【編者按】本文轉(zhuǎn)自工業(yè)智能化，原標(biāo)題《大飛機(jī)制造都涉及哪些先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)？》。
飛機(jī)機(jī)體制造要經(jīng)過工藝準(zhǔn)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程。
歷經(jīng)半個世紀(jì)的發(fā)展，我國飛機(jī)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(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)有待突破，設(shè)計人才有斷層，風(fēng)險較大，資金短缺等嚴(yán)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(jī)制造中采用不同于一般機(jī)械制造的協(xié)調(diào)技術(shù)(如模線樣板工作法)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(jī)具有準(zhǔn)確的外形。工藝準(zhǔn)備工作即包括制造中的協(xié)調(diào)方法和協(xié)調(diào)路線的確定（見協(xié)調(diào)技術(shù)），工藝裝備的設(shè)計等。
飛機(jī)機(jī)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提供。飛機(jī)上還有大量鍛件和鑄件，如機(jī)身加強(qiáng)框，機(jī)翼翼梁和加強(qiáng)肋多用高強(qiáng)度鋁合金和合金鋼鍛造毛坯，這些大型鍛件要在300～700兆牛（3～7萬噸力）的巨型水壓機(jī)上鍛壓成形。
國內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)經(jīng)過長期的三維工藝設(shè)計與仿真、CAX/CAPP/MES系統(tǒng)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(shè)計可視化、三維裝配過程仿真驗證及優(yōu)化、三維工作指令的創(chuàng)建、發(fā)放及瀏覽、多系統(tǒng)集成和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，構(gòu)建了體系完整的、能支撐裝配、機(jī)加、鈑金、冶金等各類工藝設(shè)計業(yè)務(wù)需求的三維化、系統(tǒng)化、集成化的企業(yè)級數(shù)字化工藝設(shè)計平臺，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二維工藝設(shè)計制造體系向三維數(shù)字化工藝設(shè)計制造體系的成功轉(zhuǎn)型。
飛機(jī)總體設(shè)計階段，制造企業(yè)已開始進(jìn)行工藝總方案設(shè)計，并通過采用基于成熟度的協(xié)同工藝審查的方法，依據(jù)設(shè)計成果，同步展開后續(xù)工藝策劃工作，包括裝配協(xié)調(diào)、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(dǎo)性文件的定義與編制。
在三維工藝模式下三維數(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)包（指令）成為生產(chǎn)現(xiàn)場工作的技術(shù)依據(jù)，通過工藝設(shè)計平臺與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成，將三維工藝指令等工藝數(shù)據(jù)信息發(fā)放到車間生產(chǎn)現(xiàn)場，并以三維的、動態(tài)的、交互式的定制界面展示、描述工藝過程，將生產(chǎn)工藝、人員、設(shè)備、工裝及工具等資源信息有效集成，通過直觀的界面顯示產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)關(guān)系、工藝結(jié)構(gòu)關(guān)系和幾何模型，顯示工藝仿真過程和工裝使用定位方法，顯示與仿真過程相應(yīng)的操作說明等，使工人按指令進(jìn)行操作，準(zhǔn)確快速地查閱工藝過程中需要的信息，提高工作的準(zhǔn)確性和效率。
三維工藝設(shè)計與仿真、基于輕量化模型的工藝過程可視化技術(shù)以及CAX/PDM/MES多系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)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(xiàn)無二維圖紙、無紙質(zhì)工作指令的三維數(shù)字化集成制造，有效改善生產(chǎn)現(xiàn)場工作環(huán)境，使現(xiàn)場工人容易理解，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(shù)字化工藝設(shè)計技術(shù)的深入應(yīng)用必將推動我國飛機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展。
飛機(jī)制造業(yè)中的工藝裝備一般指機(jī)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(jī)械加工是獲得飛機(jī)零件最終形狀和精度的最主要方法，而機(jī)床夾具在保證飛機(jī)零件機(jī)械加工質(zhì)量和工裝加工效率方面起到重要作用。
飛機(jī)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(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系，采用可重組模塊化結(jié)構(gòu)的工裝，自動化程度高。柔性工裝系統(tǒng)目的是降低工裝制造成本，縮短工裝準(zhǔn)備周期，同時大幅度提高生產(chǎn)率。
