国外超前辈的航空前辈制造装备你理解若干？

目前，美国的工业互联网， 德国的工业4.0，法国的未来智能工厂操持， 欧盟的智能制造系统，英国的智能制造操持、高代价制造操持以及《中国制造2025》等观点铺天盖地，天下工业革命到了发生重大变革的迁移转变点，而航空制造业将是这次工业变革中的领头羊。

航空强国十分重视航空专用工艺设备的发展， 美国采纳了包括“MANTECH”操持等一系列方法发展前辈制造技能和装备， 欧洲委员会在《欧洲航空：2020年前景》报告及多个《五年框架操持》研究开拓操持中，极重视根本装备技能研究。
F－22、波音787和A380等均是前辈航空工艺装备打造出来的典范。

航空领域制造技能及装备发展趋势

1. 根本制造装备定义

目前关于“根本制造装备” 的定义并不是很明晰，但紧张方面描述的是用于航空、航天、船舶及能源等产品加工、检测、装置、试验以及包装运输过程中所需的专门设计制造的具有独立运行功能的设备和工装，具有适用于零件精度高、材料加工难度大、加工工艺繁芜的航空产品制造的特点，是集成较多前辈制造技能、承载制造工艺的中高端装备和重大技能装备。

“ 根本制造装备” 包括高档数控加工、表面工程、特种加工、焊接、塑性加工、装置、复合股料构件制造及精密/超精密加工等前辈制造技能领域的设备以及干系产品的试验、测试、计量、检测设备，同时还包括针对高端制造业产品零部件研制生产而专门设计制造的型架、夹具、刀具、模具、量具、检具及钳工工具等工艺装备。

用于航空制造领域的“根本制造装备”代表了前辈国家的根本工业的水平，包括：航空装备（飞机、发动机、机载）研制和生产急需的关键设备；航空制造中技能前辈、研制难度很大、需自行研制的设备。
详细指：用于航空产品生产的数控切削加工设备、精密及超精密加工设备、高能束流加工（特种加工）设备、热加工及精密成形设备、前辈连接设备、前辈装置设备及复合股料构件制造设备等。

产品的零部件大多数须要经由加工、成形和连接等工艺过程。
可以说航空根本制造装备是前辈制造工艺技能的载体，已成为航空产品制造中的紧张需求。

2. 航空领域制造技能及装备发展趋势

（1）数控加工工艺转向智能加工工艺的实现。
传统数字化加工过程是根据设计模型和工艺哀求确定加工工艺及程序，基于空间和韶光的确定性关系来完成产品制造，加工状态是依赖职员监控、事后检测来确认的，难以实时节制加工过程中工况变革并及时调度，导致航空产品零部件质量同等性不稳定、表面质量状态颠簸大。
智能加工工艺将形成一种实时优化调度模式，制造过程中增加对加工过程、时变工况的在线监测，利用智能化技能对获取的加工过程状态信息进行实时剖析、评估和决策，实现对加工过程的自主学习和决策掌握；通过自主学习形成工艺知识库，支持工艺设计与程序设计过程，实现工件加工工艺的自主决策设计和优化。

（2）传统数控装备向智能装备及智能制造单元转变。
传统数控装备是按确定的空间关系和程序逻辑运转的，随着数控系统打算处理能力的不断提升和功能部件不断发展完善，数控装备的加工效率、稳定性、灵巧性及信息处理能力有了极大的提高，基于工况的自主处理能力日趋增强。

航空制造领域的智能装备及智能制造单元紧张包括智能机床、智能机器人、智能掌握装置与系统、传感识别与信息采集装置和智能物流系统等，能够对制造过程中运动、功率、转矩、能量和信息等状态进行实时监测， 并实现基于规则的自主决策与自适应掌握。

（3）智能制造系统将是航空前辈制造技能的详细表示。
航空产品制造包含一系列工艺过程和工序过程，原材料进入由工艺装备、经由不同的工序或工艺处理等集成掌握系统、物流系统和事情职员等组成的全代价链制造系统，形成符合设计哀求的产品。

以数字化技能为根本，以集成掌握技能为核心，引入智能处理决策功能，构建出基于智能化妆备、智能化工艺、传感网络、智能决策处理系统及人机互联的智能化制造系统，使制造智能由个体智能超过到整体智能，提升大数据量、高自动化环境下人们对制造数据、加工状态和调度决策的掌控能力

依据航空产品类型和主系统编制造工艺不同，智能制造系统范畴而有所差异，可分为切削加工、钣金成形、复合股料构件制造和整机装置平分歧类型，但他们均应具备智能化工艺设计与优化、工艺装备功能数据、制造数据、产品丈量数据的采集与知识库的建立、数据剖析与信息流的配置、传感网络与实时处理、智能化运行管控与在线学习和工艺流程优化等基本能力。

