飞机制造业行业的知识需要积累,需要摸索,它不但有显性的知识,也含有很多隐性知识,作为飞机制造工程师,既要掌握在学校学习的显性知识,更要积累在实践中经验的隐性知识,我们知道一个人不是一出校门就是总师,各种知识也不是三天两天就学得来的,而是需要一个一个机型的积累。如果不熟悉飞机制造过程、制造程序、制造工艺、制造经验,用目前叫的最响数字化技术积累再多的数据都没有用,有句流传很广的话:不了解飞机制造的显隐知识,你根本不知道数据背后是什么。
经历过无数个型号锻炼的专家们深知,在飞机制造业中隐性知识(Tacit Knowledge)是行业核心技术的重要组成部分,隐性知识体系是支撑其高度复杂性和精密性的核心要素,这些知识往往难以通过书面或公式化方式完全描述,也甚至难以通过文字或标准化流程完全传递,而是依赖于长期实践经验积累、实践操作和人际互动、经验直觉和跨领域协同形成。再次强调,不要指望一个人从大学里毕业出来就是飞机制造中的大咖,多少年的经历,多少人的验证,多少次的成功失败,得到的事实永远如此!
我在一生的飞机制造事业生涯里,喜欢思考问题和习惯把每次思考的结果在笔记中记录下来,久而久之,形成了等身高的工作笔记资源,退休后,把这些笔记翻出来,发现笔记里的很多东西极其宝贵,大量的实践经验往往在教科书里、在行业标准里、在普通公式中是见不到的,于是我特地百里挑一地整理出一部分自己的实践经历,用案例形式出版了受行业内欢迎的那本书《造飞机的那些事-中国飞机制造案例集》。
后来,发现笔记里还有飞机制造业中可以借鉴的很多东西,就建立了一个公众号“造飞机的那些事”,在公众号里陆陆续续发一些觉得对大家有些帮助的文章。
再后来,感觉到有些经验属于飞机制造业里的“隐性知识”,就对此进行了归纳研究,并形成系列文章进行发表,分为:
第一部分从多个专业领域、多个维度深入分析飞机制造业中的隐性知识及其应用场景
第二部分在将隐性知识转化为显性知识的过程中需要注意什么
第三部分有哪些具体的转化方法
第四部分有哪些成功的转化案例
第五部分航空领域有哪些典型案例
第一部分从多个专业领域、多个维度深入分析飞机制造业中的隐性知识及其应用场景
一、气动与结构设计领域
1. 气动弹性匹配的"手感"调整
机翼设计细节:除了基本的翼型选择和后掠角确定等理论知识外,还有一些细节上的隐性知识。例如,机翼表面的微观结构对气流的影响,某些特殊的纹理或涂层可能会改变气流的附着情况,从而提高升力或降低阻力,但这些细节往往难以通过理论计算精确得出,更多是基于经验和大量的风洞试验及实际飞行测试积累而来。
机翼弯扭分布优化需结合风洞数据与试飞反馈,工程师需凭经验在0.5-1.5度范围内微调扭转角。例如波音787机翼设计中,主设计师通过40年经验判断出软件模拟未发现的跨声速颤振风险点。
气动外形优化
隐性知识体现在对空气动力学原理的直觉应用。例如,机翼弯度、前缘后掠角等参数的微调并非单纯依赖计算,而是结合风洞试验数据与工程师经验。波音737 MAX的失速问题部分源于对气动特性与飞行控制律的协同经验不足。
结构强度与轻量化平衡
钛合金与复合材料的混合使用需经验判断:如F-22机翼主梁采用钛合金锻件,既需满足强度要求,又需避免加工变形;碳纤维蒙皮的铺层顺序则依赖对树脂流动性的直觉把控。
高升力装置优化:像襟翼、缝翼等高升力装置的布置和运动规律,虽然有基本的设计原则,但在具体应用中,如何根据不同的飞行阶段和飞行条件,精确地调整其角度、伸出长度等参数,以达到最佳的升力效果且不引发气流分离等问题,需要丰富的实践经验和对气动特性敏锐的感知。
飞机外形的整体融合:飞机各部件之间的过渡和融合方式对气动性能有很大影响。例如,机身与机翼的连接处、进气道与机身的匹配等,这些部位的形状优化需要综合考虑气流的流畅性、结构强度和空间布局等多种因素,往往需要设计师凭借经验和对气动规律的深刻理解进行反复推敲和调整。