數(shù)控加工，尤其是數(shù)控銑削，是目前飛機(jī)結(jié)構(gòu)件機(jī)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(fù)雜結(jié)構(gòu)件均在西飛數(shù)控中心完成加工，結(jié)構(gòu)件種類包括機(jī)翼大梁、壁板、梁間肋、框、大型支撐接頭和對接接頭等，這些結(jié)構(gòu)件除具有槽腔多、壁厚薄、精度高等特點(diǎn)外，需要滿足飛機(jī)變斜角理論曲面等飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)件的通常特性以外，還具有零件輪廓尺寸大、槽腔深和基準(zhǔn)平面輪廓度要求嚴(yán)等特性。
為了保證加工質(zhì)量，每種零件均研制了專用夾具，基座為比較笨重的鑄件，且定位精度不高。車間工具庫乃至車間地面上堆滿了各類夾具。從生產(chǎn)一種零件轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)另一種零件時，夾具重新組合轉(zhuǎn)換時間在2h左右，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。飛機(jī)上的大型整體結(jié)構(gòu)件，如整體蒙皮和壁板，目前仍部分采用大型模胎來進(jìn)行銑削和切邊。
飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工，應(yīng)有柔性夾具作為加工質(zhì)量和加工效率的保證。成組夾具和拼裝夾具是實(shí)現(xiàn)柔性夾具的重要手段。計算機(jī)輔助夾具拼裝規(guī)劃、夾具生產(chǎn)流程管理是柔性夾具系統(tǒng)中的重要功能模塊，必須得到較好的解決。柔性夾具一般應(yīng)具備氣動或液壓夾緊功能，并與數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)和控制上集成一體。
大飛機(jī)機(jī)體制造應(yīng)用了大量的焊接結(jié)構(gòu)和焊接產(chǎn)品，焊接方法的選擇主要集中在傳統(tǒng)焊接技術(shù)，新型焊接技術(shù)也有了應(yīng)用，尤其攪拌摩擦焊技術(shù)首次應(yīng)用到飛機(jī)產(chǎn)品的制造上。
大飛機(jī)制造過程中，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，同時也是飛機(jī)機(jī)體及發(fā)動機(jī)容器、管路和一些精密器件制造中不可缺少的技術(shù)，在現(xiàn)代生產(chǎn)和制造領(lǐng)域中，越來越多的產(chǎn)品采用各種焊接方法把不同材料、形狀、結(jié)構(gòu)和功能的零部件連接成一個復(fù)雜的整體，大大簡化了構(gòu)件整體加工的工序。
在大飛機(jī)機(jī)體研制中，有針對性的進(jìn)行了大量激光焊接基礎(chǔ)技術(shù)研究。對于不銹鋼薄壁大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件，外形為雙曲面復(fù)雜結(jié)構(gòu)、尺寸大、焊縫長，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(dá)不到設(shè)計對產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求，而且內(nèi)表面焊縫突出部分與之裝配件產(chǎn)生干涉，裝配時裝配困難。
目前，國外將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)大蒙皮的拼接、蒙皮與長桁、翼盒、機(jī)翼與內(nèi)隔板和加強(qiáng)筋的焊接等，用激光焊接技術(shù)取代傳統(tǒng)的鉚釘進(jìn)行鋁合金飛機(jī)機(jī)身的制造達(dá)到減輕飛機(jī)機(jī)身重量，提高強(qiáng)度的目的。這也將是國內(nèi)激光焊接技術(shù)在飛機(jī)制造應(yīng)用的發(fā)展趨勢。
隨著科學(xué)技術(shù)與飛機(jī)數(shù)字化制造業(yè)的飛速發(fā)展，與其相適應(yīng)的飛機(jī)數(shù)字化測量技術(shù)，以其高精度、高效率、高自動化等優(yōu)勢在飛機(jī)制造領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。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(shè)備，如激光跟蹤儀、機(jī)器視覺測量系統(tǒng)、iGPS、激光雷達(dá)掃描測量系統(tǒng)等已應(yīng)用在國內(nèi)外飛機(jī)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(jī)或特殊機(jī)型飛行器，我國傳統(tǒng)的測量手段已無法滿足其要求，數(shù)字化測量技術(shù)是首選。尤其是采用多數(shù)字化測量系統(tǒng)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(zhǔn)確的測量結(jié)果，而且能夠滿足多功能的要求，成為飛機(jī)數(shù)字化制造中的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及應(yīng)用范圍，在提高飛機(jī)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(jī)型上的成功應(yīng)用使得設(shè)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(shù)字化測量設(shè)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(shù)字化測量技術(shù)體系，開發(fā)了相應(yīng)的計算機(jī)輔助三維檢測規(guī)劃與測量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，制定了相應(yīng)的三維檢測技術(shù)規(guī)范，顯著提高了檢測效率與質(zhì)量。
