【編者按】未來熙屁，圍繞金屬和復(fù)合材料部件的成形扰魂、加工與裝配肃叶，飛機制造將朝著“大”怖现、“精”茁帽、“省”的方向進一步發(fā)展，從而帶來新的挑戰(zhàn)屈嗤。針對這些趨勢和挑戰(zhàn)潘拨，本文關(guān)注了未來飛機制造的6個熱點主題，這些主題將是今后一段時間內(nèi)飛機制造領(lǐng)域的發(fā)展重點恢共，也將是航空制造業(yè)競爭力的集中體現(xiàn)战秋。

　　白與黑的較量

　　波音787和空客A350客機在復(fù)合材料用量上的競爭一度是業(yè)界的焦點，也讓人們認識到柴炉，碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)首次替代鋁合金，成為未來雙通道客機的首選材料价岭。碳纖維復(fù)合材料這種黑色塑料似乎一夜之間橫掃了其白色前輩——鋁合金青竹。

　　面對碳纖維復(fù)合材料咄咄逼人的攻勢，以美鋁公司為首的鋁合金供應(yīng)商也展開了反攻冗吟，針對復(fù)合材料的弱項開發(fā)更先進的鋁合金材料俱报。第三代鋁鋰合金就是這“白與黑的較量”中的重要籌碼。新開發(fā)的2099型鋁鋰合金演侍，比現(xiàn)有的7150型鋁合金在對抗片狀剝落腐蝕上要高出一大截哼狰。與碳纖維復(fù)合材料相比，鋁鋰合金材料不僅氣動性好色递、防腐能力強痊追、可回收，并且重量還要輕10%粪趋，制造蛆狱、運行、維修成本要低30%磺浙，總體的風(fēng)險更低洪囤，而且已經(jīng)用到了波音787、空客A350和龐巴迪C系列飛機上撕氧。

　　與此同時瘤缩，碳纖維復(fù)合材料制造商也在研究降低成本喇完、提升質(zhì)量的方法。非熱壓罐（OOA）成形一直是業(yè)界創(chuàng)新研究的重點剥啤，包括先進的常溫固化樹脂體系锦溪、自加熱的制造工裝，以及模壓成形铐殃、微波固化和激光固化等方法海洼。目前在非熱壓罐領(lǐng)域，已經(jīng)取得了眾多豐碩的成果富腊，比如洛馬制造出的先進全復(fù)合材料運輸機（ACCA）坏逢、波音和洛馬分別應(yīng)用非熱壓罐成形的自動絲束鋪放（AFP）工藝制造大型部件等。此外赘被，為了解決復(fù)合材料切削和鉆孔中的分層是整、速度慢和刀具磨損問題，洛馬聯(lián)合刀具供應(yīng)商開發(fā)了化學(xué)氣相沉積（CVD）金剛石涂層刀具砍篇，大大提升了加工效率和質(zhì)量以叛；洛馬和波音還在積極破解復(fù)材-鋁/鈦金屬板材鉆孔的尺寸精度難題，并取得了積極效果笛蛋。

　　在可預(yù)見的未來疼喝，碳纖維復(fù)合材料和先進鋁/鋁鋰合金的競爭還會加劇，這對于飛機制造業(yè)來說是一個好消息绢拓，因為這個競爭將使得飛機機體結(jié)構(gòu)在重量我值、成本、可靠性然怕、維修性上有較大的提升和改進空間岸零，并給帶來他們更多的設(shè)計選擇。

　　加法與減法

　　2012年鱼灶，增材制造的火熱引起了人們對于未來飛機制造到底應(yīng)該使用“加法”還是“減法”的思考竞蹲。相對于傳統(tǒng)的去除材料的加工方法，增材制造可以大幅降低工裝需求信高，減少材料消耗闸衫，縮短制造時間，它還可以成形常規(guī)方法無法實現(xiàn)的新穎零件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)轧苫，可能引起產(chǎn)品在設(shè)計和制造上的重大變革楚堤。

　　也正因為增材制造在產(chǎn)品設(shè)計和制造上的革命性潛質(zhì)，使其能滿足未來飛機制造對于結(jié)構(gòu)件的整體化輕量化要求含懊。波音在軍民用的10個飛機平臺上應(yīng)用了200多個增材制造的零件身冬，還擁有一套為增材制造項目量身定做的技術(shù)成熟度等級（TRL）指南；洛馬P-175復(fù)合材料無人機的研制中，讓碳納米管和基體粉末在輸送過程中由激光燒結(jié)成形機體結(jié)構(gòu)是最大亮點酥筝。

