【編者按】本文轉自工業(yè)智能化，原標題《大飛機制造都涉及哪些先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)？》。
飛機機體制造要經(jīng)過(guò)工藝準備、工藝裝備的制造、毛坯的制備、零件的加工、裝配和檢測等諸多過(guò)程。
歷經(jīng)半個(gè)世紀的發(fā)展，我國飛機制造科研能力與世界先進(jìn)水平還存在一定的差距，特別是飛機制造的關(guān)鍵技術(shù)有待突破，設計人才有斷層，風(fēng)險較大，資金短缺等嚴重等制約了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。
飛機制造中采用不同于一般機械制造的協(xié)調技術(shù)(如模線(xiàn)樣板工作法)和大量的工藝裝備(如各種工夾具、模胎和型架等)，以保證所制造的飛機具有準確的外形。工藝準備工作即包括制造中的協(xié)調方法和協(xié)調路線(xiàn)的確定（見(jiàn)協(xié)調技術(shù)），工藝裝備的設計等。
飛機機體的主要材料是鋁合金、鈦合金、鎂合金等，多以板材、型材和管材的形式由冶金工廠(chǎng)提供。飛機上還有大量鍛件和鑄件，如機身加強框，機翼翼梁和加強肋多用高強度鋁合金和合金鋼鍛造毛坯，這些大型鍛件要在300～700兆牛（3～7萬(wàn)噸力）的巨型水壓機上鍛壓成形。
國內飛機制造企業(yè)經(jīng)過(guò)長(cháng)期的三維工藝設計與仿真、CAX/CAPP/MES系統集成等技術(shù)的研究，突破了基于模型的定義（MBD）、三維工藝設計可視化、三維裝配過(guò)程仿真驗證及優(yōu)化、三維工作指令的創(chuàng )建、發(fā)放及瀏覽、多系統集成和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，構建了體系完整的、能支撐裝配、機加、鈑金、冶金等各類(lèi)工藝設計業(yè)務(wù)需求的三維化、系統化、集成化的企業(yè)級數字化工藝設計平臺，實(shí)現了傳統二維工藝設計制造體系向三維數字化工藝設計制造體系的成功轉型。
飛機總體設計階段，制造企業(yè)已開(kāi)始進(jìn)行工藝總方案設計，并通過(guò)采用基于成熟度的協(xié)同工藝審查的方法，依據設計成果，同步展開(kāi)后續工藝策劃工作，包括裝配協(xié)調、零件制造技術(shù)、工藝分離面、部件裝配圖表等一系列工藝指導性文件的定義與編制。
在三維工藝模式下三維數據（模型等）替代了二維工程圖紙和紙質(zhì)工藝指令。三維工藝電子數據包（指令）成為生產(chǎn)現場(chǎng)工作的技術(shù)依據，通過(guò)工藝設計平臺與生產(chǎn)管理系統的集成，將三維工藝指令等工藝數據信息發(fā)放到車(chē)間生產(chǎn)現場(chǎng)，并以三維的、動(dòng)態(tài)的、交互式的定制界面展示、描述工藝過(guò)程，將生產(chǎn)工藝、人員、設備、工裝及工具等資源信息有效集成，通過(guò)直觀(guān)的界面顯示產(chǎn)品的設計結構關(guān)系、工藝結構關(guān)系和幾何模型，顯示工藝仿真過(guò)程和工裝使用定位方法，顯示與仿真過(guò)程相應的操作說(shuō)明等，使工人按指令進(jìn)行操作，準確快速地查閱工藝過(guò)程中需要的信息，提高工作的準確性和效率。
三維工藝設計與仿真、基于輕量化模型的工藝過(guò)程可視化技術(shù)以及CAX/PDM/MES多系統集成技術(shù)的應用，有效地縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，真正實(shí)現無(wú)二維圖紙、無(wú)紙質(zhì)工作指令的三維數字化集成制造，有效改善生產(chǎn)現場(chǎng)工作環(huán)境，使現場(chǎng)工人容易理解，減少了操作錯誤，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。三維數字化工藝設計技術(shù)的深入應用必將推動(dòng)我國飛機制造業(yè)的快速發(fā)展。
