第七章飞机装配新技术

1/497.1飞机新型自动化装配技术飞机装配过程是各大飞机制造公司在实现缩短生产周期、降低成本的目标中作为重点关注的问题。现代飞机装配中，低成本飞机制造的最大障碍是劳动密集且耗时耗力的装配工作，目前解决的办法主要有:采用现代工程设计方法(柔性化工装、模块化装配、高度集成的数字化航电系统等)采用数字化模拟装配技术采用大型整体零件(采用摩擦焊、高速加工、复合材料构件等)2/49采用在线数字化测量、定位及监控建造移动装配生产线波音公司最先尝试并探讨了改变传统装配方法的途径，首先利用共用孔定位减少工装，之后广泛采用了自动化装配站，实现柔性化装配，最终形成移动生产线，使飞机装配技术发生了革命性的变化。这些技术先后在波音717、757、F/A-22、F-35及A380生产过程中得到应用，对这些项目的成本和进度目标的改善起到了积极的作用。7.1飞机新型自动化装配技术3/49POGO柱驱动翼身对接美国、欧洲、俄罗斯等发达国家的飞机装配技术经历了从人工装配、半自动化装配到自动化装配的发展历程。近年来，随着激光测量技术、计算机控制技术、机器人技术、计算机网络和应用集成技术的飞速发展，将飞机装配技术推向了一个新的高度。美国国防部将在20年里支出2760亿美元，计划像生产汽车那样通过轨道运输系统作为传送带，将巨大的装配厂房改建成装配流水线,按照汽车工业界的方式生产F35飞机。POGO柱驱动机翼对接国内外现状分析4/49波音公司1999年建成移动生产线，该生产线以每分钟2英寸的稳定速度将飞机从一个装配组移动到下一个装配组，波音737的总装时间由原来的22天减少到现在的11天，生产周期缩短50％，产品存货降低50％，储备存货降低59％。5/49F-22装配生产线经过改造,从2003年制造11架上升到2004年19架，2007年增加到最大数量32架。2004年的生产量相当于每9.6天就可以生产一架，一架飞机出厂，所有站位上的飞机就会向前移动一个站位。在理想情况下，整个生产线上的每个站位10天就会移动一次。6/49波音飞机装配移动生产线的应用飞机装配移动生产线的概念是由位于加利福尼亚长滩生产波音717的波音分部最先提出的。波音生产部门最初想象的移动装配生产线为:7架飞机在牵引力作用下利用各自的起落架轮沿着一条直线通过厂房，每架飞机及各自的保障设备和工作站由一个动力车牵引前进。7.3新型飞机自动化装配技术7/49•飞机总装移动生产线其实质是丰田生产方式／精益生产理论在飞机制造业的应用，即生产线上的飞机从一个工作站缓慢移动到下一个，在整个装配过程中，飞机始终以平稳的速度移动，故形象地称之为移动生产线。一般来说，移动生产线具有如下优势：•(1)移动生产线是识别和取消生产系统中浪费的最强大工具。由于移动生产线能够使生产中的问题可见，并且产生紧迫感，因而能够从根本上解决生产质量和效率问题；•(2)减少工作过程中使用的部件的库存•(3)节省装配空间，保证交货进度(快速响应需求)。8/49•如B737在1999年建成移动生产线后，总装时间由原来的的22天减少到11天，工作流程产品存货降低50％，储备存货降低59％，该生产线以每分钟2英寸(50．8mm)的稳定速度前行，最终将飞机装配时间减少到8天。•目前，B717、B737、B747、B757、B767和B777飞机已全部采用了这一先进的制造技术，并在提高产品质量、降低成本的同时，缩短向客户交付飞机的时间。波音公司的总装移动生产线具有如下的特点：•(1)一条连续移动的总装生产线将飞机从一个总装小组缓慢地移至另一个总装小组；•(2)在整个装配过程中，飞机始终以平稳的速度移动，便于工人们准确地把握制造流程，•(3)生产线的速度是根据客户的需求来确定的；•(4)部件、工具和设备放在生产线的旁边，方便员工能够在需要的地点和时间得到所需要的一切；•(5)在移动生产线的附近有支援小组为飞机连续移动提供支持，•(6)飞机由带导向的牵引车拉动向前移动。