【简介：】国外飞机先进制造技术发展趋势◆ 9.1 自动连接技术转自81.china.com
飞机结构所承载荷通过连接部位传递，形成连接处应力集中。据统计，飞机机体疲劳失效事故的70％起因于结构连
国外飞机先进制造技术发展趋势◆ 9.1 自动连接技术转自81.china.com
飞机结构所承载荷通过连接部位传递，形成连接处应力集中。据统计，飞机机体疲劳失效事故的70％起因于结构连接部位，其中80％的疲劳裂纹发生于连接孔处，因此连接质量极大地影响着飞机的寿命。现代飞机的安全使用寿命要求日益增长，军机寿命、干线飞机寿命分别要求达到8000，50000飞行小时以上，而手工铆接难以保证寿命要求，必须采用自动钻铆装配设备实现稳定的高质量的连接。发达国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆机的配置向由多台数控自动钻铆机、托架系统配置或由自动钻铆设备和带视觉系统的机器人、大型龙门机器人、专用柔性工艺装备及坐标测量机等多种设备、不同配置组成的的柔性自动装配系统发展。转自81.china.com
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▲自动钻铆系统：美国、前苏联、法国、德国等国家发展的系列化钻铆机，有中小型钻铆机、大型自动钻铆机、安装特种紧固件的钻铆机和微型自动钻铆机。转自81.china.com
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▲自动钻铆机托架系统：自动钻铆机与托架系统相配套，能提高效率。对较大尺寸结构、复杂结构，尤其是双曲度的飞机机身和机翼壁板进行自动钻铆，配备全自动托架系统以实现工件的自动定位和调平，而对于外形较平直的中小结构的壁板大多配置手动、半自动托架系统。转自81.china.com
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▲机械手或机器人：采用自动机器人装配系统可实现对不开敞、难加工部位的装配。工业机械手—机器人作为柔性装配系统中一个不可分割的部分，能有效提高装配效率和装配质量，降低装配成本。在F—16，F／A—18，C—130等飞机装配中机器人工作单元主要用于装配系统中工件的输送、定位、制孔和装配。转自81.china.com
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▲柔性自动钻铆、装配系统使生产效率大大提高，如B767，B777采用翼梁自动装配系统，提高效率14倍，费用降低90％，废品率降低50％。转自81.china.com
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◆ 9.2 电磁铆接装置转自81.china.com
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电磁铆接可替代大功率压铆设备，进行大直径、高强铆钉的铆接；进行难成形材料、大直径及厚夹层的铆接；可以在结构上实现均匀的干涉配合连接。电磁铆接自动化设备将高能、低重量电磁铆接动力头应用于自动钻铆机，同以液压为铆接动力的自动铆接设备相比，配置电磁铆接动力头的自动铆接设备由于不配备液压系统及用于承受铆接后座力的弓形架，可大大简化设备的结构，减少设备的重量和体积。俄罗斯用于壳体结构和圆筒结构的自动化电磁铆接工作台及A320生产线配置有E4000，E5000翼梁装配系统和C—17“环球霸王”（Globemaster）机翼梁装配的第四代自动化装配系统，占地面积很小，但都具有很高的柔性度，有一对垂直磁轭装配机跨越CNC控制的柔性梁安装型架。另外，该装配机上还配有伺服驱动的检测探头和摄像系统，确定机床及产品的位置和检测孔的质量，可对每根梁进行自动钻孔、紧固件定位、安装和铆接。转自81.china.com
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◆ 9.3 先进制孔技术转自81.china.com
国外采用的先进制孔设备除数控自动钻铆机制孔外，还有机器人制孔、带激光引导的精密数控制孔中心。转▲机器人制孔：由于机器人具有多自由度的优点，特别适合于对具有复杂外形结构的高质量制孔。它与手工制孔相比可提高效率3～5倍。F—16战斗机的垂尾石墨／环氧复合材料蒙皮采用机器人制孔，不仅保证了制孔质量，提高了制孔效率，还避免了石墨粉尘对操作人员的损害。转自81.china.com
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▲精密数控加工中心制孔：以F—22为代表的第四代战斗机部件装配采用快速装配技术，其结构设计成模块形式，??尺寸大；二是飞机的使用寿命长，要求制孔精度更高、质量更精细，采用了自动化激光定位的精密数控制孔中心制孔。转自81.china.com
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◆ 9.4 先进连接件转自81.china.com
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一架飞机所用连接件少则几十万件，多则几百万件。从减重、防腐、抗疲劳、密封、安装等方面出发，现代飞机大量采用钛合金、新型铝合金紧固件，而钛合金紧固件占螺纹紧固件的90％，Ti—6Al—4V紧固件占钛合金紧固件的大多数。世界各国围绕着Ti—6Al—4V材料研制、生产出多种系列的钛紧固件产品。转自81.china.com
