【簡介：】國外飛機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢◆?9.1?自動連接技術(shù)轉(zhuǎn)自81.china.com
飛機(jī)結(jié)構(gòu)所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應(yīng)力集中。據(jù)統(tǒng)計，飛機(jī)機(jī)體疲勞失效事故的70％起因于結(jié)構(gòu)連

國外飛機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢◆?9.1?自動連接技術(shù)轉(zhuǎn)自81.china.com
飛機(jī)結(jié)構(gòu)所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應(yīng)力集中。據(jù)統(tǒng)計，飛機(jī)機(jī)體疲勞失效事故的70％起因于結(jié)構(gòu)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(jī)的壽命。現(xiàn)代飛機(jī)的安全使用壽命要求日益增長，軍機(jī)壽命、干線飛機(jī)壽命分別要求達(dá)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(shè)備實現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量的連接。發(fā)達(dá)國家的飛機(jī)連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚機(jī)的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機(jī)、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設(shè)備和帶視覺系統(tǒng)的機(jī)器人、大型龍門機(jī)器人、專用柔性工藝裝備及坐標(biāo)測量機(jī)等多種設(shè)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
▲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(jī)，有中小型鉆鉚機(jī)、大型自動鉆鉚機(jī)、安裝特種緊固件的鉆鉚機(jī)和微型自動鉆鉚機(jī)。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
▲自動鉆鉚機(jī)托架系統(tǒng)：自動鉆鉚機(jī)與托架系統(tǒng)相配套，能提高效率。對較大尺寸結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尤其是雙曲度的飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼壁板進(jìn)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(gòu)的壁板大多配置手動、半自動托架系統(tǒng)。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
▲機(jī)械手或機(jī)器人：采用自動機(jī)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(jī)械手—機(jī)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(jī)裝配中機(jī)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
▲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
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?9.2?電磁鉚接裝置轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
電磁鉚接可替代大功率壓鉚設(shè)備，進(jìn)行大直徑、高強(qiáng)鉚釘?shù)你T接；進(jìn)行難成形材料、大直徑及厚夾層的鉚接；可以在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)均勻的干涉配合連接。電磁鉚接自動化設(shè)備將高能、低重量電磁鉚接動力頭應(yīng)用于自動鉆鉚機(jī)，同以液壓為鉚接動力的自動鉚接設(shè)備相比，配置電磁鉚接動力頭的自動鉚接設(shè)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(shè)備的結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備的重量和體積。俄羅斯用于殼體結(jié)構(gòu)和圓筒結(jié)構(gòu)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(jī)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(jī)跨越CNC控制的柔性梁安裝型架。另外，該裝配機(jī)上還配有伺服驅(qū)動的檢測探頭和攝像系統(tǒng)，確定機(jī)床及產(chǎn)品的位置和檢測孔的質(zhì)量，可對每根梁進(jìn)行自動鉆孔、緊固件定位、安裝和鉚接。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?9.3?先進(jìn)制孔技術(shù)轉(zhuǎn)自81.china.com
國外采用的先進(jìn)制孔設(shè)備除數(shù)控自動鉆鉚機(jī)制孔外，還有機(jī)器人制孔、帶激光引導(dǎo)的精密數(shù)控制孔中心。轉(zhuǎn)▲機(jī)器人制孔：由于機(jī)器人具有多自由度的優(yōu)點，特別適合于對具有復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)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(jī)的垂尾石墨／環(huán)氧復(fù)合材料蒙皮采用機(jī)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
▲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(jī)部件裝配采用快速裝配技術(shù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計成模塊形式，??尺寸大；二是飛機(jī)的使用壽命長，要求制孔精度更高、質(zhì)量更精細(xì)，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
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?9.4?先進(jìn)連接件轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
一架飛機(jī)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(jī)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
在近20年中，美國研制、生產(chǎn)的金屬結(jié)構(gòu)使用的緊固件主要有高強(qiáng)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(gòu)的可調(diào)預(yù)載緊固件系統(tǒng)，復(fù)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?9.5?長壽命連接技術(shù)轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
現(xiàn)代飛機(jī)都有較高的壽命要求，在機(jī)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
國外在精密制孔方面，開發(fā)了許多先進(jìn)的鉆型刀具，并采用自動化制孔工具和設(shè)備制孔，如自動進(jìn)給鉆、自動鉆鉚機(jī)、機(jī)器人、激光導(dǎo)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
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(qiáng)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?9.6?無外形卡板型架裝配技術(shù)轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
數(shù)字化傳遞技術(shù)、精確成形技術(shù)、高精度的數(shù)控加工技術(shù)以及整體結(jié)構(gòu)件的剛性是無外形卡板型架裝配技術(shù)的基礎(chǔ)，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(shù)可實現(xiàn)模塊化，通用性強(qiáng)，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。產(chǎn)品裝配定位準(zhǔn)確，部件裝配開敞，效率高，發(fā)達(dá)國家已在軍機(jī)、民機(jī)裝配中廣泛應(yīng)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(shù)研究，并開發(fā)了許多先進(jìn)的無損檢測設(shè)備?！?10.1?超聲檢測技術(shù)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(gòu)）中傳播時，通過被檢測材料或結(jié)構(gòu)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(guān)關(guān)系。由于聲波的傳播特性與被檢測材料或結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，因此通常需要根據(jù)被檢測對象研究制定相應(yīng)的超聲檢測方法和檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