現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)裝配技術(shù)已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配技術(shù)，即不再使用傳統(tǒng)的復(fù)雜型架來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(xiàn)代高新科技，如計算機(jī)、軟件、激光跟蹤定位、自動化控制等技術(shù)，發(fā)展成飛機(jī)無型架定位數(shù)字化裝配技術(shù)，它們在飛機(jī)裝配線中主要用來測量和定位各種工藝裝備，或直接用來定位飛機(jī)的被裝配構(gòu)件，是飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)的重要組成部分。
飛機(jī)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(jì)建設(shè)的重要產(chǎn)業(yè)。同時，由于數(shù)字化測量技術(shù)在飛機(jī)制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，已使其成為一個國家科技與工業(yè)發(fā)展水平高低的重要標(biāo)志。因此，數(shù)字化測量技術(shù)已是推動飛機(jī)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(shè)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(jī)的過程，是整個飛機(jī)制造過程中最為關(guān)鍵的一環(huán)。飛機(jī)裝配技術(shù)經(jīng)歷了從人工裝配、半機(jī)械/半自動化裝配到機(jī)械/自動化裝配的發(fā)展歷程，而目前得到各經(jīng)濟(jì)、軍事發(fā)達(dá)國家高度重視的數(shù)字化裝配技術(shù)，正成為現(xiàn)代飛機(jī)制造的科技制高點(diǎn)。
飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系涉及了裝配工藝規(guī)劃、數(shù)字化柔性定位、裝配制孔連接、自動控制、先進(jìn)測量與檢測以及系統(tǒng)集成控制等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備，是機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)集成。
隨著計算機(jī)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(jī)公司均開始并采用飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)。波音777、A380、JSF等新型軍、民機(jī)的生產(chǎn)研制過程，充分體現(xiàn)了國外發(fā)達(dá)國家飛機(jī)制造過程中數(shù)字化裝配技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
國內(nèi)的飛機(jī)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(biāo)準(zhǔn)件庫和優(yōu)化型架及參數(shù)設(shè)計，對工裝、工具和產(chǎn)品的裝配過程進(jìn)行了三維仿真等，開始采用激光測量+數(shù)控驅(qū)動的定位方式，部分機(jī)型還采用了自動鉆鉚技術(shù)等，但總體上與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距。
數(shù)字化裝配技術(shù)代表了當(dāng)今飛機(jī)制造的發(fā)展方向，涉及多學(xué)科如新材料、通信、機(jī)械、計算機(jī)、控制、電子等領(lǐng)域的綜合研究與應(yīng)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(xiàn)代管理等技術(shù)的研究相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式和方法的轉(zhuǎn)變。
熱噴涂是國內(nèi)外航空發(fā)動機(jī)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(yán)、熱障、防粘接、抗微振磨損、阻燃以及零件尺寸修復(fù)涂層的生產(chǎn)。物理氣相沉積技術(shù)則用于發(fā)動機(jī)熱端渦輪工作葉片和導(dǎo)向葉片部件的優(yōu)質(zhì)高溫防護(hù)涂層制備。在國內(nèi)，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)動機(jī)制造企業(yè)需搭建校企合作和聚智平臺，結(jié)合涂層生產(chǎn)和外場問題，加強(qiáng)與科研院所溝通，以發(fā)揮其在涂層應(yīng)力研究方面的優(yōu)勢，盡快開展X光衍射、逐層剝離、鉆孔和曲率法等涂層殘余應(yīng)力測試技術(shù)工程應(yīng)用研究，制定涂層殘余應(yīng)力測試行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，更好地保證我國在產(chǎn)和新型發(fā)動機(jī)涂層科研生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
在制備涂層的材料熔融、沉積過程中，由于粉末顆粒本身的淬火應(yīng)力、其對已沉積涂層的沖擊應(yīng)力以及涂層與基體材料在熱-機(jī)械性能方面差異造成的失配應(yīng)變和熱梯度效應(yīng)，某些情況下還有后續(xù)加工和服役環(huán)境的作用，都會使涂層內(nèi)不可避免地出現(xiàn)或大或小的殘余應(yīng)力。
近年來發(fā)展起來并日趨成熟的冷噴涂（ColdSpraying）技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低溫狀態(tài)下的涂層沉積，與熱噴涂技術(shù)相比，冷噴涂過程對粉末粒子的結(jié)構(gòu)幾乎無熱影響，金屬材料沉積過程中的氧化可以忽略。冷噴涂是一種金屬噴涂工藝，但是它不同于傳統(tǒng)熱噴涂（超速火焰噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等傳統(tǒng)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)生的溫度不會超過150攝氏度。
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