结构优化策略:在保证飞机结构强度和刚度的前提下,如何最大程度地减轻结构重量,这是一个需要长期实践积累经验的问题。例如,采用拓扑优化、尺寸优化等方法时,如何根据飞机的具体受力情况和使用环境,合理地设置约束条件和优化目标,以及如何从优化结果中提取出可行的设计方案,都需要丰富的经验和对结构力学的深入理解。
结构冗余度的经验法则。
手册规定的安全系数之外,设计师会根据载荷谱特征增加"影子冗余"。例如垂尾连接件设计中,老工程师会在FAR25部要求基础上额外增加5-8%的承载余量。
连接技术的细节:飞机结构中大量的连接部位,如螺栓连接、铆接、焊接等,其连接质量和可靠性直接影响飞机的安全性。不同的连接方式在不同的受力情况下表现各异,如何选择合适的连接方式和连接参数,以及如何保证连接部位的质量和耐久性,需要积累大量的实践经验,包括对连接材料、工艺参数和质量检测方法的深入了解。
复合材料的应用技巧:复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛,但其设计和制造涉及到许多隐性知识。例如,如何根据不同的结构部位和受力要求,选择合适的复合材料铺层方向和层数,以充分发挥复合材料的各向异性特性;如何在制造过程中控制复合材料的固化质量,避免出现气泡、分层等缺陷,这些都需要通过大量的实践和试验来掌握。
2.复合材料铺层缺陷预判
铺层过程中树脂流动路径的"纹理阅读"能力,资深技师可通过纤维走向预判30%的潜在分层风险。空客A350XWB生产中发现,同一铺层序列在不同温湿度环境下需要±3℃的工艺窗口调整。
3. 结构冗余度的经验法则
手册规定的安全系数之外,设计师会根据载荷谱特征增加"影子冗余"。例如垂尾连接件设计中,老工程师会在FAR25部要求基础上额外增加5-8%的承载余量。
二、材料科学与工艺领域
1. 复合材料成型与缺陷修复
复合材料(如碳纤维增强树脂)的铺层顺序、温度控制及压力调整需依赖工程师对材料特性的直观判断。例如,碳纤维预浸料在热压过程中,若温度或压力稍有偏差,可能导致分层或气泡缺陷,而经验丰富的技术人员能通过触摸或观察树脂流动状态调整参数。
复合材料损伤修复时,需根据损伤位置、深度选择修复方案(如补片粘接或树脂注入),这一过程涉及对材料界面粘接强度的直觉判断。
材料性能的深层次理解:对于飞机制造中常用的材料,如铝合金、钛合金、复合材料等,除了了解其基本的力学性能和物理化学性质外,还需要对其在不同环境条件下的性能变化有深入的认识。例如,材料在高温、高湿、高应力等复杂环境下的疲劳性能、腐蚀性能等,这些性能的变化规律往往难以通过理论预测,需要通过大量的实验和实际使用经验来掌握。
材料的选型与匹配:在飞机设计过程中,如何根据不同的结构部位和使用要求,选择最适合的材料,并确保材料之间的匹配性,是一个需要丰富经验和专业知识的问题。例如,在一些高温、高应力的关键部位,需要选择具有高强度、高韧性和良好抗蠕变性能的材料;而在一些对重量敏感的部位,则需要优先考虑轻质高强度材料。
材料的表面处理技术:材料的表面处理对飞机的性能和寿命有很大影响。例如,通过表面涂层、阳极氧化等处理方法,可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨性和抗疲劳性能。但不同的表面处理工艺对材料性能的影响不同,如何选择合适的表面处理方法和工艺参数,需要结合材料的特性和使用环境进行综合考虑,这也是材料科学领域的一个隐性知识。
材料性能的非线性认知
隐形涂层(如F-22的碳铁化合物)的吸波效果不仅依赖成分分析,还需通过长期环境试验积累失效模式数据。例如,西子航空在表面阳极化处理中需掌握“15天加速腐蚀测试”的隐性阈值。
2. 复合材料工艺直觉
自动铺丝机的路径规划需结合材料各向异性特性,经验丰富的工艺师能通过观察树脂流动状态预判缺陷位置,而非完全依赖仿真软件。
