鱼骨图法在某型飞机发动机运行失效的研究

韩经伟　李军祥

摘 要：飞机发动机维修过程中的质量问题会导致发动机空中运行失效，进而严重影响航空飞行安全。如何确定飞机发动机空中运行失效，消除发动机维修过程中的质量问题以及杜绝该类运行失效问题再次发生是文章研究的目的。应用质量方法中的帕累托图法，找出D公司交付的60台该型飞机发动机空中运行失效的主要问题，应用头脑风暴法分析这些主要问题各种可能的成因，再应用鱼骨图法对这些主要问题的成因展开分析。最终得出关键部件中央通气管（CVT）的质量表现对该发动机运行失效有直接的影响。对中央通气管的检测、装配、产品审核制定全方位的质量管理以及对该型号发动机空中运行失效问题的消除提供了参考。

关键词：飞机发动机；运行失效；质量问题；鱼骨图；中央通气管

中图分类号：V 232.7 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2018）02-0225-06

Abstract：Quality issues of aircraft engine maintenance can lead engine shutdown in flight and have impact on air safety of airlines seriously.This paper is to confirm and eliminate the quality issues of engine in flight running failure and prevent the reoccurrence of engine failure in flight.The Pareto diagram was utilized to find out the main problems of 60 delivered engines in flight running failure；brainstorm method was used to analyze all kinds of possible reasons，and Fishbone diagram to analyze these main reasons，which cause the engine shutdown in flight.The analysis results show that the quality performance of center vent tube（CVT）in the engine key components has direct influence on the engines in flight running，which offers references for formulating the totally quality management guidance of CVT inspection，installation and external product audit and eliminating the quality issues of the engines in flight running.

Key words：aircraft engines；flight running failure；quality issues；fishbone diagram；center vent tube

0 引 言

民用航空發动机维修业是当前民用航空工业为保障飞行器飞行安全的一项重要产业，为航空公司飞机安全稳定运行提供必要的产品技术保证。航空发动机维修作为航空公司必要的维护工作，其航材管理部门会定期将其管理的飞机发动机送至发动机制造公司指定的授权维修单位进行飞机发动机维修和保养工作[1-2]。

飞机发动机维修质量的优劣关系到航空公司飞行安全、航空公司的商业利润和维修公司的订单收入等相关经济效益[3]。当前国内机械工业制造领域谢火琼等人[4]运用质量管理鱼骨图法分析和优化汽车发动机缸体的铸造条件，成功实现了某汽车发动机缸体铸造公司故障率的显著性下降。王浩琦等人[5]对超速试验机主轴进行了模态分析，较全面地分析了整机的振动特性。国内航空业孟凡斌[6]从航空发动机型号故障管理的实际工作需求出发，在事前预防，事中控制和事后处置3个方面制定了发动机故障精细化管理的具体措施，运用流程精细化管理理念，质量鱼骨图分析法在大推力涡轮风扇发动机故障处置中收效明显。蒋成姣等人[7]研究了汽车零件装配连接方式设计对装配效率的影响。中国工程院院士向巧[8]在军用飞机发动机维修工程质量管理领域中运用质量控制和质量审核方法对发动机维修可靠性进行管理。孙奕杰等人[9]在航空器设计、制造流程中建立鱼骨图模型分析了航空器设计制造等单位故障和缺陷的原因。罗勇等人[10]研究了质量管理方法在航空发动机附件制造企业的应用。Arie Wibowo等人[11]在航空发动机大修企业中使用相关的质量工具在产品服务体系、维修质量竞争力等方面来预防维修差错。同时，国外民航维修业早已在质量分析中开展鱼骨图方法的应用，SergiyDmitriev等人[12]提出鱼骨图在技术流程和质量控制中的研究和应用，民航发动机维修企业德国汉莎技术公司（LHT）Joern Kraft等人在发动机维修经济性上提出使用鱼骨图法提前分析判断发动机的在翼状态[13]，对其进行质量维修监控。民用航空发动机维修质量管理是一项科学系统的工程，如何最大限度的降低维修质量事故，防止出现发动机运行失效事件，不仅仅是航空监管部门的工作重心，同时在国内外企业界、学术界等都是值得关注和研究的。