9/49•2006年11月，经过3年的研究，位于西雅图北部的波音公司宽体客机总部埃弗雷特工厂的大型双发B777客机的复杂移动装配生产线已经开始运转。该移动装配生产线的建设分阶段进行。第一阶段，生产线以每分钟1．6英寸(41mm)前进，而且只有经过机体连接完成和起落架安装后才进入移动装配生产线。因此，移动装配生产线主要是进行系统安装，不进行主要结构件的对接。第二阶段，到2008年完成移动装配生产线，包括系统安装、最后的机体连接和总装。波音公司777项目经理认为，移动生产线是识别和取消生产系统中浪费的最强大的工具，由于能够使问题容易发现并督促快速解决发生问题的根本原因，所以效率得到极大提高，重要的是生产线是移动的。波音777机长242英尺(73．76m)，翼展213英尺(64．9m)。•该机在生产线上移动是通过连接在前起落架的一条绳索前进的。该绳索带有可导向的光学传感器，能够使飞机沿着地板上的白线前行。10/49•洛克希德·马丁公司的F-35采用连续移动装配线生产，F-35装配线上有120名工人，每架飞机在装配线上将以1.22m／h的速度前移。•采用移动生产线不仅可以提高生产率，节省装配空间，而且在整个项目寿命期内估计将节省3亿美元。11/49根据这种想法，波音工装部门很快发现没有足够动力的自动导向车能够拖动飞机及其保障设备，而且即使有这种动力车，还需要定制，不仅要确定其安全性、可靠性并需要大量的配件，这样，生产准备时间将更长，费用更高。7.3新型飞机自动化装配技术--波音飞机装配移动生产线的应用12/49这种方案的另一缺点是很难保证飞机在运行过程中的精密定位。在装配过程中，精密定位是关键。飞机在装配过程中重量不断增加而且重心也在变化，717飞机仅靠其起落架轮前行不能确保飞机在导引线的牵引下直线前进。7.3新型飞机自动化装配技术--波音飞机装配移动生产线的应用13/49为了解决这些问题，波音公司对许多麦道和波音公司以前的装配理念(如移动工装、移动机架及轮车等)进行了研究。1999年8月，波音公司开始研究洗车概念:把飞机放在移动的轮车生产线上，同时地板上的一个传送链移动轮车，带动飞机在装配生产过程中移动，从而取消了动力车，代之以飞机移动系统。7.3新型飞机自动化装配技术--波音飞机装配移动生产线的应用14/49每架飞机的前、中、后工作台均带有工装。波音公司还对工作台设备进行了改进，使它能够随着飞机沿生产线滚动。一台专门的计算机对飞机是否在装配线上进行远程控制，装配过程中利用载荷显示仪监控飞机重量，由转速器监控飞机移动的速度，所有这些信息通过射频信号实时传送到波音企业内部网上。这样，飞机从一个装配站移动到另一个装配站只需1h。链式运输能同时移动7架飞机，并能够使飞机之间保持等距和同样的高度。另外，由于传送链在地板上，因此能够利用地下总线供应恒流电源并提供防火监控管理。7.3新型飞机自动化装配技术--波音飞机装配移动生产线的应用15/49目前，波音公司已经在连续移动生产线上建造了波音717、新一代波音737和波音757等单通道飞机。这种创新的制造技术使得民用飞机的制造方法发生了革命性的变化，提高了生产效率和产品质量，缩短了飞机交付的时间。7.3新型飞机自动化装配技术--波音飞机装配移动生产线的应用16/49F/A-22飞机先进装配技术F/A-22飞机的装配技术在整体装配理念上突破不大，但采用了许多实用、成熟的装配方法，并且在装配设计和装配过程中大量应用了数字化技术，从而大幅降低成本。F/A-22装配与前述移动装配线不同，分为前机身、中机身、后机身和机翼分别进行，而且还有专用的装配厂，如机器人喷涂、精密钻削中心及相应的测试厂。7.4新型飞机自动化装配技术17/49F/A-22装配过程中使用了两个计算机系统。一个是动态装配进度系统（DASS），系统能够模拟工作日运行并且确定工作顺序，确定哪天做什么工作;另一个是制造装配跟踪系统（MATS），该系统允许个别工人申请某天的工作任务，系统提供指令来实施它。