3 金属材料加工的微观调控
钛合金、高温合金等材料的热处理工艺(如淬火、时效处理)需根据材料晶相变化调整温度曲线,而这些经验往往通过长期试验总结得出,例如如何通过听觉判断锻造时金属的塑性状态。
三、工装设计与制造领域
1. 协调技术与工艺装备设计
飞机结构设计中的“模线样板工作法”依赖工程师对三维曲面的直观理解,例如如何通过手工调整样板确保机翼与机身的对接精度。
工艺装备(如模胎、型架)的设计需考虑材料变形补偿,经验丰富的工程师能通过预变形设计减少装配误差。
2. 装配工艺中的微调技巧
飞机大部件(如机翼、机身段)对接时,需通过“手感”判断铆接力度或胶接厚度,以避免应力集中。例如,钛合金蒙皮铆接需根据材料弹性模量调整压铆机参数,这一过程无法完全依赖标准手册。
焊接工艺中,焊缝的美观性与强度平衡依赖焊工对电流、速度的实时调整,例如不锈钢薄板焊接时如何控制热输入以防止变形。
精密加工技术:飞机零部件的制造精度要求极高,如发动机叶片、航空轴承等。在精密加工过程中,如何控制加工误差,提高加工精度和表面质量,需要掌握一些特殊的加工技巧和经验。例如,采用数控加工中心进行精密加工时,如何合理选择刀具、切削参数和加工路径,以及如何进行刀具补偿和误差修正,都是需要长期实践积累的隐性知识。
金属切削的振动控制:钛合金框体加工时,刀具进给速度与主轴转速的黄金比例(通常1:2.3)需根据机床共振频率动态调整。洛克希德·马丁的F-35生产线中,操作工通过听切削声判断是否需要调整0.02mm的刀具补偿量。
表面处理的微观控制:喷丸强化工艺中,操作工通过观察弹丸撞击痕迹的"月牙纹"密度,判断覆盖率是否达到200%。波音777起落架处理中,这种经验判断使疲劳寿命提高了3万次循环。
装配工艺的细节:飞机的装配是一个复杂而精细的过程,涉及到大量的零部件和复杂的连接关系。如何确保装配的精度和质量,需要掌握一些特殊的装配技巧和方法。例如,在飞机大部件的对接装配中,如何进行精确的定位和校准,如何控制装配应力和变形,以及如何保证连接部位的密封性和可靠性,这些都需要丰富的装配经验和对装配工艺的深入理解。
特种加工工艺的应用:随着飞机制造技术的发展,一些特种加工工艺如激光加工、电子束焊接、3D打印等得到了越来越广泛的应用。这些工艺具有高效、精密、灵活等特点,但在实际应用中,如何根据不同的材料和结构要求,选择合适的工艺参数和加工方法,以及如何保证加工质量和稳定性,需要通过大量的实践和试验来掌握。
钣金成形中的微调艺术:蒙皮拉形时,操作者需凭经验控制拉伸速率与模具贴合度,避免“橘皮纹”或裂纹。例如,波音787的复材制孔需通过手感判断钻头磨损程度,及时更换以避免孔径超差。
3. 焊接与胶接的隐性参数
电子束焊接的真空度控制、钛合金蜂窝结构胶接的固化温度曲线,均需长期试验积累的“经验公式”而非单纯理论模型。
焊接变形的"热记忆"补偿:机身蒙皮激光焊接时,老师傅会根据材料厚度预判0.05-0.15mm的收缩量。庞巴迪C系列客机的焊接夹具设计中,经验数据比理论模型精确度提升40%。
密封胶施工的触觉控制:燃油舱密封时,胶枪移动速度与压力的动态平衡需通过触觉感知。经验表明,拇指压力控制在2.5-3.2N时,胶缝气密性最佳。
装配技术的协同智慧:
部件对接的“柔性调整”
大部件对接(如C919机身段总装)需通过激光跟踪仪与经验直觉结合,补偿设计公差。例如,空客A380的机翼-机身对接误差容忍度需根据装配应力分布动态调整。机身段对接时,装配团队通过柔性工装的0.1mm级微调补偿累积误差。空客A380总装时,技师利用"三点接触法"在30米长的机身段上实现0.3mm的对接精度。
系统集成的“黑箱调试”
航电系统与液压管路的交叉干扰问题,常需工程师通过“试错-反馈”循环定位故障,而非完全依赖设计文档。
