【簡介：】國外飛機先進制造技術發(fā)展趨勢◆?9.1?自動連接技術轉(zhuǎn)自81.china.com
飛機結(jié)構所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應力集中。據(jù)統(tǒng)計，飛機機體疲勞失效事故的70％起因于結(jié)構連

國外飛機先進制造技術發(fā)展趨勢◆?9.1?自動連接技術轉(zhuǎn)自81.china.com
飛機結(jié)構所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應力集中。據(jù)統(tǒng)計，飛機機體疲勞失效事故的70％起因于結(jié)構連接部位，其中80％的疲勞裂紋發(fā)生于連接孔處，因此連接質(zhì)量極大地影響著飛機的壽命?，F(xiàn)代飛機的安全使用壽命要求日益增長，軍機壽命、干線飛機壽命分別要求達到8000，50000飛行小時以上，而手工鉚接難以保證壽命要求，必須采用自動鉆鉚裝配設備實現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量的連接。發(fā)達國家的飛機連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚機的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設備和帶視覺系統(tǒng)的機器人、大型龍門機器人、專用柔性工藝裝備及坐標測量機等多種設備、不同配置組成的的柔性自動裝配系統(tǒng)發(fā)展。轉(zhuǎn)自81.china.com
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▲自動鉆鉚系統(tǒng)：美國、前蘇聯(lián)、法國、德國等國家發(fā)展的系列化鉆鉚機，有中小型鉆鉚機、大型自動鉆鉚機、安裝特種緊固件的鉆鉚機和微型自動鉆鉚機。轉(zhuǎn)自81.china.com
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▲自動鉆鉚機托架系統(tǒng)：自動鉆鉚機與托架系統(tǒng)相配套，能提高效率。對較大尺寸結(jié)構、復雜結(jié)構，尤其是雙曲度的飛機機身和機翼壁板進行自動鉆鉚，配備全自動托架系統(tǒng)以實現(xiàn)工件的自動定位和調(diào)平，而對于外形較平直的中小結(jié)構的壁板大多配置手動、半自動托架系統(tǒng)。轉(zhuǎn)自81.china.com
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▲機械手或機器人：采用自動機器人裝配系統(tǒng)可實現(xiàn)對不開敞、難加工部位的裝配。工業(yè)機械手—機器人作為柔性裝配系統(tǒng)中一個不可分割的部分，能有效提高裝配效率和裝配質(zhì)量，降低裝配成本。在F—16，F(xiàn)／A—18，C—130等飛機裝配中機器人工作單元主要用于裝配系統(tǒng)中工件的輸送、定位、制孔和裝配。轉(zhuǎn)自81.china.com
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▲柔性自動鉆鉚、裝配系統(tǒng)使生產(chǎn)效率大大提高，如B767，B777采用翼梁自動裝配系統(tǒng)，提高效率14倍，費用降低90％，廢品率降低50％。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?9.2?電磁鉚接裝置轉(zhuǎn)自81.china.com
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電磁鉚接可替代大功率壓鉚設備，進行大直徑、高強鉚釘?shù)你T接；進行難成形材料、大直徑及厚夾層的鉚接；可以在結(jié)構上實現(xiàn)均勻的干涉配合連接。電磁鉚接自動化設備將高能、低重量電磁鉚接動力頭應用于自動鉆鉚機，同以液壓為鉚接動力的自動鉚接設備相比，配置電磁鉚接動力頭的自動鉚接設備由于不配備液壓系統(tǒng)及用于承受鉚接后座力的弓形架，可大大簡化設備的結(jié)構，減少設備的重量和體積。俄羅斯用于殼體結(jié)構和圓筒結(jié)構的自動化電磁鉚接工作臺及A320生產(chǎn)線配置有E4000，E5000翼梁裝配系統(tǒng)和C—17“環(huán)球霸王”（Globemaster）機翼梁裝配的第四代自動化裝配系統(tǒng)，占地面積很小，但都具有很高的柔性度，有一對垂直磁軛裝配機跨越CNC控制的柔性梁安裝型架。另外，該裝配機上還配有伺服驅(qū)動的檢測探頭和攝像系統(tǒng)，確定機床及產(chǎn)品的位置和檢測孔的質(zhì)量，可對每根梁進行自動鉆孔、緊固件定位、安裝和鉚接。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?9.3?先進制孔技術轉(zhuǎn)自81.china.com
