基于模块化的EWIS装配分析

刘 佳

（上海飞机制造有限公司，上海 201324）

0 引言

模块化的概念最初于1962年提出，随着电子技术的发展，模块化装配被应用在电子产品、汽车制造等领域，在全球逐渐形成模块化网络[1]。目前，国外的飞机制造商已开始采用模块化设计和装配方案，对同一机型的不同系列，根据不同的模块化拆分，在不同系列的机型之间保持部分部段的通用性，降低了产品的制造成本和管理难度，同时也增加了对客户需求快速落实的灵活性。国内飞机制造也在向模块化方向发展，这有利于在国内形成航空产业链，打通国内航空产品制造通路，逐步掌握航空产品制造关键技术，提升国家整体制造水平[2]。在飞机结构逐渐形成模块化装配的同时，飞机系统填充也向模块化的方向发展，其中飞机线缆互联系统（EWIS）的模块化方案根据飞机结构模块化的装配设计方案而确立，EWIS系统不同于其他系统，组成模式不是单一设备单元，而是整个电气网络，且该网络关系到其他几乎全部的飞机系统，模块化对EWIS装配的影响也与其他系统有所不同。该文以飞机模块化装配为基础，分析研究模块化对EWIS系统装配方案的影响以及如何制定合理的EWIS模块化装配方案。

1 模块化方案

EWIS系统分布在飞机的各个部段，飞机结构的模块化方案是EWIS模块化方案的基础。飞机结构一般根据大部段进行划分，各部段分包给对应的供应商。常见机型的结构部段划分如图1所示（左图），一般分为机头、前机身、中机身、中后机身、后机身、尾段、垂平尾以及机翼。

EWIS根据结构部段划分，在结构分离面位置设置线束分离面，使EWIS模块化方案与结构模块化方案统一，从而达到在部段制造阶段实现线束填充的目的。这其中不包括对分离面有数量限制的特殊线路。

在大部段之内，可以继续细分出更小的结构单元，例如机头可分出设备架、中央操纵台以及仪表板等，如图1所示（右图），根据这些更小的结构单元可以继续对EWIS线束进行模块化划分。由于设备架上集中了系统设备，因此线束较多，也是全机线路较集中的区域之一，在设备架与大部段交界位置设置线束分离面，在设备架地面制造完成后，即可进行EWIS线束安装和检测。同样的，中央操纵台、顶部控制板也可以进行EWIS的模块划分，在结构地面制造完成后进行线束安装，即可以并行进行线束安装工作，不仅可以增大操作空间、提前暴露问题，而且还可以减少机上工作量，从总体上提高装配效率。综上所述，EWIS模块化的整体方案是根据整机的结构模块化方案制定的，在整机结构模块化方案的基础上，对需要进行EWIS模块化划分的区域设置分离面，在结构部段制造阶段完成线束的安装工作。

图1 整机结构模块划分和机头内模块划分示意图

2 EIWS分离面的选择和装配影响

结构的模块化划分为EWIS的模块化划分提供了基础，但具体EWIS分离面的选择和设置须从技术、生产、效率、质量以及效益等方面综合考虑。不同的分离面设置会对装配产生不同的影响。