研究基于S航空公司送修D公司的某型飞机发动机，维修后出现运转失效等质量问题，该质量问题直接导致飞机发动机空中停车，D公司为解决该质量问题采用了相应的方法和对策。运用质量工具里的柏拉图法进行产品质量问题排序，运用分层图法明确问题等级，运用鱼骨图方法重点分析质量问题，找出该型号飞机发动机空中运转失效的成因，对民用航空发动机维修企业具有比较实际的参考意义。

1 问题事件回溯

2016年1月至2017年1月D公司陆续交付S航空公司某型航空发动机共计110台。2017年3月至5月陆续收到S航空公司飞行机组报告的60台该型号发动机空中运转失效故障报告，相关受影响的航班降落机场后，经地面勤务人员检查发现该发动机附件传动齿轮箱（AGB）磁屑探测器磁性堵头区域有大量金属屑，低压涡轮（LPT）后轴收油池底部也有大量金属屑，外观检查发现连接部位的管路有滑油渗漏现象，该批次的发动机空中运转失效故障率为54.5%.该问题直接造成发动机运转失效，S公司当即停止了D公司该批次交付的发动机后续的航班飞行任务，此事件造成S公司大量航班延误和停场。S航空公司决定返厂维修故障发动机，并责令D公司开展问题事件调查。D公司收到该批次发动机后当即启动发动机质量问题调查，成立D公司质量问题调查组以解决该批次发动机运行失效问题。

在质量调查过程中，需要获取质量问题的统计数据，针对此项客户直接报告的发动机故障，由于事件突发，无法在第一时间内准确判断问题的根本原因。于是即从D公司发动机维修流程所有环节和步骤开始，逐一进行数据收集和分析。本次事件采用质量管理领域常用的质量工具进行分析，使用的理论工具有：调查表法，分层法，排列图法，因果图法，散布图法，直方图法和控制图法。

2 问题分析采用的方法

2.1 质量问题分类方法

分层法是把比较复杂的数据、资料进行整理，根据使用目的的需要，进行系统性的分门别类整理以方便后续的分析。分层法为问题的调查提供了数据支撑。排列图法是将统计分类的数据以问题的原因、问题发生的现象进行系统的分类。在文中，问题的直接表现即飞机发动机空中运行失效。由于飞机发动机结构的复杂性，维修过程，维修工艺的不同，发动机工作环境的变化等，导致运行失效的原因众多。典型的因素包括人的因素、机器的因素、材料的因素、技术和方法的因素、环境因素等。通常情况下，这些因素的综合作用影响产品最终的质量表现。

查阅在2016年1月至2017年1月期间，该型号发动机D公司维修过程中的每一个维修流程和操作步骤资料，并收集S公司报告的60台空中停车失效发动机的质量问题表现、资料和相关数据，以确定问题程度和类别。表1列出了2016年1月以来该型号发动机失效问题出现的故障反馈现象。

从表1可以看出，空中停车后的发动机检查发现的问题表现形式有中央通气管CVT（Center Vent Tube）磨损，低压涡轮油气分离器脱离，附件齿轮箱轴承移位等。图1是该型发动机质量问题表现的柏拉图。

从表1和图1可以看出，造成D公司维修发动机空中停车的主要问题为中央通气管CVT磨损和油气分离器脱离，占到了发动机故障总不良率的75%.

低压涡轮油气分离器和中央通气管CVT末端在发动机构造上是相互连接的，油气分离器的安装差错有可能导致CVT末端产生磨损，如图2磨损的中央通气管和图3破损的油气分离器即中央通气管末端与油气分离器安装问题导致的双部件损伤。

2.2 质量问题分析方法

鱼骨图是一种发现问题根本原因的方法，用形象的图来表示问题和原因之间的关系。在使用鱼骨图分析时，大家通过“头脑风暴法”，从人、机、法、料、环5个维度来分析原因，称之为要素型鱼骨图分析法。分析导致问题可能产生的原因后，再分析导致问题可能产生的主要原因，最后从最重要的原因开始处理，并从根本上解决问题。但是，运用头脑风暴法分析问题时，需要满足如下几个前提条件。

1）问题的分析调查尽可能做到细致全面。如果分析过程有遗漏不全面，会出现比较大的疏漏，丢失一些问题发生的重要原因。

2）头脑风暴法的参与人员需要对产品的维修流程有较为熟悉的认知。针对发动机产品结构，修理工艺技术，生产作业流程，对分析人员的工作经验要求很高，在本次质量问题调查组成员的选择上，需要选取相关部门的核心技术管理人员参与。