航空领域前辈制造技能运用案例

1. 数字化制造技能

数字化是基于数字模型定义的折衷技能，由数字化制造理念、方法和技能生产航空产品。
基于数字化互换折衷过程的3个阶段（设计阶段、加工阶段和装置阶段）， 数字化制造技能的内容包括：定义数字化生产线和数字化车间；扩大数控机加范围， 增加大件、高效数控加工；对饭金、复材构件、焊接和检测等采取数字化技能手段和工艺；减少零部件工装，发展柔性工装和数字化妆配定位技能，取消原用装置精加工台。
哀求制造韶光缩短66%，工装减少90%，制造本钱降落50%。

2. 复合股料制造技能的运用

复合股料构件自动铺放技能经由20世纪90年代的发达发展， 在成形设备、软件开拓、铺放工艺和原材料标准化等方面得以深入发展。
自动铺带技能及设备已成为大型机身机翼壁板铺层的办理路子，如机翼板、副翼、垂尾及平尾蒙皮等，丝束铺放技能及设备已成为飞机大曲率、异面体复材铺放的办理路子，如机身部分及其他全曲面构造 ，用于复合股料构件制造的多轴自动铺带技能、丝束铺放技能及设备正在通过飞机制造业的自动化改变着环球航空业的未来。

目前复合股料构件自动铺放技能及自动铺带设备发展到第五代产品。
带有双超声波切刀切割系统和在线检测系统的10轴铺带机已经成为自动铺带系统的标准配置，铺带成形质量显著提高，铺带效率已是手工铺叠的数10倍。
目前，欧美将自动铺带技能运用于Boeing 787（中心翼盒、主翼蒙皮、尾翼和机翼）、A400M（机翼、翼梁）、A350 XWB（机翼、蒙皮和中心翼盒） 等型号飞机。
MTorres公司两台TORRESFIBERLAYUP AFP铺放设备用于于生产787机翼和尾翼、A350前翼梁和后翼梁等全复合股料构建，铺带速率高达60m/min。

美国的C I N C I N NAT I 、INGERSOLL和Electro Impact， 法国的FOREST～LINE，西班牙的M.TORRES等，这些公司研制了很多种型号的纤维带铺放机和纤维丝束铺放机分散在世界各地的工厂，用于为大型客机生产各种型面的复合股料构件的整系统编制造。

复合股料构件固化技能与超声检测技能运用趋于成熟。
当纤维铺放设备完成零件铺放往后， 须要将零件放在高温高压的热压灌中，固化8～10h，对付这些超大型的复合股料构件就须要巨大的热压灌。
三菱重工用于生产787 机翼的热压罐（见图1）为131ft （1ft=0.304 8m）长，直径26ft。
三菱的翼盒是在一个长102f t心轴上加工的。
该心轴间隔地板很高，甚至于不能完备看到翼盒的形状，目前海内也都处于空缺状态，这为我国将来大飞机的生产提出了寻衅。

图1 天下上最大的热压灌之一 （TEC公司生产，用于787机翼）

当完成固化后，复合股料构件还要进行超声检测等，来创造是否存在铺层毛病，担保构件的质量，这时就须要大型的超声检测设备。

3. 数字化柔性装置技能的运用

数字化妆配技能的发展进程始于波音公司，波音公司最先考试测验并磋商了改变传统装置方法的路子：首先在工装设计中采取基于装置孔的骨架定位装置技能简化工装，之后运用柔性工装实现柔性化妆配，然后在柔性工装根本上增加自动扮装备集成为自动化妆配系统，终极形成移动生产线，使飞机的装置技能发生了革命性的变革。

装置系统一样平常由加工设备、钻铆设备、实行机构、柔性工装、丈量设备及搬运设备等构成， 由供应商进行系统集成， 形成集成化的柔性装置系统，通过“交钥匙”的办法供应给制造商，提升了航空专用装备供给的层级。

（1）数字化制孔单元与对接设备。
在国外飞机柔性装置系统中的装置单元紧张包括制孔单元、铆接单元、螺栓安装单元、紧固件插入单元、密封胶注胶器、孔强化单元、铆钉铣平单元及自动送料单元等，检测单元包括孔探针、同步摄影机、法线传感器、夹层厚度检测单元、激光视觉单元和激光跟踪定位单元等。