线束敷设的路径规划,电气系统布线时,老技师掌握"三弯两绕"法则,即在结构加强框处预留3次弯曲余量,在系统密集区做2次环形绕线。这种经验使EMI故障率降低65%。
四、发动机制造领域
1. 高温部件的制造经验
涡轮叶片的定向凝固工艺需根据冷却速率调整晶体生长方向,工程师需通过观察熔池状态判断工艺稳定性。
发动机燃烧室的涂层工艺(如热障涂层)依赖对喷涂距离、角度的经验控制,以确保涂层均匀性。
2. 故障诊断与维修
发动机试车时,技术人员通过听觉识别异常振动频率,结合传感器数据快速定位故障部件,这一能力需多年试车经验积累。
五、航电系统与集成领域
1. 系统调试与兼容性优化
航电系统集成时,不同子系统(如飞控、通信)的信号干扰问题需通过“试错法”调整布线路径或屏蔽措施,经验丰富的工程师能快速识别干扰源。
软件与硬件的协同调试需依赖对系统时序的直观理解,例如如何优化飞控算法的响应延迟。
航空电子系统集成,飞机的航空电子系统包括通信、导航、雷达、飞行控制等多个子系统,这些子系统的集成需要解决大量的兼容性和接口问题。如何确保不同厂家、不同型号的设备之间能够实现无缝连接和协同工作,需要掌握丰富的系统集成经验和专业知识。例如,在通信系统与飞行控制系统之间,如何实现数据的快速、准确传输,以及如何避免电磁干扰等问题,都是系统集成中的关键难点。
飞控系统的调试与优化:飞控系统是飞机的重要组成部分,其性能直接影响飞机的飞行安全和操纵性能。在飞控系统的调试过程中,如何根据不同的飞行阶段和飞行条件,对飞控系统的参数进行精确调整,以实现最佳的飞行性能和稳定性,需要丰富的调试经验和对飞控系统原理的深入理解。例如,如何通过调整飞行控制律中的增益参数,来改善飞机的动态响应特性和操纵品质,这是一个需要长期实践积累的隐性知识。
燃油系统与发动机的匹配:飞机的燃油系统需要与发动机紧密配合,以确保发动机在不同飞行状态下的燃油供应稳定可靠。如何根据发动机的性能特性和燃油系统的工作原理,对燃油泵、燃油喷嘴等关键部件进行选型和匹配,以及如何优化燃油系统的控制策略,以提高燃油效率和发动机性能,需要综合考虑多方面的因素,这也是系统集成中的一个难点。
六、供应链与质量控制领域
1. 供应商协作中的隐性知识
全球供应链中,主制造商与供应商的协同依赖非正式沟通(如技术会议中的经验分享),例如如何通过调整锻件毛坯形状减少后续加工难度。
供应链与管理的隐性规则:
供应商关系的非契约信任
主制造商对二级供应商的隐性管控(如Spirit AeroSystems的舱门装配)依赖长期合作建立的信任机制,而非单纯合同约束。
跨文化团队的经验融合
国际合作项目中,不同国家工程师的直觉判断差异(如欧洲对冗余设计的偏好vs 美国对成本控制的敏感)需通过经验协调。
供应链协同领域
供应商能力的"嗅觉评估":
采购专家通过车间地面油渍分布、工具摆放方式等细节判断供应商真实水平。波音对三级供应商的现场评估包含23项未公开的"车间指标"。
环境试验的"边缘感知":
湿热试验时,老师傅通过观察冷凝水珠的分布形态判断试验有效性。经验显示,当水珠直径集中在0.3-0.5mm时,腐蚀试验结果最具代表性。
工艺可行性的直觉判断:
面对新工艺需求时,资深工程师能快速识别80%的潜在实施障碍。例如某复材零件供应商声称可实现0.1mm公差,但经验判断其实际能力在0.25mm左右。
质量检验中,目视检查员对细微裂纹的识别能力需结合材料断口分析经验,而非仅依赖检测设备。
测试方法的优化:飞机制造过程中需要进行大量的测试,如静载测试、疲劳测试、振动测试等,以确保飞机的性能和安全性。在测试过程中,如何选择合适的测试方法和测试参数,以及如何对测试结果进行准确的分析和评估,需要丰富的测试经验和专业知识。例如,在疲劳测试中,如何确定测试的加载谱和测试周期,以及如何根据测试结果预测飞机的疲劳寿命,都是需要长期实践积累的隐性知识。
