用培訓(xùn)。負責(zé)收集飛機運營服務(wù)階段中機體結(jié)構(gòu)損傷的信息，建立飛機損傷信息數(shù)據(jù)庫，并向設(shè)計研究單位無損檢測主管部門備份，作為項目改進設(shè)計的 依據(jù)。

2.5 航空公司的職責(zé)

航空公司根據(jù)飛機無損檢測手冊和NADCAP 等供應(yīng)商質(zhì)量管理體系文件、標準，使用飛機制造商提供檢測用對比試塊，對飛機機體結(jié)構(gòu)損傷開展無損檢測，并及時向 飛機制造商的客服維修機構(gòu)反饋飛機運營服務(wù)階段中機體結(jié)構(gòu)損傷的信息，便于飛機制造商制定維修方案和設(shè)計優(yōu)化。

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

3.1 項目經(jīng)理系統(tǒng)

項目主管材料工藝的項目經(jīng)理是項目無損檢測工作的負責(zé)人，負責(zé)項目全壽命周期的無損檢測工作策劃。其領(lǐng)導(dǎo)下的項目經(jīng)理系統(tǒng)，如圖2 所示，在飛機總體方案定義、 初步設(shè)計、詳細設(shè)計、全面試制、試飛取證、批生產(chǎn)和持續(xù)適航各個階段實施無損檢測的相關(guān)工作。

項目經(jīng)理系統(tǒng)負責(zé)確定產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件上標注的零件類別、允許缺陷類型和尺寸、關(guān)鍵部位，建立無損檢測方法和規(guī)范、驗收標準，評估使用維護中需要無損檢測的項目、原位無損檢測的項目及原位無損檢測可達性等是否滿足飛機完整性要求，確保無損檢測技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量要求相一致。

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

3.2 項目無損檢測監(jiān)督

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

項目經(jīng)理系統(tǒng)負責(zé)審查和批準用于建立復(fù)檢周期的對檢測能力的假設(shè)；推薦需確認的無損檢 測技術(shù)改進和演示項目，以及必要的過渡無損檢測方案以應(yīng)付檢測能力缺口；向生產(chǎn)制造單位（含供應(yīng)商）提供建 議和指導(dǎo)，對生產(chǎn)制造單位（含供應(yīng)商）提出的無損檢測問題進行決策。

3.3 專業(yè)技術(shù)總師的職責(zé)

無損檢測主任設(shè)計師是集團公司無損檢測工作的技術(shù)負責(zé)人，負責(zé)集團公司無損檢測工作的策劃。在不承擔(dān)具體項目任務(wù)時，隸屬于材料工藝技術(shù)專業(yè)總師。

其主要負 責(zé)在飛機設(shè)計、制造、試驗、試飛和運營服務(wù)各個階段， 組織實施無損檢測的技術(shù)工作，特別是無損檢測技術(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)的無損檢測方法研究。

組織建立并完善無損檢測新技術(shù)標準、規(guī)范和方法體系，并組織跟蹤主流民機主制造商無損檢測技術(shù)的最新應(yīng)用進展。

4 民機產(chǎn)業(yè)無損檢測的重點工作

4.1 項目無損檢測IPT 團隊

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

該IPT 團隊負責(zé)人由設(shè)計研發(fā)單位無損檢測主任設(shè)計師兼任，直接向項目主管材料工藝的副總經(jīng)理匯報，并由生產(chǎn)制造背景的無損檢測三級人員資質(zhì)的主任工程師或副主任工程師1 名作為副手，團隊成員還有強度、結(jié)構(gòu)、材料、 工藝、制造、維修、適航等專業(yè)人員，并實施獨立的績效 考核和工時管理機制。

項目無損檢測IPT 團隊根據(jù)《民機無損檢測通用要求》 和項目的實際需求，在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的最初概念階段，編制《項目無損檢測大綱》，如圖2 所示，指導(dǎo)項目各階段 無損檢測工作，從而將項目無損檢測工作貫穿整個項目研制的流程中。

具體開展結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可檢測性、檢測 成本、檢測時間消耗及可移除性等方面的研究工作。 其中，結(jié)構(gòu)、強度人員負責(zé)可檢測設(shè)計工作，確保研制、 生產(chǎn)和運營服務(wù)時檢測工作的結(jié)構(gòu)可達、設(shè)備可達以及檢測能力可達。

在大型力學(xué)試驗中，特別是金屬機體的全機疲勞試驗和靜力試驗中，應(yīng)采用聲發(fā)射等無損檢測技術(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)實現(xiàn)整體計量校準。對于項目中出現(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)，為下一個項目使用做準備。

4.2 大型力學(xué)試驗過程中無損檢測工作

在民機研制過程中，通過聲發(fā)射等無損檢測獲得大型力學(xué)試驗的數(shù)據(jù)是編制《飛機無損檢測手冊》的主要依據(jù)， 翼身強度試驗現(xiàn)場圖片如圖3 所示。

在試驗規(guī)劃階段，項目管理部門委托項目無損檢測IPT 團隊編制《大型力學(xué)試 驗專項無損檢測工作方案》并組織實施。《大型力學(xué)試驗 專項無損檢測工作方案》應(yīng)由分管該試驗任務(wù)的結(jié)構(gòu)工藝 總師負責(zé)審批。

在開展大型力學(xué)試驗（含外協(xié)試驗）任務(wù)時，項目無損檢測IPT 團隊?wèi)?yīng)提前規(guī)劃無損檢測能力的建設(shè)，確保試驗過程中無損檢測設(shè)備的監(jiān)測能力，監(jiān)督相關(guān)無損檢測制 度、標準和規(guī)范的落實，加強相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的采集、存儲 和備份，所有數(shù)據(jù)應(yīng)同時備份至集團公司試驗驗證工作的 技術(shù)支撐機構(gòu)。

4.3 無損檢測測量系統(tǒng)分析

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

在民機產(chǎn)業(yè)，需要重點考慮影響樣本選擇的因素包括： 大部件的臨界尺寸、被測對象的構(gòu)型、航空公司的特殊需 求，樣本應(yīng)該覆蓋的整個產(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)假定單個數(shù)據(jù)點的統(tǒng)計獨立性， 必須進行隨機測量以確保操作者無法識別該零件。

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

如果操作人員多于3人時，那么至少需要選擇2個人。需要考慮的重要因素包括：最多和最少的有經(jīng)驗人員、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。所有測量研究的參與者應(yīng)受過足夠的培訓(xùn)。在使用自動測量系統(tǒng)（如大型超聲C掃設(shè)備等）時人為因素才可忽略不計。

5 結(jié)語

長期以來，我國民用航空產(chǎn)業(yè)缺乏頂層策劃。雖然大量引進了國外先進無損檢測設(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，對行業(yè)內(nèi)的檢測需求理解較深，并且有豐富的檢測經(jīng)驗，本著精益求精的原則，針對不同樣品成立不同領(lǐng)域的技術(shù)小組進行分析、實驗，由相關(guān)專業(yè)經(jīng)驗最豐富的高級工程師擔(dān)任負責(zé)人。保證每個報告的準確性、嚴謹性。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)研究和測試。

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