飛機制造業(yè)中的工藝裝備一般指機械加工夾具、裝配型架、鈑金模具、焊接夾具、測量檢驗夾具等。機械加工是獲得飛機零件最終形狀和精度的最主要方法，而機床夾具在保證飛機零件機械加工質(zhì)量和工裝加工效率方面起到重要作用。
飛機制造工藝裝備的柔性化，一直是航空工業(yè)迫切希望解決的問(wèn)題，因此得到了業(yè)界的廣泛重視，并進(jìn)行了大量的研究。柔性工裝是基于產(chǎn)品數字量尺寸協(xié)調體系，采用可重組模塊化結構的工裝，自動(dòng)化程度高。柔性工裝系統目的是降低工裝制造成本，縮短工裝準備周期，同時(shí)大幅度提高生產(chǎn)率。
數控加工，尤其是數控銑削，是目前飛機結構件機械加工的主要方法。高速切削方法被普遍采用，如西飛大型復雜結構件均在西飛數控中心完成加工，結構件種類(lèi)包括機翼大梁、壁板、梁間肋、框、大型支撐接頭和對接接頭等，這些結構件除具有槽腔多、壁厚薄、精度高等特點(diǎn)外，需要滿(mǎn)足飛機變斜角理論曲面等飛機機翼結構件的通常特性以外，還具有零件輪廓尺寸大、槽腔深和基準平面輪廓度要求嚴等特性。
為了保證加工質(zhì)量，每種零件均研制了專(zhuān)用夾具，基座為比較笨重的鑄件，且定位精度不高。車(chē)間工具庫乃至車(chē)間地面上堆滿(mǎn)了各類(lèi)夾具。從生產(chǎn)一種零件轉換為生產(chǎn)另一種零件時(shí)，夾具重新組合轉換時(shí)間在2h左右，嚴重影響了生產(chǎn)效率。飛機上的大型整體結構件，如整體蒙皮和壁板，目前仍部分采用大型模胎來(lái)進(jìn)行銑削和切邊。
飛機結構件的數控加工，應有柔性?shī)A具作為加工質(zhì)量和加工效率的保證。成組夾具和拼裝夾具是實(shí)現柔性?shī)A具的重要手段。計算機輔助夾具拼裝規劃、夾具生產(chǎn)流程管理是柔性?shī)A具系統中的重要功能模塊，必須得到較好的解決。柔性?shī)A具一般應具備氣動(dòng)或液壓夾緊功能，并與數控機床在結構和控制上集成一體。
大飛機機體制造應用了大量的焊接結構和焊接產(chǎn)品，焊接方法的選擇主要集中在傳統焊接技術(shù)，新型焊接技術(shù)也有了應用，尤其攪拌摩擦焊技術(shù)首次應用到飛機產(chǎn)品的制造上。
大飛機制造過(guò)程中，其中焊接技術(shù)是連接技術(shù)中很重要的部分，是制造技術(shù)的重要組成部分，同時(shí)也是飛機機體及發(fā)動(dòng)機容器、管路和一些精密器件制造中不可缺少的技術(shù)，在現代生產(chǎn)和制造領(lǐng)域中，越來(lái)越多的產(chǎn)品采用各種焊接方法把不同材料、形狀、結構和功能的零部件連接成一個(gè)復雜的整體，大大簡(jiǎn)化了構件整體加工的工序。
在大飛機機體研制中，有針對性的進(jìn)行了大量激光焊接基礎技術(shù)研究。對于不銹鋼薄壁大型復雜結構部件，外形為雙曲面復雜結構、尺寸大、焊縫長(cháng)，采用手工TIG焊接工藝焊接此零件，焊接變形很大，焊縫外表面凸凹不平，縮溝較深，達不到設計對產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量要求，而且內表面焊縫突出部分與之裝配件產(chǎn)生干涉，裝配時(shí)裝配困難。
目前，國外將激光焊接技術(shù)應用于飛機大蒙皮的拼接、蒙皮與長(cháng)桁、翼盒、機翼與內隔板和加強筋的焊接等，用激光焊接技術(shù)取代傳統的鉚釘進(jìn)行鋁合金飛機機身的制造達到減輕飛機機身重量，提高強度的目的。這也將是國內激光焊接技術(shù)在飛機制造應用的發(fā)展趨勢。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)與飛機數字化制造業(yè)的飛速發(fā)展，與其相適應的飛機數字化測量技術(shù)，以其高精度、高效率、高自動(dòng)化等優(yōu)勢在飛機制造領(lǐng)域應用越來(lái)越廣。一些光學(xué)三維大尺寸形貌檢測技術(shù)日益成熟，其相關(guān)的儀器設備，如激光跟蹤儀、機器視覺(jué)測量系統、iGPS、激光雷達掃描測量系統等已應用在國內外飛機制造工業(yè)的許多領(lǐng)域。