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在近20年中，美国研制、生产的金属结构使用的紧固件主要有高强紧固件、钛紧固件、防腐紧固件和特殊用途紧固件；着重开发复合材料结构用紧固件系统，如铆接用钛铌铆钉（钛铌实心铆钉、钛铌空尾铆钉、双金属铆钉）系列产品，轻型钛高锁螺栓，钛环槽钉及干涉钛环槽钉系统，钛合金单面螺纹抽钉、干涉抽钉、特大夹层（3.5mm）抽钉系统，用于蜂窝结构的可调预载紧固件系统，复合材料紧固件系统。很多品种已经系列化、商品化。转自81.china.com
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◆ 9.5 长寿命连接技术转自81.china.com
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现代飞机都有较高的寿命要求，在机械连接中影响寿命的工艺因素主要有：孔的加工精度和表面质量、连接配合的干涉量和胀紧力实现的精度等。转自81.china.com
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国外在精密制孔方面，开发了许多先进的钻型刀具，并采用自动化制孔工具和设备制孔，如自动进给钻、自动钻铆机、机器人、激光导引的钻床、精密加工中心制孔，保证了制孔精度和实现了光洁制孔。转自81.china.com
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为了提高连接疲劳性能，除采用光洁制孔外，还对孔表面采用强化工艺，采用干涉紧固件及自动化装配系统保证连接配合所需的干涉量和胀紧力的精度，实现长寿命连接。转自81.china.com
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◆ 9.6 无外形卡板型架装配技术转自81.china.com
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数字化传递技术、精确成形技术、高精度的数控加工技术以及整体结构件的刚性是无外形卡板型架装配技术的基础，无外形卡板型架装配系统主要由激光跟踪定位仪（或电子径纬测量仪）和装配平台等组成。无外形卡板型架装配技术可实现模块化，通用性强，生产准备周期短。产品装配定位准确，部件装配开敞，效率高，发达国家已在军机、民机装配中广泛应用。转自81.china.com
无损检测为产品提供内部质量信息，既可作为产品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息。西方国家非常重视无损检测技术研究，并开发了许多先进的无损检测设备。◆ 10.1 超声检测技术转自81.china.com
超声检测利用声波在物理介质（如被检测材料或结构）中传播时，通过被检测材料或结构内部存在的缺陷处，声波会改变原来的传播规律，如产生折射、反射、散射或剧烈衰减等，通过分析这些规律的变化，就可以建立缺陷同被检测物理量与声波的幅度、相位、频率特性、声速、传播时间、衰减特性等之间的相关关系。由于声波的传播特性与被检测材料或结构有着密切的关系，因此通常需要根据被检测对象研究制定相应的超声检测方法和检测技术。转自81.china.com
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超声检测是目前复合材料和焊接结构中应用的最为重要、最为广泛的无损检测方法，可检测出复合材料结构中的分层、脱粘、气孔、裂缝、冲击损伤和焊接结构中的未焊透、夹杂、裂纹、气孔等缺陷，缺陷定性定量准确。超声检测通常利用压电传感器产生和接收超声波。国外大多数飞机制造厂在生产中都采用了先进的多坐标数控扫描自动成像超声无损检测设备进行产品检测。转自81.china.com
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◆ 10.2 射线检测转自81.china.com
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当射线通过被检测材料或结构时，射线的强度会产生衰减，这种强度的变化与被检测材料或结构内部密度均匀性有关，射线检测基于这种原理来检测零件内部的缺陷。转自81.china.com
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感光胶片是X射线检测的记录介质，当被测复合材料结构在X射线透射方向存在可检缺陷时，感光胶片就会以黑度变化的形式记录缺陷引起的射线强度变化。也可以将这种缺陷引起的射线强度变化通过感光屏、图像增强仪和利用计算机技术实现辅助成像显示。转自81.china.com
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国外大型飞机制造厂家都有大型多坐标的射线检测成像设备用于产品的检测。美国和其他一些国家还开发了便携式射线检测设备，用于外场检测。◆ 10.3 激光超声技术