3）该方法的使用范围适用于制造业产品生产过程的控制管理。其他不同类型的行业企业在应用该方法分析时需根据实际情况选择是否使用。

结合D公司自身实际，文中采用的方法是以质量问题产生的原因为主线的功能型鱼骨图分析方法。

在D公司交付的该型号飞机发动机中，通过在各个不同工作部门运用头脑风暴法，组织各相关部门核心技术人员和生产管理人员开展质量问题的原因分析和讨论，集体分析可能的成因，列举出所有的直接原因以绘制相应的功能型鱼骨图。

3 问题原因分析

3.1 中央通气管CVT磨损问题产生的原因

该型号飞机发动机在构造上是中央通气管前端与风扇单元体螺帽连接，中央通气管后端与低压涡轮油气分离器固定卡槽口连接。中央通气管在装配过程中人员操作不规范，组件安装连接不到位等装配差错极易导致中央通气管锁紧力矩值不足，使得卡槽连接口脱离，发动机在高速高频振动的工作环境中，造成中央通气管与油气分离器磨损，进而出现滑油渗漏，发动机空中运转失效的情况。D公司质量问题调查小组对该批次中央通气管CVT磨损的发动机进行拆解检查发现，在公司内部组装的中央通气管CVT出现磨损的主要原因有两个：一是发动机风扇前端螺帽与中央通气管前端未完全连接，二是油气分离器固定卡槽口在发动机轴向上产生移动。

3.1.1 发动机风扇前端螺帽未完全连接至中央通气管

该质量问题出现的原因是操作人员装配过程不符合该型號发动机组装工艺标准。适航资料文件即发动机维修手册明确要求在该组装步骤中需要注意中央通气管前端连接的风扇螺帽旋紧力矩值不得低于300磅/英寸，而D公司工程部门下达的工作指令和工作单卡在该操作步骤中描述不清晰，未要求操作人员记录锁紧力矩值，容易造成操作人员在关键步骤疏漏。从中央通气管端面连接的几个主要部件来看，风扇单元体锁紧螺帽是中央通气管CVT连接的重要部件，该安装步骤的操作流程对CVT是否正确安装，CVT是否出现磨损有较为直接的原因，对该步骤质量问题原因标注于鱼骨图3中。

3.1.2 油气分离器和中央通气管CVT脱离

发动机在运行过程中，风扇叶片沿圆周方向径向旋转，中央通气管也在同方向上随之旋转，CVT后端的油气分离器通过固定卡槽与之连接，也随之产生轴向运动。如果中央通气管和油气分离器安装不到位，槽口未完全固定，会使得油气分离器随着发动机的高速运转逐渐脱离出中央通气管后端的连接卡槽，进而产生小间隙的径向位移，油氣分离器的小间隙径向位移随着飞机发动机高频振动，最终导致油气分离器同CVT管路后端连接卡槽口出现高频度的磨损，即磨损发生。槽口未固定的原因就从安装连接槽口的操作步骤分析，可以从安装工具的使用，工装夹具，操作人员技能经验等方面分析，可能原因标注于鱼骨图3中。

3.1.3 航材质量问题

该型发动机组装过程中会有部分中央通气管来源于外部采购，航材供应商的产品本身质量是否可靠在D公司操作人员组装时无法确定，由于航空维修体系采取产品放行的文件审核模式，从外部供应商采购的中央通气管在放行证书齐全的条件下被直接安装于发动机内部，即采购航材的即时使用。调查该问题批次的发动机来自外部采购的中央通气管，发现部分中央通气管在供应商处有过产品翻修记录，对管路的卡槽有执行过荧光渗透无损检测工艺，但检测报告并未详细说明该部位的缺陷情况，

而该卡槽部位即为发生磨损的失效连接处，QC小组质量成员通过对该航材供应商的审核发现该供应商修理能力不健全，技术资料缺失，维修设备老化等。现将供应商的问题原因标注于鱼骨图3中。

通过对安装过程中的两个不同连接部位的操作步骤审查和中央通气管外部维修供应商的质量审核和问题调查，可以看到质量改进后的该型发动机中央通气管运转状态如图4所示，连接处的卡槽构型和外观正常，无损伤。