以机身段前机身、中机身和中后机身的EWIS分离面划分为例，图2中方法1的分离面选取在前机身与机头、中后机身与后机身的分界面处，在前、中以及中后机身之间不设置分离面，图2中的方法2分别在前、中以及中后机身前后设置分离面。2种设置方案会在以下方面产生影响：1） 生产影响。在方法1中，线束填充需要在前、中以及中后机身对接完成后进行。在方法2中，线束填充可以在各部段制造完成后进行，可由各部段制造供应商完成。2种方法可以对应不同的机身对接和供应商划分方案。方法2的生产节拍较为清晰，各部段的制造和线束填充并行进行。方法1在不更改机身对接方案的前提下，需要在机身对接后完成线束填充，需要在总装制造厂预留相应的安装时间，可能会对生产节拍产生影响；在调整部段对接方案的前提下，在前、中以及中后机身对接后进行线束填充，完成后再与其他部段对接，前、中以及中后机身的线束填充可与机头、机翼等其他部段的工作并行，对总装整体的生产节拍影响较小。2） 成本影响。在产品物料成本方面，方法2相对方法1增加了2组分离面，会增加相应的物料成本。在设计和管理成本方面，方法2相对方法1增加了2组分离面，相应的线束数量、连接器数量、分离面板数量和支架数量会相应地增加。在制造和装配人力成本方面，单从线束数量和连接器数量比较，方法1低于方法2，但对各机身部段单独填充后再进行整体结构对接的工艺方式来说，方法2提供了线束装配在部段制造阶段（或供应商）完成的可行性，通过协同供应商装配分散总装阶段的装配工作量，降低管理成本，提升装配效率，可达到综合成本降低的目的。3） 可靠性和维护影响。方法2相对方法1增加了2组连接器，相应的元器件风险点随之增加，但飞机整体的可靠性是否会受影响，需要从各元器件所引起的可靠性变化来分析，对可靠性较高的元器件来说，其数量的增加可能不会影响整体的可靠性，因此关键在于元器件的选择、连接方式和连接工艺的可靠性。从维护角度来说，方法2相对方法1增加了2组分离面，从而增大了维护和排故的灵活性，可以分段对线束进行测试，便于故障定位，并只针对出问题的线束段进行更换，无须更换整段线路。

图2 机身段的分离面划分

EWIS分离面的设置对装配工艺方案起决定性作用。EWIS分离面的选择应结合结构装配界面划分设置，并与结构装配的界面划分保持一致，保证各部段或区域装配的独立性，可最大程度地减少总装装配的工作量，实现模块化带来的效益。分离面的选择应综合考虑对生产节拍、成本和维护性的影响，在不影响可靠性的情况下，根据最优的方案设置分离面。当部分系统对分离面数量等有限制或对安全性、可靠性有影响时，则须优先考虑系统要求和安全性、可靠性的影响。

3 EWIS模块化装配的注意事项

3.1 连接模块的必要性

不同于单独的设备安装，EWIS系统在各个部段或区域的结构完成安装后，需要对EWIS进行连接，EWIS在全机呈网络化分布，实现各系统设备之间的信号、电力传输。因此，仅在各个部段或区域完成EWIS线束填充和结构的对接，EWIS仍需要连接工作，且连接工作是必要的（不可避免的）。

以大部段的对接区域为例，如图3所示，部段对接工作需要有一段操作空间，该段空间处，EWIS线束无法安装，该段线束在部段填充阶段需要临时盘绕固定在对接位置附近，待结构对接完成后，再进行安装和连接。该区域即为连接模块的区域，该区域的线束安装及连接无法合并到任何一方的模块化填充工作中，且该区域的工作需要待结构对接完成后进行。如果未划分连接模块，则仅根据部段界面对安装模块进行划分，由于连接区域内的线束无法在部段填充时完成，导致在部段填充阶段无法完整地执行安装模块的内容，而需要通过工艺控制的方法对该模块的工作进行拆分，从而导致工作界面不够清晰，在增加工艺人员工作量的同时，还容易产生人为疏漏。因此需要在无法划分到部段的连接位置设置连接模块，连接模块的区域根据结构对接的操作空间需求来设定。连接模块和部段填充模块可进行独立的装配分工，有助于工艺方案制定和图纸管理，提高工艺准备效率，便于工程更改的贯彻落实。

图3 结构对接位置的EWIS设置示意图

3.2 通用性和互换性

与其他系统相同，EWIS在进行模块化装配时，也需要考虑模块接口的通用性以及可替换模块的互换性。模块化的实施不仅有益于装配分工管理，而且对提升应对飞机选型更改的灵活性也有重要作用。例如加长型和非加长型的机头和尾段是相同的，在加长型和非加长型的对接位置设置通用的对接接口，则机头和尾段无须进行加长型和非加长型的区分就可以满足不同选型的装配需求。针对不同货源的某个布线区域来说，对该区域不同货源模块的安装和连接采用可互换的方式，在实物发生货源变更需求时便可快速进行更换。因此对存在不同选型的模块接口设置，包括不同选型的大部段、不同供应商以及不同功能需求的设备，其对接接口均需要具有互换性和通用性，以便灵活应对选型变更、货源变更以及客户需求。