國外采用的先進制孔設備除數(shù)控自動鉆鉚機制孔外，還有機器人制孔、帶激光引導的精密數(shù)控制孔中心。轉(zhuǎn)▲機器人制孔：由于機器人具有多自由度的優(yōu)點，特別適合于對具有復雜外形結(jié)構的高質(zhì)量制孔。它與手工制孔相比可提高效率3～5倍。F—16戰(zhàn)斗機的垂尾石墨／環(huán)氧復合材料蒙皮采用機器人制孔，不僅保證了制孔質(zhì)量，提高了制孔效率，還避免了石墨粉塵對操作人員的損害。轉(zhuǎn)自81.china.com
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▲精密數(shù)控加工中心制孔：以F—22為代表的第四代戰(zhàn)斗機部件裝配采用快速裝配技術，其結(jié)構設計成模塊形式，??尺寸大；二是飛機的使用壽命長，要求制孔精度更高、質(zhì)量更精細，采用了自動化激光定位的精密數(shù)控制孔中心制孔。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?9.4?先進連接件轉(zhuǎn)自81.china.com
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一架飛機所用連接件少則幾十萬件，多則幾百萬件。從減重、防腐、抗疲勞、密封、安裝等方面出發(fā)，現(xiàn)代飛機大量采用鈦合金、新型鋁合金緊固件，而鈦合金緊固件占螺紋緊固件的90％，Ti—6Al—4V緊固件占鈦合金緊固件的大多數(shù)。世界各國圍繞著Ti—6Al—4V材料研制、生產(chǎn)出多種系列的鈦緊固件產(chǎn)品。轉(zhuǎn)自81.china.com
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在近20年中，美國研制、生產(chǎn)的金屬結(jié)構使用的緊固件主要有高強緊固件、鈦緊固件、防腐緊固件和特殊用途緊固件；著重開發(fā)復合材料結(jié)構用緊固件系統(tǒng)，如鉚接用鈦鈮鉚釘（鈦鈮實心鉚釘、鈦鈮空尾鉚釘、雙金屬鉚釘）系列產(chǎn)品，輕型鈦高鎖螺栓，鈦環(huán)槽釘及干涉鈦環(huán)槽釘系統(tǒng)，鈦合金單面螺紋抽釘、干涉抽釘、特大夾層（3.5mm）抽釘系統(tǒng)，用于蜂窩結(jié)構的可調(diào)預載緊固件系統(tǒng)，復合材料緊固件系統(tǒng)。很多品種已經(jīng)系列化、商品化。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?9.5?長壽命連接技術轉(zhuǎn)自81.china.com
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現(xiàn)代飛機都有較高的壽命要求，在機械連接中影響壽命的工藝因素主要有：孔的加工精度和表面質(zhì)量、連接配合的干涉量和脹緊力實現(xiàn)的精度等。轉(zhuǎn)自81.china.com
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國外在精密制孔方面，開發(fā)了許多先進的鉆型刀具，并采用自動化制孔工具和設備制孔，如自動進給鉆、自動鉆鉚機、機器人、激光導引的鉆床、精密加工中心制孔，保證了制孔精度和實現(xiàn)了光潔制孔。轉(zhuǎn)自81.china.com
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為了提高連接疲勞性能，除采用光潔制孔外，還對孔表面采用強化工藝，采用干涉緊固件及自動化裝配系統(tǒng)保證連接配合所需的干涉量和脹緊力的精度，實現(xiàn)長壽命連接。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?9.6?無外形卡板型架裝配技術轉(zhuǎn)自81.china.com
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數(shù)字化傳遞技術、精確成形技術、高精度的數(shù)控加工技術以及整體結(jié)構件的剛性是無外形卡板型架裝配技術的基礎，無外形卡板型架裝配系統(tǒng)主要由激光跟蹤定位儀（或電子徑緯測量儀）和裝配平臺等組成。無外形卡板型架裝配技術可實現(xiàn)模塊化，通用性強，生產(chǎn)準備周期短。產(chǎn)品裝配定位準確，部件裝配開敞，效率高，發(fā)達國家已在軍機、民機裝配中廣泛應用。轉(zhuǎn)自81.china.com