7.4新型飞机自动化装配技术--F/A-22飞机先进装配技术18/49中机身是F/A-22装配过程中最大、最复杂的部件，几乎所有系统都会通过这部分，包括液压、电子、环控和辅助动力系统以及燃油箱。另外，还有３个燃油箱、４个内置武器舱、20mm火炮和辅助动力装置。7.4新型飞机自动化装配技术--F/A-22飞机先进装配技术19/49中机身装配的主要特点是采用模块化装配方法。中机身与其他部件对接前，中机身的３个模块同时装配大大提高了效率。为了安装中机身上容差配合要求高的零件，F/A-22上使用了一种独特的装配方法，每个模块垂直放置，这样，钻孔和安装紧固件都更加方便。7.4新型飞机自动化装配技术--F/A-22飞机先进装配技术20/49另外，利用小型升降平台，工人能方便地进入复杂结构内部安装紧固件。３个模块安装完毕后翻转为水平位置进行对接，形成完整结构。这种方法能够最大限度地进入结构内部并使所需工装数量最小化，不仅减少人力，同时还可以节省时间和成本。7.4新型飞机自动化装配技术--F/A-22飞机先进装配技术21/49正如F/A-22整机一样，中机身开发是在集成产品小组环境中进行的。小组成员包括各个技术领域成员，这种工作方法减少了设计更改和零件报废。F/A-22中机身装配时间随着架数增多还在不断减少，如第10架飞机的装配时间与第9架相比提高4%，与第6架相比提高26%。7.4新型飞机自动化装配技术--F/A-22飞机先进装配技术22/49F-35飞机装配新方法F-35飞机装配与F/A-22飞机相比有了许多创新，在使用了先进的精益制造和最成熟的装配技术、应用实体模型、虚拟原型工装、自校准组合夹具和结构、激光导向光学工具的基础上，对F/A-22所使用的传送系统及工作台进行了进一步创新。从F-35装配的整个过程来看，其装配生产线自动化程度高、工装少并且设定了新的装配精度标准。F-35战斗机采用一批迄今为止最先进的机床用于F-35的装配线。这些机床的效率、准确度有助于F-35实现经济可承受性、质量和进度目标。7.5新型飞机自动化装配技术23/49此外，其装配特点还包括:(1)采用柔性装配方法。从联合攻击战斗机(JSF)的开发设计阶段要求来看，通用性制造技术越来越受到人们的关注，推动了柔性制造技术的迅速发展。美国国防部明确提出JSF的３个型别不仅要在同一生产线上生产，而且各种型别的零件、系统和设备的通用性应在80%以上。7.5新型飞机自动化装配技术--F-35飞机装配新方法24/49在JSF设计方案阶段,充分考虑了制造及维修过程中的通用性。其中在F-35上使用的高速加工技术，不仅能够生产更轻、更大的零件，简化装配工作，而且还是保证3个型别通用的关键制造技术之一。7.5新型飞机自动化装配技术--F-35飞机装配新方法25/49高速加工对于夹具精度的要求不再严格，可以用一种毛坯生产出不同的零件，只要在一台加工机器和相同的材料清单上修改计算机文件，调整好正确的加工指令就可以了，从而达到规模效益。7.5新型飞机自动化装配技术--F-35飞机装配新方法26/49如类似机身隔框的零件就可以在同一车间生产，夹具的定位方法及装配顺序都相同，很容易实现通用化制造。为了达到经济可承受和质量目标要求，F-35的３种机型的共同设计特点使之可以在一条装配线上进行装配，采用模块组合柔性加工设备降低成本30%。7.5新型飞机自动化装配技术--F-35飞机装配新方法27/49(2)采用创新的自动化运输工具。F-35的工夹具高度自动化，使单位成本和装配时间达到最少。生产过程中使用自动化装置控制机身和机翼装配工作。其中包括电池驱动的6个自动化导向小车（AGV）往返于加工前机身和机翼部件的各种自动化机床之间执行钻孔、铣削和蒙皮对接操作。AGV能够操作的装配重量达15900kg。另外，AGV还负责将机翼结构安装在一台专用卧式铣床上进行加工，加工完成后，AGV再把机翼结构移动到下一制造工序。7.5新型飞机自动化装配技术--F-35飞机装配新方