對于一些尺寸大、精度要求高的飛機或特殊機型飛行器，我國傳統的測量手段已無(wú)法滿(mǎn)足其要求，數字化測量技術(shù)是首選。尤其是采用多數字化測量系統組合的方式，不僅可以克服測量范圍大與測量精度低的矛盾，還可獲得更準確的測量結果，而且能夠滿(mǎn)足多功能的要求，成為飛機數字化制造中的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，大大提高了系統的可擴展性及應用范圍，在提高飛機制造、裝配質(zhì)量和效率方面發(fā)揮了重要作用。
最近幾年，國外基于模型定義技術(shù)在波音787機型上的成功應用使得設計制造一體化技術(shù)得到大的發(fā)展。波音、空客及福特等公司已經(jīng)普遍采用基于數字化測量設備的產(chǎn)品進(jìn)行三維測量與質(zhì)量控制，創(chuàng )建了較完整的數字化測量技術(shù)體系，開(kāi)發(fā)了相應的計算機輔助三維檢測規劃與測量數據分析系統，制定了相應的三維檢測技術(shù)規范，顯著(zhù)提高了檢測效率與質(zhì)量。
現代先進(jìn)飛機裝配技術(shù)已經(jīng)完全不同于傳統的飛機裝配技術(shù)，即不再使用傳統的復雜型架來(lái)定位和夾緊零部件進(jìn)行裝配工作。而是充分吸收和利用了現代高新科技，如計算機、軟件、激光跟蹤定位、自動(dòng)化控制等技術(shù)，發(fā)展成飛機無(wú)型架定位數字化裝配技術(shù)，它們在飛機裝配線(xiàn)中主要用來(lái)測量和定位各種工藝裝備，或直接用來(lái)定位飛機的被裝配構件，是飛機數字化裝配系統的重要組成部分。
飛機制造業(yè)不僅關(guān)系到國防航空航天事業(yè)的發(fā)展，也是關(guān)系到國民經(jīng)濟建設的重要產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，由于數字化測量技術(shù)在飛機制造業(yè)的廣泛應用，已使其成為一個(gè)國家科技與工業(yè)發(fā)展水平高低的重要標志。因此，數字化測量技術(shù)已是推動(dòng)飛機制造業(yè)向前發(fā)展的必要趨勢。
將各零部件或組件按照設計技術(shù)要求進(jìn)行組合、連接，形成高一級的裝配件直至整機的過(guò)程，是整個(gè)飛機制造過(guò)程中最為關(guān)鍵的一環(huán)。飛機裝配技術(shù)經(jīng)歷了從人工裝配、半機械/半自動(dòng)化裝配到機械/自動(dòng)化裝配的發(fā)展歷程，而目前得到各經(jīng)濟、軍事發(fā)達國家高度重視的數字化裝配技術(shù)，正成為現代飛機制造的科技制高點(diǎn)。
飛機數字化裝配技術(shù)體系涉及了裝配工藝規劃、數字化柔性定位、裝配制孔連接、自動(dòng)控制、先進(jìn)測量與檢測以及系統集成控制等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備，是機械、電子、控制、計算機等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)集成。
隨著(zhù)計算機信息和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，以美國波音、洛克希德·馬丁公司和歐洲空客公司為代表的大型飛機公司均開(kāi)始并采用飛機數字化裝配技術(shù)。波音777、A380、JSF等新型軍、民機的生產(chǎn)研制過(guò)程，充分體現了國外發(fā)達國家飛機制造過(guò)程中數字化裝配技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢。
