《Fusion Engineering and Design》：A statistical study on as-built deviation of ITER blanket shield block interfaces
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包层屏蔽块（SB）是ITER包层系统的关键部件，为第一壁（FW）的安装及在真空室（VV）内的装配提供关键接口。为确保先在ITER现场VV上装配的可行性，SB外表面尺寸公差控制在±1 mm，而与配合件直接接触的关键特征位置度取0.2 mm、平面度取0.02 mm
包层屏蔽块（SB）是ITER包层系统的关键部件，为第一壁（FW）的安装及在真空室（VV）内的装配提供关键接口。为确保先在ITER现场VV上装配的可行性，SB外表面尺寸公差控制在±1 mm，而与配合件直接接触的关键特征位置度取0.2 mm、平面度取0.02 mm，并采用几何尺寸与公差（GD&T）标注。由于ITER关键部件由多个国内机构（DA）独立制造与采购，准确的建成尺寸信息对装配准备至关重要。研究人员对KODA制造的54件内侧SB，结合三坐标测量机（3D-CMM）的测量不确定度，采用描述性统计对其尺寸公差与几何公差进行统计分析。基于制造偏差归一化与带中心化的过程能力指数，识别了SB中需工艺改进的关键接口区域。结果为SB制造精度提供定量认识，支持ITER托卡马克装配中潜在集成问题的预防与诊断，所建建成尺寸数据库可通过提供准确几何信息辅助现场局部修配或微加工。
研究背景方面，ITER作为国际受控核聚变实验堆，需在高度受限且严格监管环境中集成大量大型高精度部件。包层系统由440个包层模块（BM）组成，各含一个SB与FW面板，承担辐照屏蔽与热导出功能。韩国国内机构（KODA）负责440个SB中的220个制造。SB最大外形约1.7×1×0.5 m，质量约3吨，采用SS316L(N)-IG整体锻块加工，内部含深孔钻削形成的冷却回路，外部含与VV、FW、电气连接及管路的复杂接口。因多DA分头制造、首次在ITER现场集成，严格满足接口公差至关重要；且测量值受3D-CMM与环境引入的不确定度影响。装配阶段还可能累积制造、测量、安装、残余应力及焊接变形偏差，故需统计评估剩余制造裕度以识别敏感公差特征并指导后续工艺改进。为此，研究人员以KODA制造的54件内侧SB（Row 01、02、06）为对象，开展建成偏差统计分析。
主要关键技术方法上，研究人员采用三坐标测量机（3D-CMM）依据ITER组织验证流程建立基准A、B、C，利用CALIPSO软件获取尺寸与几何公差偏差；将10998个测量值（6318个尺寸偏差、4680个几何公差偏差）按相同公差要求分组；以3D-CMM固定硬件误差0.7 μm与长度相关误差0.0045 μm/mm合成机座不确定度，再与测头不确定度方和根得总测量不确定度U；定义建成偏差为实测偏差绝对值加U；引入归一化风险指数（NRI=(|Di|+Ui)/Ti）评价相对剩余裕度，以及带中心化过程能力指数（Cpk=min((USL?μ)/(3σ),(μ?LSL)/(3σ))）评价工艺稳定性。样本为KODA生产的54件内侧SB。
研究结果部分，第2节关键接口与公差中，SB接口分四类：机械安装结构（柔性支撑孔、模块间与定心键槽，控直径、长度、角度及平面度、垂直度、位置度、同轴度）、与FW接口（中心螺栓螺纹孔及接触面，控位置度、垂直度，FW球面实现点接触自调心）、冷却回路进出管与同轴连接器（壁厚2.5 mm，控同轴度0.1 mm、位置度0.2 mm）、电气带（ES）接口（控位置度、平面度、同轴度、垂直度）。表1列出各特征设计值与公差限。第3节数据获取与分析表明，3D-CMM测量含不确定度，故建成偏差定义纳入U；NRI无量纲化相对裕度，Cpk兼顾离散与均值偏移。第4节结果与讨论中，4.1建成偏差分布显示所有尺寸特征满足要求，长度直径角度聚集标称值附近，同轴连接器角度散差较大但合格；几何公差中柔性支撑孔位置度分布较宽，中心螺栓位置度近标称。4.2 NRI分析热图显示尺寸特征NRI极低（最大约0.028），几何特征NRI较高；“SB Row 01 Type A-03”同轴度NRI达0.614最高，柔性支撑孔与该块偏差最大，键垫同轴度在多变件中持续偏高，属工艺系统特征，列为改进优先。4.3 Cpk分析显示多数尺寸特征Cpk>1.33，部分几何特征偏低；键垫同轴度Cpk≈0.51、电气带同轴度Cpk≈0.56，虽合格但过程离散大、中心偏移，与NRI结论一致。
讨论与结论部分，研究人员指出NRI与Cpk互补：NRI量化各接口相对设计公差的剩余裕度，Cpk统计工艺维持裕度能力；两者一致揭示小裕度接口即低能力接口，为剩余SB生产改进提供排序依据。结论归纳为：一、建立54件内侧SB的3D-CMM建成尺寸库并显式计入测量不确定度，支撑BM接口与关键件集成；二、全部测量值合格，尺寸特征裕度宽，几何特征裕度较小且离散大；三、NRI统一量化跨特征裕度，“SB Row 01 Type A-03”同轴度裕度最小，柔性支撑孔与键垫为工艺改进优先接口；四、Cpk显示键垫与电气带同轴度能力最低，需降离散以提升剩余生产裕度。该统计分析与建成数据库可量化SB关键接口剩余制造裕度，支持ITER现场局部修配或微加工以适应累积装配偏差，并为KODA后续系列生产提供工艺改进依据。论文发表于《Fusion Engineering and Design》。
