Réduction du taux de rejet et de la variation des dégagements dans le compresseur haute-pression lors de l'assemblage de moteurs turbopropulseurs par l'utilisation de l'assemblage sélectif

Avec plus de 15 000 composants et des dizaines de caractéristiques clés à respecter, l'assemblage d'un moteur d'avion turbopropulseur présente bien des défis. Parmi eux se trouvent la maîtrise de deux dégagements critiques à l'intérieur de la section du compresseur haute-pression. Le taux de rejet des moteurs dû au non-respect de ces dégagements est présentement établi à 33%. L'objectif de ce mémoire est de trouver une solution permanente, facilement implantable dans un environnement de production et sans aucun investissement significatif, qui permet de réduire ce taux de rejet élevé. Une recherche de la cause fondamentale du problème met en évidence que la variation dimensionnelle des pièces composant le compresseur haute-pression en est la source. À défaut de ne pas pouvoir maîtriser la variation des dimensions des pièces lors de leur fabrication sans devoir recourir à des investissements importants, la meilleure alternative disponible est de se concentrer sur la maîtrise de la propagation de la variation à travers l'assemblage. L'utilisation de l'assemblage sélectif est proposée pour y arriver. Par contre, contrairement aux travaux antérieurs référant à cette technique, l'assemblage en question est de nature longitudinale et non radiale, comporte un nombre important de composants, au lieu de seulement deux, et surtout, certains composants possèdes plusieurs dimensions qui sont liées aux deux dégagements à contrôler. Traditionnellement, les composants n'ont qu'une seule dimension impliquée dans la maîtrise d'un dégagement. Pour bien comprendre l'impact de ces composants multiparamétriques, une analyse de la chaîne de cotes de l'assemblage est réalisée. Cette étape permet d'identifier clairement quelles sont les dimensions « pièce » clés qui doivent être retenues pour l'analyse. Par la suite une méthode basée sur une étude du comportement statistique du procédé de fabrication de chaque dimension « pièce » ainsi que sur l'aspect de facilité d'implantation en milieu industriel est proposée afin d'établir la classification des pièces pour l'assemblage sélectif. Chaque procédé est assimilé à un type de distribution statistique et caractérisé par son indice de performance, le Ppk. Par la suite, un programme est créé pour construire une population virtuelle et effectuer une simulation d'assemblage. Cette population d'assemblages virtuels permet de tester l'efficacité de la solution en la comparant avec la situation réelle. Les résultats confirment que l'utilisation de l'assemblage sélectif a effectivement un effet positif sur la maîtrise de la variation à travers l'assemblage, mais qu'il y a encore des opportunités d'améliorations possibles;

Abstract

With over 15 000 components containing multiple key characteristics to respect, the assembly of a turbopropeller plane engine presents several challenges. Among them is the control of two critical clearances inside the high-pressure compressor section. Currently, the engine rejection rate resulting from the failure to comply with these clearances is 33%. The objective of this paper is to find a permanent method to reduce this rejection rate, that can also be easily implemented within an assembly line environment and that does not require significant investments. Following a root cause analysis of this issue, the dimensional variation of the components was identified as the main contributor. Since trying to control the variation of the components can hardly be achieved without any significant investments, the best available alternative is to focus on controlling the variation propagation throughout the assembly itself. The use of selective assembly is proposed to achieve this goal. Contrary to previous papers published on selective assembly, this paper differs in many aspects, namely the clearances discussed are lengthwise and not radial, the assembly contains many parts instead of two, and most importantly, some components have more than one dimension which affects each clearance. Traditionally, each component has only one dimension that impacts only one clearance. To fully understand the impact of these multiparametric parts, a stack-up study of the assembly is performed. This analysis allows to clearly identify the key dimensions of each component that interact with the clearances. Subsequently, a method based on the statistical analysis of each of the key dimensions and their manufacturing processes, and the ease of implementation in a production environment requirement, is proposed to classify the parts for the selective assembly process. Each of the manufacturing processes is linked to a probability distribution function and characterized by its performance index, the Ppk. A computer program is then built to create a virtual population of parts and to create an assembly population. This virtual population is used to test the validity and efficiency of the proposed method by comparing it to the actual situation. The results of the simulation demonstrate that the use of selective assembly does have a positive effect on the control of the variation propagation, but that there is also still room for improvement.