航空先进制造技术对航空制造企业的影响

李晓媛 龙邵安

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市 710089

摘要：航空强国十分重视航空专用工艺设备的发展，美国采取了包括“MANTECH”计划等一系列措施发展先进制造技术和装备，欧洲委员会在《欧洲航空：2020年前景》报告及多个《五年框架计划》研究开发计划中，极重视基础装备技术研究。F－22、波音787和A380等均是先进航空工艺装备打造出来的典范。

关键词：航空先进制造技术；航空制造企业；影响

引言

新冠肺炎疫情当前，制造业面临着很大考验。MM《现代制造》副总编陈永光先生在开场致辞中表示：“我们举办这一在线会议的目的，是为了给航空航天制造业的专家、企业和用户搭建一个相互交流合作的平台，从而帮助行业更好地了解应用于航空航天制造领域的新技术，让先进的制造技术为航空航天制造业插上翅膀。”

1基础制造装备定义

目前关于“基础制造装备”的定义并不是很明晰，但主要方面描述的是用于航空、航天、船舶及能源等产品加工、检测、装配、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、加工工艺复杂的航空产品制造的特点，是集成较多先进制造技术、承载制造工艺的中高端装备和重大技术装备。

“基础制造装备”包括高档数控加工、表面工程、特种加工、焊接、塑性加工、装配、复合材料构件制造及精密/超精密加工等先进制造技术领域的设备以及相关产品的试验、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“基础制造装备”代表了先进国家的基础工业的水平，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；航空制造中技术先进、研制难度很大、需自行研制的设备。具体指：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、先进连接设备、先进装配设备及复合材料构件制造设备等。

2航空产品的制造加工难点

（1）难加工材料切削应用。航空、航天零部件常采用钛合金、高温合金及复合材料等难加工材料，如何保证零件的加工有高的质量又兼顾生产效率是航空制造企业面临的一个课题。

（2）工艺及零件精度要求。航空、航天零部件大都采用复杂曲面和高结构效率的整体、轻量化结构，加工中要避免产生切削变形和提高效率，这对制造工艺以及制造设备提出了更高的要求。如何在生产实际中解决这些问题对航空工艺和加工设备提出了新的挑战。

（3）过程控制及检测要求。零件加工过程控制是对其满足设计尺寸、特性要求而进行的一些检测等，检测的结果用来验证在制造中结果与设计要求相符的一致性。而现在航空企业对工艺过程控制、零件表面完整性控制等环节比较薄弱。今后这方面是航空制造企业的改进方向之一。

3航空领域先进制造技术应用

3.1数字化制造技术

数字化是基于数字模型定义的协调技术，由数字化制造理念、方法和技术生产航空产品。基于数字化互换协调过程的3个阶段（设计阶段、加工阶段和装配阶段），数字化制造技术的内容包括：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、焊接和检测等采用数字化技术手段和工艺；减少零部件工装，发展柔性工装和数字化装配定位技术，取消原用装配精加工台。要求制造时间缩短66%，工装减少90%，制造成本降低50%。

3.2复合材料制造技术的应用

复合材料构件自动铺放技术经过20世纪90年代的蓬勃发展，在成形设备、软件开发、铺放工艺和原材料标准化等方面得以深入发展。自动铺带技术及设备已成为大型机身机翼壁板铺层的解决途径，如机翼板、副翼、垂尾及平尾蒙皮等，丝束铺放技术及设备已成为飞机大曲率、异面体复材铺放的解决途径，如机身部分及其他全曲面结构，用于复合材料构件制造的多轴自动铺带技术、丝束铺放技术及设备正在通过飞机制造业的自动化改变着全球航空业的未来。

目前复合材料构件自动铺放技术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，欧美将自动铺带技术应用于Boeing787（中央翼盒、主翼蒙皮、尾翼和机翼）、A400M（机翼、翼梁）、A350XWB（机翼、蒙皮和中央翼盒）等型号飞机。MTorres公司两台TORRESFIBERLAYUPAFP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材料构建，铺带速度高达60m/min。

3.3数字化柔性装配技术的应用

数字化装配技术的发展历程始于波音公司，波音公司最先尝试并探讨了改变传统装配方法的途径：首先在工装设计中采用基于装配孔的骨架定位装配技术简化工装，之后应用柔性工装实现柔性化装配，然后在柔性工装基础上增加自动化设备集成为自动化装配系统，最终形成移动生产线，使飞机的装配技术发生了革命性的变化。

装配系统一般由加工设备、钻铆设备、执行机构、柔性工装、测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配系统，通过“交钥匙”的方式提供给制造商，提升了航空专用装备供给的层级。

4航空领域制造技术及装备发展趋势

（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要求确定加工工艺及程序，基于空间和时间的确定性关系来完成产品制造，加工状态是依靠人员监控、事后检测来确认的，难以实时掌握加工过程中工况变化并及时调整，导致航空产品零部件质量一致性不稳定、表面质量状态波动大。智能加工工艺将形成一种实时优化调整模式，制造过程中增加对加工过程、时变工况的在线监测，利用智能化技术对获取的加工过程状态信息进行实时分析、评估和决策，实现对加工过程的自主学习和决策控制；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，随着数控系统计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、灵活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主要包括智能机床、智能机器人、智能控制装置与系统、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控制。

结语

国外先进的航空专用装备的工程应用满足了飞机制造的高效和无缝连接的高质量要求。全自动化集成控制技术的研发代替人工工艺流程已走上应用舞台，并取得了重要进展。

伴随着中国大飞机项目不断扩大，对生产质量的要求越来越高。中国在先进制造技术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。

参考文献

[1]关于使用远程技术进行制造检查的思考[J].翟高兰.科学技术创新，2020(16)

[2]知识管理在航空制造企业中的探讨与应用[J].豆海峰,沈斌,陈思涛.现代制造工程.2015(03)

[3]航空制造企业库存控制策略研究[J].李云峰,宋利康,朱正江,赵毅,朱庆生.现代制造工程.2008(07)