3.2 问题产品流出的原因

S航空公司的飞机发动机各部件在D维修公司分解后，拆解部件中央通气管CVT和油气分离器，需经BX & CX（主检&终检）零部件产品检验部门对产品进行检查。重点检查区域是中央通气管安装部位的槽口，在目视检查无明显外观损伤，安装槽口尺寸不超过发动机维修手册规定标准等检验条件下方可运送到航材接收部门，进而完成发动机可用件入库流程。如果BX&CX检验部门检测到中央通气管有外观缺陷或连接处的槽口尺寸超标，槽口尺寸不符合发动机维修手册中要求的可用零部件尺寸范围，检验部门就不能将产品运送到航材可用件存储区域。因此，需要分析是什么原因造成问题产品的流出。通过分析找到可能的原因有检验人员漏检、检验操作工作单卡、检验人员主观判断等。将这些原因绘制到产品检验过程的功能型鱼骨图5中。

对功能型鱼骨图3和图5分析的原因进行汇总，并在工作现场逐一调查验证。验证发现：由于中央通气管CVT部件在D公司总机组装车间的不规范安装，产品检验漏检，该部件外部送修厂家修理流程质量逃逸等问题是导致该型号飞机发动机空中停车的主要原因，对该类产品相关质量问题提出纠正措施，从质量问题的类型、产生的原因、如何改正等方面进行详细的说明，相关的改正措施见表2.对整改方案进行为期3个月的落实，对BX & CX检验部门制定检验标准操作规程。如图6所示，改进后的检验部门操作规范，在安装前的低压涡轮后收油池中央通气管CVT外径进行水平度测量，后收油池异物目视检查，中央通气管后端间隙检查，同时在安装前对油气分离器连接处进行尺寸检查，使其符合安装尺寸标准。

在飞机发动机安装操作方面，检查基于鱼骨图3和图5的质量原因分析整改方案在D公司内的执行情况，对中央通气管的装配步骤逐条分解细化，工程部门制定出可操作性的工作单卡和工程指令，对连接部件的力矩值，装配工装工具的使用规范和检验人员关键尺寸的测量等工作步骤上给出明确具体的要求，做到操作人员，工作资料和工具设备无偏差，准确施工维修，对承接中央通气管修理业务的外部供应商加强产品质量检验要求，督促其完成并落实D公司对其质量问题审核项目的整改。

在此期间，对新出厂交付S航空公司客户的30台该型发动机的运行情况跟踪调查，未收到S公司报告的该批次飞机发动机空中停车故障，飞行中机组人员未发现发动机低滑油压力、高滑油温度等故障信息，机场地面维护人员未发现该型号发动机低压涡轮后收油池连接CVT的管路和油气分离器的金属残渣、金属屑，检查附件齿轮箱磁屑探测器现实正常无异物。对交付的发动机在航线机库对发动机低压涡轮后收油池和CVT末端进行内窥镜孔探检查（BSI）和局部拆解检查，中央通气管CVT显示正常无磨损，未见明显异常，总体发动机空中停车故障率为0.

4 结 论

飞机发动机维修过程涉及到操作人员，装配技术，修理工艺等不同的操作流程。中央通气管CVT对发动机维修后的产品运行起到关键作用，由于其独特的构型（CVT与发动机前端风扇单元体和后端低压涡轮油气分离器分别相连），装配差错或产品缺陷将直接导致发动机多个部件损伤乃至失效，引起一系列连锁反应。只有良好的产品才能保证发动机空中运行可靠无故障。在本次QC小组质量调查行动中，使用帕累托图确定了发动机空中运转失效的主要问题表现分别为中央通气管CVT磨损和油气分离器脱离。结合该型号发动机工作原理、发动机构造原理、发动机维修手册等技术资料，运用头脑风暴法集合专业人员综合分析了中央通气管和油气分离器受损的各种可能成因。再利用鱼骨图法推导出关键部件中央通气管在发动机装配后受损的直接原因。分析发现：对发动机运转失效影响较大的质量因素为中央通气管的检测、装配等操作步骤以及直接采购的中央通气管。对此开展质量督查整改行动，使D公司在维修规范，维修技术标准上满足适航要求，同时严格管控航材供应商，确保了采购的产品质量稳定。

文中基于鱼骨图法研究D公司交付的运行失效的发动机质量问题，得出了质量问题的根本原因并建立有效的产品质量管理方案，彻底消除了关键产品安装差错和关键产品质量缺陷隐患。对该型号发动机维修流程可靠性和同类发动机维修公司关键产品的质量管理提供了较好的经验，为D公司减少返工经济损失200多万美元，保证了D公司的后续维修订单业务，取得了较好的S航空公司客户满意度。

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（責任编辑：王 强）