（2）自动化妆配系统。
天下航空发达国家的飞机自动化妆配技能，已从由单台数控自动钻铆机和数控托架组成的自动钻铆系统（见图2）向由数控装置工装、模块化加工单元、数控定位系统(包括机器人)、自动送料系统和数字化检测系统、离线编程与仿真系统等组成的的自动化妆配系统发展，大部分基于CATIA平台进行设计，担保了装置系统与飞机产品的数字化折衷。
当自动化妆配系统集成了柔性装置工装， 能适应多规格、多种类飞机产品的装置时， 就发展成了更高一级的柔性装置系统，包括机翼壁板柔性装置系统、翼梁柔性装置系统、复合股料尾翼柔性装置系统、机身壁板集成单元、机器人自动装置系统及机身环铆自动装置系统等。

图2 自动钻铆设备 （正在装置47段、48段）

4. 自动化赞助运输设备

波音、空客等航空公司在飞机部件对接过程中大量采取气垫运输技能，该技能与前辈的丈量定位技能、数控技能相结合，实现了大型飞机部件在对接过程中的平稳运输，大大提高了飞机装置的事情效率和质量。

5. 自动化柔性装置生产线

飞机柔性装置生产线最早涌如今民机产品的装置中，波音公司借鉴汽车工业中的洗车观点， 建立了第一条脉动式飞机装置生产线（见图3）。
脉动式生产线紧张上风是高精度、高效率，并通过合理的生产线布局和节拍掌握知足不同产品在同一生产线上不同产量的变革需求，提高高端装备设备利用率，降落生产本钱。

图3 B787脉动式飞机装置生产线

天下各国为制造业发展所做的准备

由美国GE等企业提出在工业领域实现数据流、硬件和软件的智能交互，实现系统、举动步伐、成本运营的优化，工业互联网观点应运而生， 详细表现在将互联网作为当前信息化的核心，推动移动互联网、云打算、大数据和物联网等与当代制造业结合，推动两化领悟深度发展，通过3个步骤实现其效能：工业数据的获取、工业数据的剖析和调度实行，分别对应于物联网、云打算与大数据和专网通信，这是工业互联网的关键元素。

2012年3月，作为“振兴制造业”计策的主要一环，美国政府宣告启动“ 国家制造创新网络” 操持， 该操持由前辈制造国家项目办公室协同国防部、能源部、航空航天局、商务部以及国家科学基金等联邦政府部门共同卖力履行，以公私合营的办法，培植15～45家“制造创新机构”，形成覆盖全美的制造创新网络。

2014年9月，数字设计与制造创新机构提出前辈制造企业 、智能机器、前辈剖析及赛博物理系统安全等四大技能领域推进全数字化与智能化，并且给出了当前研究重点。

2014年12月，美国国家制造创新网络启动了第8个创新机构即“智能制造创新机构”的竞标， 该机构将由能源部牵头组织培植，并为智能制造下了一个崭新的定义：智能制造是前辈传感、仪器、监测、掌握和过程优化的技能和实践的组合，它们将信息和通信技能与制造环境领悟在一起，实现工厂和企业中能量、生产率和本钱的实时管理。

以西门子为代表基于德国雄厚的制造业为根本，寄希望以此定义第四次工业革命，将CPS （ 虚拟网络— 实体网络系统技能）一体化运用于制造业和物流业，目的是保持本国的制造业竞争力，提高资源利用率，提出工业4.0 ，打造智能化工厂。

2015年中国政府提出《中国制造2025》，将信息技能与制造技能深度领悟的数字化、智能化制造作为发展主线，以未来十年为发展周期，目标是驱动制造业的转型升级，推动中国由制造业大国向制造业强国转型。

美国依赖强大的信息技能， 将大数据采集剖析、云打算等打算机互联网技能运用到工业制造领域，打造“工业互联网”，以此计策保持其工业强国的地位。
德国凭借雄厚的工业制造、工业自动化根本，与打算机互联网领悟向智能化制造进军，提出工业4.0的观点。
那么，中国以什么为依托，实现《中国制造2025》的宏伟蓝图呢？

结语

国外前辈的航空专用装备的工程运用知足了飞机制造的高效和无缝连接的高质量哀求。
全自动化集成掌握技能的研发代替人工工艺流程已走上运用舞台，并取得了主要进展。

伴随着中国大飞机项目不断扩大，对生产质量的哀求越来越高。
中国在前辈制造技能和装备上的需求会越来越多，中国的飞机制造商的需求尤为突出。

国外前辈航空制造厂商已经就中国航空市场做好准备，一方面将通过供应其前辈的技能和设备来知足中国客户的需求；另一方面也将广泛寻求多层面的互助，将其前辈技能与中国富有竞争力的生产本钱紧密结合起来， 从而得到更大的利益，并霸占了90%以上的海内航空主要市场。
各国的目的相同，但根本不同， 我们做好准备了吗？

来自《金属加工（冷加工）》2015年第19期杂志