鞏天琛 祝賀 鄒田春

摘? 要：本文通過介紹民用飛機復合材料結構與民用航空安全及民用航空產品適航性的內在聯(lián)系，揭示過程控制在民用航空復合材料結構制造中的重要作用。以Nadcap AC7118復合材料檢查單為樣例，介紹了檢查單各章節(jié)的主要內容，并對其中的典型條款進行了解析，提出民用航空復合材料結構制造中人、機、料、法、環(huán)、測方面的過程控制的具體方法及要點。

關鍵詞：Nadcap? 復合材料? 過程控制? 民用航空? 適航性

中圖分類號：V214.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（a）-0031-05

Research on process control method of civil aviation composite structure based on Nadcap checklist

GONG Tianchen1? ZHU He2? ZOU TianChun2

（1.Avic Composites Co.， Ltd.， Beijing， 101300? China? 2. College of Airworthiness Civil Aviation University of China， Tianjin， 300300? China）

Abstract： This article introduces the internal relation among civil aircraft composite structure and civil aviation safety and airworthiness of civil aviation product， and reveals the important role of process control in civil aviation composite structure manufacturing. Taking Nadcap AC7118 inspection sheet as an example， the main contents of each section are briefed， and the typical clauses are analyzed. The key points of process control in civil aviation composite material structure manufacturing including personnel， machine， material， method， environment and test are proposed.

Key Words： Nadcap; Composite; Process control; Civil aviation; Airworthiness

20世紀50年代以來，復合材料越來越廣泛地用于軍用及民用飛機、運載火箭、衛(wèi)星等航空器及航天器的結構中。除了復合材料本身的性能外，復合材料結構的最終性能與其制造過程密切相關。民用飛機復合材料結構必須在采用合理的工藝方法基礎上對制造過程展開控制，才能持續(xù)生產出滿足經適航批準的設計要求的結構，達到預期安全程度。

1? 復合材料結構與民用航空安全

復合材料由兩種及以上的材料結合而成，其中增強體材料通常為強度高、密度小的材料，如玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等;基體材料通常是延性或韌性材料，如金屬、聚合物樹脂等[1]。復合材料結合了增強體的強度和基體的韌性，具備遠超傳統(tǒng)材料的比強度、比模量、可設計性、抗疲勞性和耐腐蝕性。目前，復合材料已廣泛用于軍用及民用飛機、運載火箭、航天器、衛(wèi)星等的制造上。在民用飛機方面，波音公司生產的B787中型客機機體結構復合材料占比約50%，空客公司生產的A380寬體客機約25%，A350寬體客機約52%[2]。國產中型客機C919的復合材料使用量將達到10%，中俄聯(lián)合研制的寬體客機CR929機身、機翼的大量主、次承力結構也將由復合材料制造。

民用飛機運營過程中將災難性事故發(fā)生的概率定為10-6/飛行小時，通過調查分析可以發(fā)現(xiàn)，由于飛機設計制造本身導致的事故數(shù)量約占總事故數(shù)量的10%，飛機結構故障導致發(fā)生災難性事故的概率不高于10-7/飛行小時，遠低于人類自然死亡的概率[3]。

復合材料結構件的性能除了與材料本身的性能密切相關，還受到制造和成型工藝的較大影響。CCAR-25《運輸類飛機適航標準》[4]中“25.605制造方法”指出：“采用的制造方法必須能生產出一個始終完好的結構?！边@就要求民用飛機結構件必須采用穩(wěn)定的制造方法，盡可能減少不同批次之間的性能差異，除了采用符合設計要求的工藝參數(shù)，也要對結構件制造和裝配過程中的人員、設備工裝、材料、操作方法、環(huán)境、檢驗檢測等各方面因素進行嚴格控制，才能保障民用飛機的可靠性和安全性，達到適航規(guī)章的要求。

2? Nadcap認證與過程控制

Nadcap是National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program的英文縮寫，即“國家航空航天與國防合同方認證項目”，是一個專門針對航空航天工業(yè)的特殊產品和特種工藝的認證[5]。目前，Nadcap認證由美國質量評審協(xié)會（Performance Review Institute，PRI）開展，空客、波音、普惠、羅-羅、中國商飛等主制造商都是Nadcap工作組成員。Nadcap檢查單是上述主制造商對供應商要求的載體，主要關注特種工藝的過程控制要求。組織獲得AS/EN/JISQ9100資質或通過Nadcap AC 7004認證是進行其他Nadcap認證的前提條件之一，在質量體系認證的基礎上，Nadcap認證更注重現(xiàn)場目擊審核，技術性相對更強[6]。表1為檢查單代碼與特種工藝專業(yè)的對應關系。