　　增材制造技術(shù)的誘惑力無疑是極大的滚躯，然而目前它在飛機制造中還存在著諸多的挑戰(zhàn)，在實體零件生產(chǎn)方面嘿歌，其推廣速度一直緩慢掸掏。美國防務(wù)分析研究所（IDA）認為技術(shù)和制造成熟度不足、缺乏人才和商業(yè)化環(huán)境宙帝、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度不健全是三個主要原因丧凤，他們認為短期內(nèi)，增材制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該在過程改進步脓、速度提升晰奉、質(zhì)量控制和材料發(fā)掘這四個方向上進行努力，而政府和業(yè)界也應(yīng)該重視這項技術(shù)的商業(yè)化空崇。

　　在“減法”方面措抒，圍繞未來國防領(lǐng)域采購數(shù)量最大的F-35的金屬加工，相關(guān)制造商也一直在開發(fā)先進技術(shù)滿足其精密居绸、高效精克、低成本需求。例如因登，美國Creare公司開發(fā)了稱作間接冷卻系統(tǒng)（ICS）的低溫加工技術(shù)硅魁，使用一種惰性液態(tài)受壓流體實現(xiàn)刀具的非間接冷卻，對鈦合金（Ti-6Al-4V）的車削來講步鸣，將刀具壽命延長了160%叫砚。目前看來，盡管F-35中也將引入增材制造技術(shù)厅揍，但僅限于制造幾種非承力的小型管道和鉸鏈零件，而在無法證明其大批生產(chǎn)的經(jīng)濟性凑逗、大型制造的可行性之前以及大承力下的可靠性弹惦，“減法”加工還將長期統(tǒng)治未來飛機制造的舞臺。

　　機器人總動員

　　“機器人總動員”已經(jīng)不再是一部電影的名稱悄但，而是未來飛機制造中的一個鮮活場面棠隐。機器人可以運用到飛機零件成形、加工檐嚣、焊接助泽、裝配和噴涂等各個領(lǐng)域，執(zhí)行復(fù)合材料預(yù)形件編織嚎京、預(yù)浸料絲束鋪放嗡贺、金屬粉末激光增材制造、無損檢測、零件切割诫睬、切削煞茫、表面精整、激光噴丸摄凡、攪拌摩擦焊续徽、激光焊、鉆孔蘑慕、鉚接袒忿、輔助定位、搬運蕊欣、噴漆和涂層厚度測量等一系列的工作蓖桅。尤其是在F-35、A400M撤忆、A350淹宽、C系列等先進飛機的裝配和噴涂上，機器人幾乎已經(jīng)成為標(biāo)配矿钩，成為了快速劫丧、高精度、低成本的代名詞蛀家。而在機器人金屬焊接和復(fù)合材料成形等領(lǐng)域浊待，以波音、EADS為首的制造商以及以MAG馅溉、EI為首的設(shè)備供應(yīng)商也在聯(lián)合開發(fā)適用的機器人系統(tǒng)缔类，進一步擴大機器人在大型零件制造方面的應(yīng)用范圍。

　　但同時應(yīng)該看到劲阎，機器人在未來飛機制造中的普及還受制于4個有待解決的問題绘盟，即傳統(tǒng)觀念與傳統(tǒng)工藝的革新、系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)集成的復(fù)雜悯仙、工作空間與負載能力的限制龄毡、專用工裝與周邊設(shè)備的配套。相信在這些問題解決之后锡垄，我們將會迎來飛機制造的機器人時代沦零。

　　好馬配好鞍

　　俗話說“好馬配好鞍”，一個精密零件的高效成形和裝配货岭，既離不開優(yōu)良的制造設(shè)備路操，也離不開優(yōu)良的制造工裝（模具）。進入到復(fù)合材料時代千贯，其獨特的熱膨脹和壓力變形特性使這一點顯得更加重要屯仗。今后復(fù)合材料飛機的競爭搞坝，將既取決于制造商的設(shè)計水平、制造工藝和生產(chǎn)能力的優(yōu)劣祭钉，也取決于其選用的工裝技術(shù)的好壞瞄沙。

　　在復(fù)合材料成形領(lǐng)域，針對熱壓罐固化和非熱壓罐（OOA）固化危晕，國外發(fā)展了多種新工裝材料和技術(shù)坟荤。在金屬工裝方面，所作的工作是大幅減少殷鋼重量饼尾，開發(fā)新金屬材料挽沧，如在F-22前機身上試驗的殷鋼/復(fù)材混合工裝；在復(fù)合材料工裝方面谐昌，著眼于提升復(fù)合材料性能糙官，引入納米增強技術(shù)，如用于A350機身壁板的各向同性HexTOOL材料工裝筒啄；在自加熱工裝方面鱼催，則關(guān)注減少加熱周期和能源消耗的自加熱技術(shù)，如用于RQ-7B機翼蒙皮的高效電加熱工裝贤方。