無損檢測為產(chǎn)品提供內(nèi)部質(zhì)量信息，既可作為產(chǎn)品評價的依據(jù)，也為工藝分析提供參考信息。西方國家非常重視無損檢測技術研究，并開發(fā)了許多先進的無損檢測設備。◆?10.1?超聲檢測技術轉(zhuǎn)自81.china.com
超聲檢測利用聲波在物理介質(zhì)（如被檢測材料或結(jié)構）中傳播時，通過被檢測材料或結(jié)構內(nèi)部存在的缺陷處，聲波會改變原來的傳播規(guī)律，如產(chǎn)生折射、反射、散射或劇烈衰減等，通過分析這些規(guī)律的變化，就可以建立缺陷同被檢測物理量與聲波的幅度、相位、頻率特性、聲速、傳播時間、衰減特性等之間的相關關系。由于聲波的傳播特性與被檢測材料或結(jié)構有著密切的關系，因此通常需要根據(jù)被檢測對象研究制定相應的超聲檢測方法和檢測技術。轉(zhuǎn)自81.china.com
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超聲檢測是目前復合材料和焊接結(jié)構中應用的最為重要、最為廣泛的無損檢測方法，可檢測出復合材料結(jié)構中的分層、脫粘、氣孔、裂縫、沖擊損傷和焊接結(jié)構中的未焊透、夾雜、裂紋、氣孔等缺陷，缺陷定性定量準確。超聲檢測通常利用壓電傳感器產(chǎn)生和接收超聲波。國外大多數(shù)飛機制造廠在生產(chǎn)中都采用了先進的多坐標數(shù)控掃描自動成像超聲無損檢測設備進行產(chǎn)品檢測。轉(zhuǎn)自81.china.com
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◆?10.2?射線檢測轉(zhuǎn)自81.china.com
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當射線通過被檢測材料或結(jié)構時，射線的強度會產(chǎn)生衰減，這種強度的變化與被檢測材料或結(jié)構內(nèi)部密度均勻性有關，射線檢測基于這種原理來檢測零件內(nèi)部的缺陷。轉(zhuǎn)自81.china.com
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感光膠片是X射線檢測的記錄介質(zhì)，當被測復合材料結(jié)構在X射線透射方向存在可檢缺陷時，感光膠片就會以黑度變化的形式記錄缺陷引起的射線強度變化。也可以將這種缺陷引起的射線強度變化通過感光屏、圖像增強儀和利用計算機技術實現(xiàn)輔助成像顯示。轉(zhuǎn)自81.china.com
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國外大型飛機制造廠家都有大型多坐標的射線檢測成像設備用于產(chǎn)品的檢測。美國和其他一些國家還開發(fā)了便攜式射線檢測設備，用于外場檢測?！?10.3?激光超聲技術
激光超聲檢測是利用激光束與被檢測物體表面相互作用，激勵產(chǎn)生寬帶超聲波。按接收方式目前主要可分為兩大類：（1）利用光學方法接收激光束在被檢測材料中產(chǎn)生的超聲信號；（2）利用壓電傳感器接收超聲信號。激勵光束與被檢測物體表面不需要保持嚴格的垂直等固定的角度關系，不要復雜的掃查機構，因此，激光超聲特別容易實現(xiàn)快速自動化掃描檢測。目前，美、俄、法、加拿大等國家已用于復合材料、膠接結(jié)構和焊接結(jié)構的室內(nèi)外無損檢測。這一技術既具有超聲檢測缺陷定量定性準確、又具有非接觸的特點，能實現(xiàn)構件的準確快速的無損檢測，被認為是21世紀的無損檢測技術。■?11?數(shù)字化設計制造和管理技術轉(zhuǎn)自長期以來，飛機設計制造一直遵循著傳統(tǒng)的二維設計、模線樣板、標準樣件方法，這種模擬量傳遞路線長，誤差大，生產(chǎn)準備周期長，使用保管不方便，更改費時費工，成本高，弊端很大。數(shù)字化設計制造技術則完全改變了上述工作方法，它借助于計算機網(wǎng)絡技術，采用三維數(shù)字化定義，把飛機的結(jié)構和零件全部用三維實體描述出來，并且把各種技術要求、設計說明、材料公差等非幾何信息以及各結(jié)構之間的相對位置表示清楚。在此基礎上進行虛擬裝配，檢查零部件之間是否發(fā)生干涉以及它們之間的間隙，排除某些設計的不合理性，最終形成數(shù)字樣機。數(shù)字樣機作為制造依據(jù)，基本上實現(xiàn)了精確設計，極大限度減少了工程更改，節(jié)省了大量工裝模具和生產(chǎn)準備時間。飛機是通過數(shù)字化模型來表達的，各階段可共享模型數(shù)據(jù)，因此在產(chǎn)品設計同時，可進行CAE分析計算、工裝設計、工藝設計、可制造性分析，并進行數(shù)字化傳遞，為并行工程創(chuàng)造了條件。數(shù)字化設計制造技術完全改變了原來的設計制造方法，包括標準、規(guī)范和技術體系，所以它是體系性和全局性的技術，使傳統(tǒng)的飛機設計制造技術發(fā)生了革命性的變化。轉(zhuǎn)自81.china.com