絕大部分Nadcap檢查單中的要求來源于行業(yè)規(guī)范或客戶要求，很少出現(xiàn)Nadcap專屬的特殊要求，Nadcap檢查單也不對工藝的選擇和工藝參數(shù)的制定做出指導。下面以AC7118復合材料構件制造檢查單為例，對Nadcap檢查單的架構進行分析。

AC7118 G版檢查單共30章，包括以下內容[7]：

第1章-第2章為通用信息說明，包括檢查單的適用范圍、對審核員及受審核方的要求等信息;第3章為對供應商信息的征詢，包括供應商質量體系認證、復審情況等通用信息的填寫。

第4章-第7章為質量體系要求，分別為：第4章通用質量體系要求（含內審、軟件控制、含電子數(shù)據(jù)表控制、培訓、構型控制、操作人員自驗證等內容）;第5章材料（原材料及輔助材料）控制;第6章設施設備控制;第7章工裝控制。

第8章-24章是貫穿整個復合材料構件成型工藝過程的要求：第8章通用制造工藝控制（鋪疊、封裝、工裝準備、樹脂混合、樹脂注射、膠接、固化、芯子加工）;第9章機加、修切、鉆孔;第10章工藝控制/再驗證測試的通用要求（機械測試、物理測試、熱/分析測試）;第11章工件審核通用要求（操作人員培訓、材料控制、工藝規(guī)程/流程卡控制、FOD控制、次級供應商控制等過程）;第12章原材料接收控制工作審核（預浸料、膠黏劑、芯子、零組件、纖維、預制體、樹脂等原材料）;第13章工裝準備工作審核;第14章下料工作審核（手動、數(shù)控）;第15章芯子加工工作審核（機加、灌封、拼接、穩(wěn)定化、熱成型等工藝）;第16章鋪疊工作審核（手動鋪疊、金屬膠接、液體成型、自動鋪絲、自動鋪帶、纏繞、熱隔膜成型、結構膠接等工藝）;第17章芯子準備工作審核;第18章樹脂準備及混合（僅液體成型）;第19章樹脂注射工作審核（僅液體成型）;第20章模壓成型工作審核（熱固性材料和熱塑性材料）;第21章固化工作審核（熱壓罐、烘箱、熱壓機等設備）;第22章機加、修切、鉆孔工作審核（手動、機加）;第23章混雜交接操作工作審核;第24章工藝控制/再驗證測試（機械、物理、熱/分析測試）。

在前述章節(jié)基礎上，第25-30章針對復合材料成型工藝中的關鍵項進一步提出了控制要求，第25-27章分別為自動鋪絲機、自動鋪帶機、激光投影儀、數(shù)控下料機的校準、軟件控制、確認和設置;第28章為數(shù)字化產品定義;第29章為操作人員自檢;第30章為首件檢驗。

除少數(shù)信息征詢類條款外，所有Nadcap檢查單條款要求均以疑問句形式給出，每個條款均對應“YES”和“NO”兩種符合性選項（部分條款亦存在“NA”選項）。在審核員進行審核時，根據(jù)受審核方對某一條款出示的符合性證據(jù)或根據(jù)現(xiàn)場目擊結果，對該條款給出“YES”、“NO”或“NA”的判定。除個別情況外，每個“NO”均對應一項不符合項（NCR）。NCR必須通過“RCCA”（即Root Cause Corrective Action，問題根源糾正措施）方法進行整改與關閉，完成Nadcap NCR的關閉有助于尋求認證的企業(yè)建立一個長期有效的糾正措施系統(tǒng)[8]。

Nadcap檢查單條款要求清晰明確，使用較為簡化的語言直接表述相關要求，每條涵蓋一個審核要點。以AC 7118中幾個典型條款為例。

由此可見，以AC 7118為代表的Nadcap檢查單對相應的特種工藝專業(yè)的過程控制要求十分全面、細致，其要求大到頂層文件的策劃，小到操作方法的實施，涵蓋人、機、料、法、環(huán)、測各個方面，且要求注重書面化的程序和流程。此外，Nadcap建議受審核方在審核前60～120日在組織內部進行自審核（self-audit），并要求至少在審核前30日上傳自審檢查單，組織可直接使用Nadcap檢查單作為自審核檢查單。所以，推進Nadcap認證工作，即使不以通過認證為目的，也有利于提升過程控制水平，將相關特種工藝的要求從口耳相傳、約定俗成的方式轉變?yōu)榘凑障到y(tǒng)、正規(guī)的文件規(guī)定執(zhí)行。

3? 復合材料構件制造過程控制具體方法

生產滿足設計要求的復合材料構件主要依賴于兩個方面，一是在制造過程中使用合理的工藝方法及參數(shù)，二是在制造過程中展開有效的過程控制。

因此，復合材料結構件制造商可以在選擇合適工藝方法及制定合理工藝參數(shù)的前提下，參照Nadcap AC7118檢查單要求建立一套過程控制程序，規(guī)定人員、設施、設備、工裝、材料、操作、檢驗、檢測、環(huán)境的控制方法，從而滿足工藝要求。一般來說，可從以下幾個方面進行控制。

