飛機制造工藝裝備設計現狀與發展研究

劉圣西

摘要：隨著我國科學技術的不斷發展，在工藝裝備的設計制造方面越來越注重精細化、標準化。通過標準化生產制作，不僅能夠加快零件的制造效率，還能使得生產的零件更加精密。飛機制造是對精密度要求很高的行業，由于航空業的特殊性，在進行工藝標準設計時要考慮諸多因素，同時要保證安全性、可靠性，達到規定的精密度。本文對飛機制造工藝現狀進行闡述，討論了國外先進的飛機制造工藝標準化設計經驗，期望我國在飛機制造領域中繼續發展工藝裝備設計，向前發展。

關鍵詞：飛機制造工藝裝備;設計;航空;標準化

一、前言

在飛機制造中，工藝裝備設計的標準化是十分重要的，主要指的就是在工藝裝備制作生產的過程中嚴格遵循標準化設計、標準化加工以及標準化使用[1]。并且，飛機制造是精密度要求很高的行業，在嚴謹的制造過程中容不得一絲馬虎。工藝裝備設計、加工、制造是否按照標準嚴格生產會對飛機制造的質量產生很大影響。所以，進行標準化的設計、生產對于飛機制造工藝裝備來說是不容忽視的。為了保障飛機在制造過程中，以及后續投入使用的過程中能夠保障乘客以及駕駛員的安全，就必須采用標準化設計、生產，保障飛機的生產質量[2]。為了實現飛機制造的科學化、合理化、標準化，本文對飛機制造工藝裝備設計的現狀及發展進行分析，希望為相關部門提供借鑒。

二、我國飛機制造工藝裝備設計現狀

現階段，由于國外飛機制造業發展較早，相關技術較為成熟，經過長年的研究成功提出了飛機制造工藝裝備的設計管理標準化。我國正是在國外先進技術和經驗的基礎上，根據我國實際國情，對其優化改良，提出了我國飛機制造工藝裝備設計制造的標準化[3]。當前我國飛機制造工藝裝備設計的標準化主要指的就是以相關生產標準規范為基礎，在進行工藝裝備的標準化加工、標準化管理以及標準化使用的過程中嚴格執行相關標準。由于我國航空企業成立較晚，建國初期主要針對軍用飛機制造進行研究，很少對民用客機的制造工藝裝備標準化進行探究。在20世紀50年代后期，我國航空業在政府的鼓勵下迅速興起，而此時國外大飛機設計、制造、生產已經非常成熟，正在全球尋找代工廠為其生產、加工飛機零件，我國相關航空企業在尋求自身發展、創新創造的過程中也需要接收代工工程。我國航空企業由于接收了大量代工項目，以此為發展契機迅速壯大，自身的生產規模也趕超歐美，不僅企業自身的發展需求得到滿足，很多企業也從中獲取了大量效益[4]。但是，由于國外飛機設計關鍵技術都是保密的，我國飛機制造工藝裝備不可能使用代工廠制造的零件，因此，我國代工廠發展迅速，但是飛機工藝裝備的設計卻進步不明顯。生產規模龐大的代工廠，與我國制定的標準有一定的差異，這導致我國飛機制造工藝裝備的標準化生產受到一定阻礙。

近幾年，我國正要從制造大國向創造大國發展轉型，因此，就必須擺脫代工廠大國的名號，通過發展研究屬于我國專屬的標準化生產制造流程。中國作為世界上發展最快、潛力巨大的民用航空市場國家，中國商飛公司的成立標志著我國正式掀開了自主研制大型客機的新篇章。我國經過不懈努力，終于屬于我國完全自主設計并生產制造的大型民用客機C919（圖1）在2017年順利完成在上海浦東機場的首次高速滑行測試。

由于飛機制造需要多種材料制造多種零件，對于鈑金零件的要求很高，不僅需要航空企業多部門配合，在進行大規模鈑金零件制造的過程中也需要大量人力，如果流水線工人操作不當就會導致零件的制備損壞，甚至報廢，因此，在生產制造過程中進行嚴格管理和監督是十分重要的。

三、國外飛機制造工藝裝備設計先進經驗

國外對于飛機制備工藝裝備的設計研究較早，在生產現場都有嚴格的管理制度（飛機制造廠如下圖2所示）。例如金屬結構的膠結制造用品，在廠房內擺放要具備基本的結構模式，將膠合夾具進行分類擺放[5]。要將生產線上使用的重型機車在標準的工作通道內擺放設置，生產線上用不到的設備不能將其推入廠內。在標準生產線內，所有使用的吊車，鏟車要擺放有致[6]。擺放架上的機車要井井有條，整整齊齊。通過事后財務計算，為了提高生產效率，將中等標準鏟車、吊車進行平臺擺放時，可以利用平臺式的交合夾具上，在提升生產效率的同時，降低夾具的制造費用。在生產過，如果需要用到專用拖車，那么就可以將其置的非要投入配置鏟車和標準工裝擺放架中，用制造費用加以解決，提升生產效率和工作效率。