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目前國際上全面應用飛機數(shù)字化設計制造技術并取得巨大效益的企業(yè)為數(shù)并不多，如洛克希德、波音、達索、BAe等公司，其中最為突出的是波音公司。他們在波音777的研制中，在網(wǎng)絡技術基礎上，應用并行工程思想，采用了產(chǎn)品三維全數(shù)字化定義、虛擬樣機、虛擬裝配和運動機構仿真分析等先進手段，從整機設計、零件制造、部件測試、整機裝配到各種環(huán)境下的試飛均在計算機上完成，提高了設計水平，研制周期縮短了50％，出錯返工率減少75％，成本降低25％，成為數(shù)字化集成制造技術在飛機研制中應用的標志和里程碑。波音公司建立了PART網(wǎng)頁，通過因特網(wǎng)向全球進軍，為用戶提供更為方便和快捷的服務支持，客戶可以在線方式檢索技術圖紙、服務通報、維護手冊等多種重要技術資料。于是波音公司實現(xiàn)了飛機產(chǎn)出以前就獲得了大量訂單的目標。轉(zhuǎn)自81.china.com
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波音在JSF驗證機設計制造中應用虛擬制造技術也十分成功。JSF的前機身各部件是在圣路易斯生產(chǎn)的，而中機身、機翼、后機身、尾翼等各部件則在西雅圖生產(chǎn)，它們的制造依據(jù)是同一個數(shù)字樣機，只要取出零件數(shù)字化定義即可自動生成NC代碼，加工便能一次完成。然后由合作伙伴在荷蘭成功地進行異地裝配，不僅能利用時差，還可24?h工作。整個設計制造過程出錯率減少了80％，而且裝配過程未出現(xiàn)過錯誤，是異地設計制造和異地裝配非常成功的實例。波音—西科斯基公司在設計制造RAH—66直升機時，使用了包括試飛在內(nèi)的全任務仿真方法進行設計和驗證，通過使用虛擬樣機和全任務仿真技術，只花費了4590h仿真測試時間，卻省卻了11590h的飛行時間，節(jié)約經(jīng)費總計6.73億美元。轉(zhuǎn)自81.china.com
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美國和歐洲還在F—22，S—92，X—33，空客等飛機的研制中也成功地采用了數(shù)字化設計制造技術，并取得了可觀的效益。轉(zhuǎn)自81.china.com
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90年代以來，西方發(fā)達國家通過實踐已逐步認識到先進制造技術必須與先進管理技術相結(jié)合才有前途，并重視了先進管理技術的研究。1991年美國提出敏捷制造（AM）概念以后，一系列綜合考慮人—技術—組織的新概念不斷涌現(xiàn)，諸如精益生產(chǎn)（LP）、準時生產(chǎn)（JIT）、企業(yè)流程重組（BPR）等，促使航空業(yè)飛速發(fā)展。? 精益生產(chǎn)的內(nèi)涵是賦予基層生產(chǎn)單位以高度的權力，運用一切先進制造技術盡善盡美地生產(chǎn)出用戶滿意的產(chǎn)品，實現(xiàn)零庫存，最大限度地減少在制品和一切不增值的環(huán)節(jié)，使企業(yè)的制造資源得到合理的配置和最有效的利用，以有限的資源獲取最大的效益。精益生產(chǎn)的特點主要在于“精良”和“效益”?，其中“消滅一切浪費”的哲理是值得所有企業(yè)借鑒的，同時精益生產(chǎn)制造出來的高質(zhì)量精美產(chǎn)品又會受到所有用戶的贊許和喜愛。轉(zhuǎn)自81.china.com
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波音公司在生產(chǎn)組織上采用了精益生產(chǎn)模式，取得了較好的經(jīng)驗?，F(xiàn)在還要求承擔他們產(chǎn)品的轉(zhuǎn)包廠商按精益生產(chǎn)模式組織生產(chǎn)，并為此提供培訓。敏捷制造概念是美國里海大學1991年提出的，是指制造系統(tǒng)在滿足低成本和高質(zhì)量的同時，對變幻莫測的市場需求的快速反應。這對航空新產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)尤為重要。敏捷制造的支持技術是基于網(wǎng)絡的異地設計和制造、供應鏈管理、電子商務等。將高素質(zhì)的員工、動態(tài)靈活的虛擬組織結(jié)構、先進的柔性生產(chǎn)技術進行全面集成，使企業(yè)能對持續(xù)變化、不可預測的市場需求作出快速反應，由此獲得長期的經(jīng)濟效益。