3.1 人員要求

所有操作人員、檢驗人員與檢測人員必須按照相關程序要求進行其所從事操作的培訓并通過考核，取得相應上崗資格。未經過培訓的人員在進行操作時，必須在經培訓并取得上崗資格的人員監(jiān)督下進行。

3.2 設備、設施及工裝要求

自動鋪疊、機加、固化等主要設備及相關工裝必須能夠滿足客戶相關規(guī)范的要求，且應經過客戶的鑒定和批準。必須建立設備維護和保養(yǎng)程序，且按照程序規(guī)定的間隔執(zhí)行設備的維護保養(yǎng)工作并形成記錄。必須建立工裝的定檢程序，按照規(guī)定的間隔執(zhí)行工裝的定檢并形成記錄。設備及工裝必須按照要求進行標識，并在工藝文件中指明。

冷庫、凈化間、環(huán)境控制間等需要進行溫濕度控制的設施內必須按照要求配置經校準的溫濕度記錄儀、塵埃粒子計數(shù)器等環(huán)境監(jiān)控設備，在凈化間及環(huán)境控制間內嚴禁進行產生粉塵或污染物的操作。

在軟件控制方面，必須建立書面化程序對軟件（含貨架產品及自身開發(fā)的軟件程序）的控制維護做出要求，且應符合客戶要求。

3.3 材料要求

必須形成相關程序對于預浸料、膠黏劑、樹脂等易變質材料的保質期、外置時間進行控制，以滿足材料規(guī)范及客戶要求。所有材料的接收檢驗必須全部合格后才可將材料發(fā)放用于生產，否則需制定并執(zhí)行提前放行的程序。

所有材料應按客戶要求進行貯存和標識。

3.4 操作、檢驗、檢測方法管理

操作、檢驗、檢測方法的載體通常為各類技術文件。必須建立相應的文件控制程序、記錄控制程序和構型控制程序對文件、記錄及其更改進行控制，避免圖紙及文件版次混用、工藝記錄隨意更改等現(xiàn)象。技術文件必須按照符合質量體系規(guī)定的方式進行審簽。

操作、檢驗、檢測文件必須具備可操作性，應按照正確的操作順序列出所有步驟、工藝參數(shù)及相應的設備、材料信息，必要時應結合示意圖、表格等可視化手段。

操作人員必須嚴格按照有效版本的技術文件要求進行操作。

3.5 環(huán)境要求

鋪疊、膠接等操作應在凈化間中進行，液體成型應在環(huán)境控制間內進行。凈化間及環(huán)境控制間的環(huán)境應按照客戶要求進行控制，并按照客戶規(guī)定的間隔監(jiān)控凈化間及環(huán)境控制間內的溫濕度、塵埃粒子數(shù)、照度等參數(shù)。凈化間內應保持微正壓，并禁止一切能夠產生污染的操作。

組織應建立相關程序或流程，以保證零件制造過程中無FOD。

3.6 檢驗、檢測要求

原、輔材料的接收檢驗必須按照客戶要求或組織自身規(guī)定的抽樣規(guī)則進行抽樣，應在接收檢驗時對易變質材料的外置時間進行檢驗。接收檢驗必須按照客戶或內部要求進行相關項目的檢測。

生產過程中，檢驗點的設置必須合理，必須按照客戶要求或內部的檢驗點設置原則進行檢驗點的設置，當在后續(xù)工序無法對當前工序進行驗證時，必須設置檢驗點。必須有手段保證需要運算的檢驗（如材料外置時間、固化升溫速率等）的正確性。

檢測規(guī)程必須按照客戶檢測規(guī)范或相關檢測標準進行編制，檢測過程嚴格按照檢測規(guī)程要求進行。

4? 結語

目前，國內復合材料結構制造過程控制越來越受到重視，國內各大承擔轉包項目的復合材料制造單位均已通過Nadcap AC7118認證，但轉包生產的民用飛機型號均已通過適航認證，其主制造商早已發(fā)展出一套與產品相適應的、較為全面的過程控制方法與流程，國內轉包商只需沿用即可取得較好效果。由于歷史原因，國產大飛機的復合材料結構設計與制造還存在一定的技術壁壘，還需進一步發(fā)展和完善，配套供應商的復合材料結構制造過程控制水平也參差不齊。因此，國內復合材料制造單位應積極開展復合材料結構制造過程控制提升，在取得質量管理體系資質的基礎上，加強學習國外經驗，借助Nadcap審核進一步完善相關程序和流程，提升現(xiàn)場操作的規(guī)范性，增強人員過程控制意識，才能有效保證民用航空產品的符合性。

參考文獻

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