激光超声检测是利用激光束与被检测物体表面相互作用，激励产生宽带超声波。按接收方式目前主要可分为两大类：（1）利用光学方法接收激光束在被检测材料中产生的超声信号；（2）利用压电传感器接收超声信号。激励光束与被检测物体表面不需要保持严格的垂直等固定的角度关系，不要复杂的扫查机构，因此，激光超声特别容易实现快速自动化扫描检测。目前，美、俄、法、加拿大等国家已用于复合材料、胶接结构和焊接结构的室内外无损检测。这一技术既具有超声检测缺陷定量定性准确、又具有非接触的特点，能实现构件的准确快速的无损检测，被认为是21世纪的无损检测技术。■ 11 数字化设计制造和管理技术转自长期以来，飞机设计制造一直遵循着传统的二维设计、模线样板、标准样件方法，这种模拟量传递路线长，误差大，生产准备周期长，使用保管不方便，更改费时费工，成本高，弊端很大。数字化设计制造技术则完全改变了上述工作方法，它借助于计算机网络技术，采用三维数字化定义，把飞机的结构和零件全部用三维实体描述出来，并且把各种技术要求、设计说明、材料公差等非几何信息以及各结构之间的相对位置表示清楚。在此基础上进行虚拟装配，检查零部件之间是否发生干涉以及它们之间的间隙，排除某些设计的不合理性，最终形成数字样机。数字样机作为制造依据，基本上实现了精确设计，极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具和生产准备时间。飞机是通过数字化模型来表达的，各阶段可共享模型数据，因此在产品设计同时，可进行CAE分析计算、工装设计、工艺设计、可制造性分析，并进行数字化传递，为并行工程创造了条件。数字化设计制造技术完全改变了原来的设计制造方法，包括标准、规范和技术体系，所以它是体系性和全局性的技术，使传统的飞机设计制造技术发生了革命性的变化。转自81.china.com
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目前国际上全面应用飞机数字化设计制造技术并取得巨大效益的企业为数并不多，如洛克希德、波音、达索、BAe等公司，其中最为突出的是波音公司。他们在波音777的研制中，在网络技术基础上，应用并行工程思想，采用了产品三维全数字化定义、虚拟样机、虚拟装配和运动机构仿真分析等先进手段，从整机设计、零件制造、部件测试、整机装配到各种环境下的试飞均在计算机上完成，提高了设计水平，研制周期缩短了50％，出错返工率减少75％，成本降低25％，成为数字化集成制造技术在飞机研制中应用的标志和里程碑。波音公司建立了PART网页，通过因特网向全球进军，为用户提供更为方便和快捷的服务支持，客户可以在线方式检索技术图纸、服务通报、维护手册等多种重要技术资料。于是波音公司实现了飞机产出以前就获得了大量订单的目标。转自81.china.com
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波音在JSF验证机设计制造中应用虚拟制造技术也十分成功。JSF的前机身各部件是在圣路易斯生产的，而中机身、机翼、后机身、尾翼等各部件则在西雅图生产，它们的制造依据是同一个数字样机，只要取出零件数字化定义即可自动生成NC代码，加工便能一次完成。然后由合作伙伴在荷兰成功地进行异地装配，不仅能利用时差，还可24?h工作。整个设计制造过程出错率减少了80％，而且装配过程未出现过错误，是异地设计制造和异地装配非常成功的实例。波音—西科斯基公司在设计制造RAH—66直升机时，使用了包括试飞在内的全任务仿真方法进行设计和验证，通过使用虚拟样机和全任务仿真技术，只花费了4590h仿真测试时间，却省却了11590h的飞行时间，节约经费总计6.73亿美元。转自81.china.com
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美国和欧洲还在F—22，S—92，X—33，空客等飞机的研制中也成功地采用了数字化设计制造技术，并取得了可观的效益。转自81.china.com
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90年代以来，西方发达国家通过实践已逐步认识到先进制造技术必须与先进管理技术相结合才有前途，并重视了先进管理技术的研究。1991年美国提出敏捷制造（AM）概念以后，一系列综合考虑人—技术—组织的新概念不断涌现，诸如精益生产（LP）、准时生产（JIT）、企业流程重组（BPR）等，促使航空业飞速发展。 精益生产的内涵是赋予基层生产单位以高度的权力，运用一切先进制造技术尽善尽美地生产出用户满意的产品，实现零库存，最大限度地减少在制品和一切不增值的环节，使企业的制造资源得到合理的配置和最有效的利用，以有限的资源获取最大的效益。精益生产的特点主要在于“精良”和“效益” ，其中“消灭一切浪费”的哲理是值得所有企业借鉴的，同时精益生产制造出来的高质量精美产品又会受到所有用户的赞许和喜爱。转自81.china.com
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波音公司在生产组织上采用了精益生产模式，取得了较好的经验。现在还要求承担他们产品的转包厂商按精益生产模式组织生产，并为此提供培训。敏捷制造概念是美国里海大学1991年提出的，是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求的快速反应。这对航空新产品的研制和生产尤为重要。敏捷制造的支持技术是基于网络的异地设计和制造、供应链管理、电子商务等。将高素质的员工、动态灵活的虚拟组织结构、先进的柔性生产技术进行全面集成，使企业能对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应，由此获得长期的经济效益。