3.3 线束物料的管理

当执行模块化装配时，线束物料的传递一般由线束制造到线束装配，物料传递在两方之间，但由于部分系统对分离面的数量有限制，某些线束在结构对接面处无法设置分离面，此时会导致物料在三方甚至多方之间的传递。当线束散件物料由线束制造方提供，并与线束一起作为整个线束组件包交付给线束装配方，并且不同的线束装配方均有对机上端接等线束散件物料的使用需求时，线束散件物料需要在不同的装配方之间传递。通常情况下，一个线束及其散件物料作为一个线束组件来管理，因此最初安装线束的装配方将领取整个线束物料，包括线束机上端接的散件物料，该部分物料在第一个装配方使用后，剩余部分需要传递至下一个装配方。对这种情况，需要建立有效的管控措施来保证线束物料的传递。为了避免这一问题，也可以通过取消线束组件的散件包的方式来解决，各装配方分别准备各自需要的装配物料，避免散件物料传递问题。

4 模块化的影响

模块化装配对EWIS的影响从工艺方案的制定到模块化的执行，再到对技术创新的影响，如图4所示。根据整机的模块化方案，制定EWIS的模块化方案，进而制定EWIS的制造、装配方案以及测试方案。由于模块化的装配方式在装配模块划分时需要设置连接模块，因此需要根据不同模块的互换要求管控不同选型模块间的通用性和互换性，并根据模块化装配的方案控制生产节拍。

图4 模块化对EWIS装配的影响

由于各部段阶段可以进行线束填充，因此EWIS的供应商会随之增加，须同步增加对该部分供应商的管理。模块化的供应链管理将各个供应链关系作为一个大的系统管理，既有网络组织关系，也有模块间的协调依赖。EWIS的供应链包括线束零件、元器件采购、线束制造以及线束安装等环节，由于EWIS系统在飞机各个部段均有分布的特性，因此其所涉及的供应商较多，供应链较复杂。EWIS系统具有庞大的数据量，但数据具有结构化特征，且大部分的技术具有通用性，因此在不同的供应商管理时，对通用性的技术要求保持一致性，降低管理成本，同时识别各供应商对应产品的专用要求，进行单独管理，使供应商管理具有清晰的条理。

从对创新的影响角度来看，模块化的装配方式可以推动技术创新和新技术的应用。模块化装配将装配或者设计分散化，实施方的增多会促进技术创新的发展，也为一些新技术的应用提供更多空间。模块化装配有助于形成网络经济效应、规模经济效应和范围经济效应[3]。企业可专注于自身所负责领域或模块，提高生产规模、降低生产成本，加强自身的创新研究，多个企业之间能够通过共享资源来增加知识流动和技术创新交流。除了技术创新，不同企业具有不同管理方式，在交流沟通中，可互相借鉴、吸取经验，以补足短板，对各企业自身成长起到积极的作用。模块化的装配方式在增强整体创造力和创新性的同时，还能促进企业之间的相互竞争。

5 结语

首先，该文从模块化的发展、模块化的优势开始，从整机的模块化方案入手，给出了EWIS模块化的装配方案。其次，以中机身和中后机身为例，从生产节拍影响、成本影响、可靠性和维修性影响方面分析了不同的分离面设置方案，给出并分析了EWIS模块化装配时连接模块的必要性、通用性和互换性以及线束物料的管理3个方面的注意事项。最后，对模块化装配的影响进行分析。模块化装配方式以其降低成本、提高装配效率等优势广泛地应用于飞机制造中，EWIS的模块化是飞机模块化的重要组成部分，对EWIS模块化装配进行分析对飞机实现模块化装配具有重要意义。