國外先進的飛機零件制造商采用工裝部門管理標準，通過制定標準管理方法提高生產線的標準化管理[7]。客機作為一個商業項目，管理和成本控制非常重要。在這階段，需要優化生產線，提升效率。這里不得不說移動生產線，這個雖然不是波音提出，但是波音應用得最廣泛。以往生產飛機是完成一個工序才移動到下一個工位，當使用移動生產線后，讓每一個工位的時間變得固定（防止工人偷懶），變相提高了生產效率，在耗費同樣的工資和能源下，提高產量，從而降低了生產成本。像777這樣的客機，波音在2013年月產量8.3架。同時還需要進行優化，前期批次超重的問題，都需要在后續批次中解決。結構重量比較麻煩，但是可以通過更換材料或更改設計解決。比如波音777-200ER，通過將機身地板梁換成更輕的鋁鋰合金減重。而到2005年后的777-200ER，機身地板梁就更換為復合材料。A380曾承諾滿客飛行15000 km，但是早期最大起飛重量為560 t，滿足不了飛行要求，直至交付4年后，將最大起飛重量提升到575 t才能實現，阿聯酋航空用這個版本的A380飛行迪拜到洛杉磯的航班。

四、國內飛機制造工藝裝備發展趨勢

以C919為例，接下來本文將詳細講解：

（一）目前較為成熟的飛機制造技術

ATA21空氣管理;ATA24電源;ATA26防火;ATA27飛控&高升力;ATA28燃油惰化;ATA29液壓;ATA32起落架&剎車;ATA42綜合航電模塊;ATA49輔助動力單元;ATA52艙門;ATA73全權限數字式發動機控制，至少90%以上的數據通信都正常（D-TransferSystem協議數據，A-d協議數據，離散數據，模擬數據，CAN總線數據均正常，終端系統與終端系統之間發布與訂閱關系正常，與顯示器不同頁面的交互正常，設計功能符合需求，相應的機組告警能正常觸發，也就是說，飛行員已經可以在目前的狀態下知道相應系統的真實狀態。

（二）目前逐漸走向成熟的將技術

ATA27自動飛行;ATA34綜合監視系統;ATA34飛行管理系統。

這幾個系統前期實現功能較少，隨著交付目標的越來越近，這幾個系統所擁有的功能也越來越完善[8]。樂觀估計，預計到2020年底，會有90%以上的功能實現。

（三）目前不太成熟的系統

ATA31顯示系統;ATA45機載維護系統

顯示器是飛行員最關注的，然而也是目前問題最多的，因為從架構來說，幾臺顯示器需要考慮失效邏輯和重構邏輯，從顯示功能來說，顯示器各頁面的顯示需求較為細致，符號和顏色，線條長短，字符位置，都需要完全按照需求來實現（如圖3所示），而且幾乎需要和所有的控制板信號交互，所以，比較復雜。機載維護系統所涉及的方面非常多，粗略估計，目前完成度應該在60%左右[9]。

（四）維護方面

飛機維護費用相對較高，短期內會對國內民航業帶來負擔，但長遠看對民航業乃至整個社會都是極其有利的。對航空公司而言，經濟性和便利性都會提升[10]。對整個社會而言，我們的產業需要升級，飛機這種高價值的綜合產品會帶來一整條高價值產業鏈，增加大量就業崗位的同時這些高附加值的勞動還會顯著提高人民的收入水平。

五、結語

總的來說，飛機制造業涉及的項目、技術復雜，我國雖然起步較晚，但是處在上升勢頭。作為飛機制造的重要輔助工具，飛機制造工藝裝備是飛機制造過程中必不可少的。如果飛機制造工藝裝備使用不當，那么對飛機零部件的制造會產生不利影響，在飛機投入生產使用后也會造成不利影響。因此，現階段可以通過借鑒西方先進技術，結合本國國情進行工藝裝備的標準化設計生產，這樣不僅能夠使得飛機制造更加標準可靠，還能夠促進我國航空航天事業的進一步發展。同時飛機制造工藝裝備的管理十分重要，通過科學合理的管理，不僅能夠提高工藝裝備的使用效率，也能夠保障工藝裝備的價值。

參考文獻：

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