质量控制中的风险评估:在飞机制造过程中,存在各种质量风险,如材料缺陷、加工误差、装配质量问题等。如何对这些风险进行有效的识别和评估,并制定相应的预防和控制措施,需要质量控制人员具备丰富的经验和敏锐的风险意识。例如,通过对生产过程中的数据进行统计分析,及时发现质量波动的趋势和潜在的问题,以及如何根据问题的严重程度和影响范围,采取合理的措施进行纠正和改进,都是质量控制中的关键环节。
无损检测技术的应用:无损检测技术在飞机制造中起着重要的质量保障作用,如超声检测、射线检测、磁粉检测等。这些检测技术的应用需要掌握一定的技巧和经验,例如,如何根据不同的检测对象和检测要求,选择合适的检测方法和设备,以及如何对检测结果进行准确的判断和解释,都需要检测人员经过长期的实践和培训才能熟练掌握。
质量控制的隐性判据
超差件的“可接受缺陷”判断:
某些非关键部位(如内饰蒙皮划痕)的放行标准依赖工程师对疲劳寿命的经验评估,而非机械执行图纸公差。
检测技术的直觉应用:
0.08mm厚铁片检测舱门贴合面时,操作者需通过触觉感知微小间隙,而非仅依赖三坐标测量机的数值反馈。
损伤评估的"裂纹图谱":
老技师能通过裂纹走向判断90%的扩展方向。经验显示,7075-T6铝合金构件上呈45°放射状裂纹的扩展速度是直线裂纹的1.7倍。
适航认证中的风险评估:
适航工程师需根据历史故障数据和相似机型经验,预判潜在风险并制定缓解措施,例如如何评估新型复合材料在极端环境下的耐久性。
七、数字化技术应用中的隐性知识转化
数字孪生与工艺优化:
数字孪生模型的参数校准需结合物理试验数据与工程师经验,例如如何通过仿真模拟预测装配变形并反向优化工艺。
人工智能算法的训练依赖专家经验标注数据,例如如何定义“合格”与“不合格”零件的特征边界。
数字化与隐性知识的融合:
数据挖掘中的模式识别。工业4.0背景下,工程师需从海量传感器数据中识别异常模式(如发动机振动频谱突变),此类能力依赖长期运维数据的直觉积累。
虚拟验证的直觉修正。数字孪生模型需通过人工干预修正边界条件,例如C919全机静力试验前需凭经验预判结构薄弱点。
隐性知识管理策略
1. 三维度传承机制
波音的"影子工程"项目要求资深工程师带徒完成3个完整项目周期。
洛马的"故障博物馆"收藏了2000+实物失效件作为教学载体。
空客的"工艺道场"通过放大10倍的训练件培养微观手感。
2. 数字化沉淀路径
采用AR眼镜记录专家操作时的眼动轨迹(每秒30帧)。
开发触觉反馈数据库,存储5000+种工艺操作的力度曲线。
构建"经验权重模型",将隐性知识转化为设计修正系数。
飞机制造业的隐性知识贯穿设计、制造、维修全流程,其核心价值在于解决复杂系统中的不确定性问题。为促进隐性知识传承,行业需通过以下策略:
1. 建立知识管理系统:将经验转化为可检索的案例库(如工艺参数调整记录)。
2. 强化师徒制与跨团队协作:通过实践互动传递隐性技能。
3. 推动数字化工具开发:利用AR/VR技术模拟复杂场景,辅助经验传递。
隐性知识的积累与共享是提升国产飞机竞争力的关键,尤其在国产飞机批量化生产阶段,其作用更为凸显。
沈阳市特种加工学会
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沈阳市特种加工学会是沈阳市特种加工学科的群众性学术团体。本会接受沈阳市机械工程学会的领导。接受全国特种加工学会的指导。本会的宗旨是:维护道德风尚,崇尚实事求是;促进技术进步,坚持民主办会;强调以人为本、谋求社会福祉。以学术交流为中心,大力促进沈阳市特种加工领域新技术、新工艺、新装备的开发和应用,加快科技成果转化为生产力的进程,提高学术水平,发展产业市场,为沈阳市的经济建设做出贡献。现有遍布全国各地会员2600人,企业会员1300余家。学会为服务会员、助力行业腾飞,推出五大特色服务:特技服务、科技服务、资源服务、智力服务、智数服务。