　　在復(fù)合材料裝配領(lǐng)域见毒，制造商采用先進的柔性工裝和夾具將成為縮短周期、降低成本的重要手段献甘，空客公司在A350上就采用了兩種創(chuàng)新的柔性理念吴攒。一種是基于并行運動機械裝置（PKM）的柔性夾具，消除了只能有一個心軸/裝配工具的數(shù)量限制砂蔽；另一種是經(jīng)濟可承受的可重配置工裝（ART）洼怔，由標(biāo)準(zhǔn)鋼組件包拼裝而成，依靠度量系統(tǒng)快速組裝左驾，并且可調(diào)整和重新組合镣隶。

　　愛拼才會贏

　　飛機裝配既是體現(xiàn)一個企業(yè)乃至國家制造技術(shù)水平的環(huán)節(jié)，也是縮短飛機制造周期诡右、降低飛機制造成本的關(guān)鍵過程矾缓，正所謂愛拼才會贏。未來飛機制造稻爬，如何裝配，是決定勝負的關(guān)鍵蜕依。波音桅锄、空客都在致力于建立空前的柔性裝配系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中有6個主要的特征样眠，即自動化鉆孔與鉚接友瘤、數(shù)字化測量與控制翠肘、模塊化裝夾與定位、無人化搬運與輸送虏向、序列化裝配與集成档广、虛擬化仿真與現(xiàn)實。其中皇腮，前4個特征已經(jīng)得到了充分地體現(xiàn)悄针，而后2個特征也在不斷豐富其內(nèi)涵和應(yīng)用案例，向人們描繪著未來飛機裝配的發(fā)展方向据值。

　　空客為A350機身壁板設(shè)計了一條柔性脈沖移動裝配線（PML）铛邦，可以允許最多7種壁板同時進行鉆孔操作，每種壁板按照任務(wù)量不同分配適當(dāng)?shù)你@孔機器人瘾歉，這種方法既節(jié)省空間又可以支持壁板的高效與透明化裝配紫鳄。為了監(jiān)控總裝線上的所有物體和人員，以安全地裝卸部件并精確地定位自動化裝配機床沧宠，波音參與開發(fā)了一套工廠三維激光掃描成像系統(tǒng)灸蛤，并且在747-8總裝線進行了試驗性部署，該系統(tǒng)一旦收入使用蕾奴，將可能顛覆目前的飛機裝配管理流程险毁，顯著提升生產(chǎn)效率。

　　今天你成熟了嗎

　　對于飛機制造項目中的制造風(fēng)險植旧，過去沒有科學(xué)的辱揭、統(tǒng)一的衡量和管理方式，美國國防部在總結(jié)了大量經(jīng)驗教訓(xùn)之后病附，開發(fā)出了制造成熟度這一管理工具问窃，試圖將制造風(fēng)險的衡量和管理標(biāo)準(zhǔn)化，并取得了顯著的效果完沪。制造成熟度著眼于制造系統(tǒng)實現(xiàn)項目最終目標(biāo)的能力域庇，在技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)、制造管理覆积、制造管理听皿、設(shè)計、材料宽档、過程能力和控制尉姨、設(shè)施、人員吗冤、成本和投資等維度對其進行衡量卓召，統(tǒng)一了描述制造風(fēng)險的語言。現(xiàn)在沐虐，如P-8A巡邏機伶摄、MQ-9無人機骚目、KC-46加油機等美國國防部眾多采辦項目，都要設(shè)定制造成熟度里程碑历劣，用以監(jiān)控并降低制造風(fēng)險冷沿。

　　未來飛機制造的競爭已經(jīng)超越了工藝技術(shù)本身，實質(zhì)上成為了技術(shù)成熟度和制造成熟度的競爭根丈。工藝技術(shù)的創(chuàng)新和工業(yè)基礎(chǔ)的完善是前提病唁，設(shè)計仿真能力、材料供應(yīng)能力使宽、過程控制能力羞菊、設(shè)備研制能力、人才技術(shù)能力都是核心競爭力厦嘹，供應(yīng)鏈管理隐户、成本管理、質(zhì)量管理姐赡、制造過程管理莱预、設(shè)施管理、人員管理项滑、計劃和進度管理則是必要的保障依沮。這也要求我國航空工業(yè)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)念，做好充分的準(zhǔn)備枪狂，迎接未來飛機制造領(lǐng)域更加系統(tǒng)危喉、更加復(fù)雜的競爭。

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