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『盘点』21世纪世界航空制造业这些创新将大放异彩(上)

『盘点』21世纪世界航空制造业这些创新将大放异彩(上) 大飞机
2015-04-08
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导读:一直以来,作为汇聚全球科技精华的产业,航空制造业承载、体现着人类在科技创新、生产组织模式创新等方面的最新成果
一直以来,作为汇聚全球科技精华的产业,航空制造业承载、体现着人类在科技创新、生产组织模式创新等方面的最新成果,引领着世界工业发展的潮流和未来。21世纪,哪些创新将大放异彩?工业制造将走向何处?让飞宝带您观察主要民机制造企业近年来的创新之举,或许我们能从中得到启发。


堆积制造技术


在航空领域,近年来最引人注目的新技术莫过于堆积制造技术(又称“3D打印技术”),它彻底颠覆了传统制造工艺流程,将使下一代航空金属材料重新获得竞争力。



采用传统的去除法制造飞机零部件,需要进行工装准备,大型铸件的交付时间往往在一年左右,而采用堆积制造技术则避免了这个问题,工程人员有更多时间来进行设计优化。与传统制造工艺一般要以10:1的原料与成品比率来制造零件不同,堆积制造的生产过程几乎不产生废料,避免了材料浪费,实现了空前的重量优化和复杂零件的快速设计、制造和检验。


在这一领域,空客成为世界上第一个吃螃蟹的民机制造商。空客从1990年开始从事堆积制造技术的研究,并率先采用这项技术生产了风管道模型。随后,空客又用这项技术生产了A320的风扇整流罩铰链支架,并在一架试验机上进行检测。测试结果表明,采用新技术制造的零件达到了减重70%的惊人效果。


积累了一定的制造和使用经验后,空客大胆将这项技术应用到其最先进的宽体客机A350XWB上。此外,空客还尝试将这项技术应用到已经停产的零件生产上。以空客A300为例,一些零件已经停产,生产这种零件的工具也不复存在,虽然空客有详尽的图纸,但由于需求量小,重新组织生产成本太高,而利用堆积制造技术可以快捷地打印出符合标准的零件。


尽管堆积制造技术的优点十分突出,但要获得广泛应用还需要跨越不少障碍。首当其冲的是设备的量产问题。从目前来看,要批量生产这样的设备是很困难的。一般而言,在一台给定的机器上制造出一个零件并不难,难的是让其达到批生产应用水平,能在整个供应链上应用。单就这点来看,目前无论波音还是空客都不具备这样的能力,而如果不能实现量产,那么过高的成本将成为堆积制造技术致命的缺陷。


机器人总动员


随着机器人在航空制造领域的应用越来越广泛,“机器人总动员”的场景可能率先在飞机装配工厂出现,各式各样的钻铆机器人将成为装配线上的主力军。


将来,只在单一位置进行单一操作的固定机器人可能不再占多数,取而代之的是能够在多个位置完成多种操作的轨道机器人。目前,空客和波音正朝着这个目标努力,致力于开发低成本、柔性、多功能机器人。



空客正在进行一项名为“未来装配”的研究,其目标是利用机器人实现装配过程的自动化。该项目主要涉及两个领域:一是“空客标准机器人单元”,探索标准化的飞机装配工艺自动化方案;二是“协作机器人”,探索利用双臂类人型机器人与操作员在同一环境工作,共享工装和生产资源。


在自动化装配方面,波音在787项目上已经有了不小突破。在787的机翼与机身对接中,自动导引运输车和基于室内GPS的柔性对接平台将人工操作降至最低。利用这一套自动化技术,787机翼与机身的对接装配只需几个小时。


目前,波音正在试验其为777X装配最新研发的“机身自动直立制造”系统,该系统使用自动导向机器人来紧固机身壁板,以代替之前的手动操作。自动导向机器人每天可以钻孔并铆接超过60000个紧固件,生产效率大大提高。


除了波音和空客,其他航空制造企业也在加速研发新一代机器人技术。例如,英国GKN航宇公司正在进行一个结构技术成熟化项目研究,目的是通过自动装配工艺将机翼结构装配速度提升30%。自动装配工艺专为未来机翼和机身结构装配而开发,使用了很多新技术,其中包括:轻质夹具、可重构工装、零件自动化定位、密封剂辅助沉积、测量辅助机器人、轻质钻头、紧固件自动化检测等。


未来飞机装配的最高境界或是实现无人化、智能化、自动化,整个厂房里空无一人,各类机器人和自动定位装置在数字化测量技术的支持下,自动地装配飞机,完成机体大部件运输和对接等一系列过程。虽然,也许很多人并不希望看见这样的场景。


(未完待续)


(文图来源:中国商飞公司新闻中心 《大飞机》杂志 文/彭静宇)




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