超聲檢測是目前復(fù)合材料和焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的最為重要、最為廣泛的無損檢測方法，可檢測出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層、脫粘、氣孔、裂縫、沖擊損傷和焊接結(jié)構(gòu)中的未焊透、夾雜、裂紋、氣孔等缺陷，缺陷定性定量準(zhǔn)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(jī)制造廠在生產(chǎn)中都采用了先進(jìn)的多坐標(biāo)數(shù)控掃描自動成像超聲無損檢測設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品檢測。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
◆?10.2?射線檢測轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
當(dāng)射線通過被檢測材料或結(jié)構(gòu)時，射線的強(qiáng)度會產(chǎn)生衰減，這種強(qiáng)度的變化與被檢測材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部密度均勻性有關(guān)，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
轉(zhuǎn)自81.china.com
感光膠片是X射線檢測的記錄介質(zhì)，當(dāng)被測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(qiáng)度變化。也可以將這種缺陷引起的射線強(qiáng)度變化通過感光屏、圖像增強(qiáng)儀和利用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)輔助成像顯示。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
國外大型飛機(jī)制造廠家都有大型多坐標(biāo)的射線檢測成像設(shè)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(shè)備，用于外場檢測?！?10.3?激光超聲技術(shù)
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(xué)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(yán)格的垂直等固定的角度關(guān)系，不要復(fù)雜的掃查機(jī)構(gòu)，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(fù)合材料、膠接結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)的室內(nèi)外無損檢測。這一技術(shù)既具有超聲檢測缺陷定量定性準(zhǔn)確、又具有非接觸的特點，能實現(xiàn)構(gòu)件的準(zhǔn)確快速的無損檢測，被認(rèn)為是21世紀(jì)的無損檢測技術(shù)。■?11?數(shù)字化設(shè)計制造和管理技術(shù)轉(zhuǎn)自長期以來，飛機(jī)設(shè)計制造一直遵循著傳統(tǒng)的二維設(shè)計、模線樣板、標(biāo)準(zhǔn)樣件方法，這種模擬量傳遞路線長，誤差大，生產(chǎn)準(zhǔn)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(shè)計制造技術(shù)則完全改變了上述工作方法，它借助于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用三維數(shù)字化定義，把飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和零件全部用三維實體描述出來，并且把各種技術(shù)要求、設(shè)計說明、材料公差等非幾何信息以及各結(jié)構(gòu)之間的相對位置表示清楚。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(shè)計的不合理性，最終形成數(shù)字樣機(jī)。數(shù)字樣機(jī)作為制造依據(jù)，基本上實現(xiàn)了精確設(shè)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(zhǔn)備時間。飛機(jī)是通過數(shù)字化模型來表達(dá)的，各階段可共享模型數(shù)據(jù)，因此在產(chǎn)品設(shè)計同時，可進(jìn)行CAE分析計算、工裝設(shè)計、工藝設(shè)計、可制造性分析，并進(jìn)行數(shù)字化傳遞，為并行工程創(chuàng)造了條件。數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)完全改變了原來的設(shè)計制造方法，包括標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)體系，所以它是體系性和全局性的技術(shù)，使傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計制造技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
目前國際上全面應(yīng)用飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)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(dá)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(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)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(jī)、虛擬裝配和運動機(jī)構(gòu)仿真分析等先進(jìn)手段，從整機(jī)設(shè)計、零件制造、部件測試、整機(jī)裝配到各種環(huán)境下的試飛均在計算機(jī)上完成，提高了設(shè)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(shù)在飛機(jī)研制中應(yīng)用的標(biāo)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(jìn)軍，為用戶提供更為方便和快捷的服務(wù)支持，客戶可以在線方式檢索技術(shù)圖紙、服務(wù)通報、維護(hù)手冊等多種重要技術(shù)資料。于是波音公司實現(xiàn)了飛機(jī)產(chǎn)出以前就獲得了大量訂單的目標(biāo)。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
波音在JSF驗證機(jī)設(shè)計制造中應(yīng)用虛擬制造技術(shù)也十分成功。JSF的前機(jī)身各部件是在圣路易斯生產(chǎn)的，而中機(jī)身、機(jī)翼、后機(jī)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(jī)，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(jìn)行異地裝配，不僅能利用時差，還可24?h工作。整個設(shè)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(shè)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(shè)計制造RAH—66直升機(jī)時，使用了包括試飛在內(nèi)的全任務(wù)仿真方法進(jìn)行設(shè)計和驗證，通過使用虛擬樣機(jī)和全任務(wù)仿真技術(shù)，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
轉(zhuǎn)自81.china.com
美國和歐洲還在F—22，S—92，X—33，空客等飛機(jī)的研制中也成功地采用了數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)，并取得了可觀的效益。轉(zhuǎn)自81.china.com
轉(zhuǎn)自81.china.com
90年代以來，西方發(fā)達(dá)國家通過實踐已逐步認(rèn)識到先進(jìn)制造技術(shù)必須與先進(jìn)管理技術(shù)相結(jié)合才有前途，并重視了先進(jìn)管理技術(shù)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(shù)—組織的新概念不斷涌現(xiàn)，諸如精益生產(chǎn)（LP）、準(zhǔn)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(quán)力，運用一切先進(jìn)制造技術(shù)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
轉(zhuǎn)自81.china.com
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(dān)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(xùn)。敏捷制造概念是美國里海大學(xué)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(yīng)。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(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)的異地設(shè)計和制造、供應(yīng)鏈管理、電子商務(wù)等。將高素質(zhì)的員工、動態(tài)靈活的虛擬組織結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的柔性生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行全面集成，使企業(yè)能對持續(xù)變化、不可預(yù)測的市場需求作出快速反應(yīng)，由此獲得長期的經(jīng)濟(jì)效益。