國內的飛機裝配，雖然在局部上也采用了較為先進(jìn)的技術(shù)，如采用CAD技術(shù)進(jìn)行了包括創(chuàng )建型架標準件庫和優(yōu)化型架及參數設計，對工裝、工具和產(chǎn)品的裝配過(guò)程進(jìn)行了三維仿真等，開(kāi)始采用激光測量+數控驅動(dòng)的定位方式，部分機型還采用了自動(dòng)鉆鉚技術(shù)等，但總體上與發(fā)達國家相比還存在較大差距。
數字化裝配技術(shù)代表了當今飛機制造的發(fā)展方向，涉及多學(xué)科如新材料、通信、機械、計算機、控制、電子等領(lǐng)域的綜合研究與應用，其研究必須與工藝技術(shù)、實(shí)驗技術(shù)、檢測技術(shù)和現代管理等技術(shù)的研究相結合，以實(shí)現生產(chǎn)模式和方法的轉變。
熱噴涂是國內外航空發(fā)動(dòng)機公司使用最廣泛的一種涂層制備技術(shù)，主要被用于耐磨、抗氧化、抗腐蝕、可磨耗封嚴、熱障、防粘接、抗微振磨損、阻燃以及零件尺寸修復涂層的生產(chǎn)。物理氣相沉積技術(shù)則用于發(fā)動(dòng)機熱端渦輪工作葉片和導向葉片部件的優(yōu)質(zhì)高溫防護涂層制備。在國內，空心陰極電弧離子鍍技術(shù)被用于MCrAlY和AlSiY抗氧化涂層的制造，電子束物理氣相沉積技術(shù)用于熱障涂層的生產(chǎn)。
發(fā)動(dòng)機制造企業(yè)需搭建校企合作和聚智平臺，結合涂層生產(chǎn)和外場(chǎng)問(wèn)題，加強與科研院所溝通，以發(fā)揮其在涂層應力研究方面的優(yōu)勢，盡快開(kāi)展X光衍射、逐層剝離、鉆孔和曲率法等涂層殘余應力測試技術(shù)工程應用研究，制定涂層殘余應力測試行業(yè)標準，更好地保證我國在產(chǎn)和新型發(fā)動(dòng)機涂層科研生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
在制備涂層的材料熔融、沉積過(guò)程中，由于粉末顆粒本身的淬火應力、其對已沉積涂層的沖擊應力以及涂層與基體材料在熱-機械性能方面差異造成的失配應變和熱梯度效應，某些情況下還有后續加工和服役環(huán)境的作用，都會(huì )使涂層內不可避免地出現或大或小的殘余應力。
近年來(lái)發(fā)展起來(lái)并日趨成熟的冷噴涂（ColdSpraying）技術(shù)，可以實(shí)現低溫狀態(tài)下的涂層沉積，與熱噴涂技術(shù)相比，冷噴涂過(guò)程對粉末粒子的結構幾乎無(wú)熱影響，金屬材料沉積過(guò)程中的氧化可以忽略。冷噴涂是一種金屬?lài)娡抗に?，但是它不同于傳統熱噴涂（超速火焰噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等傳統熱噴涂），它不需要將噴涂的金屬粒子融化，所以噴涂基體表面產(chǎn)生的溫度不會(huì )超過(guò)150攝氏度。
誰(shuí)在引領(lǐng)中國制造？
為了回答這一問(wèn)題，億歐將在2019年6月的上海，于2019全球新經(jīng)濟年會(huì )期間舉辦制造新動(dòng)能峰會(huì )，討論中國制造創(chuàng )新的未來(lái)推動(dòng)力。在這里，你會(huì )看到國內外大型制造業(yè)企業(yè)的觀(guān)點(diǎn)經(jīng)驗、新技術(shù)與制造業(yè)間的對話(huà)溝通、不同維度先進(jìn)制造參與者的思維碰撞。
億歐新制造頻道，致力成為連接工業(yè)制造領(lǐng)域和新技術(shù)賦能力量的一座橋梁。
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