航空制造业四大前瞻性技术:机器人+3D打印_7

2019-07-09 11:41

  当莱特兄弟完成了人类历史上首次持续的、可操纵的动力飞行时,他们恐怕不会想到,100多年之后,飞行会这样深刻地改变了人类的生活方式。

  100多年间,多少被视为天马行空、灵光一现的想法和点子变为了现实。和所有高科技行业一样,创新是航空业发展的不竭动力。每一项创新的实现都是艰难的,但对更加完美的渴望让航空人从未停下努力的脚步。因为他们深知,只有创新才能点亮这个行业的未来。

  6月12日,在空客的创新日活动上,空客的高层向来自全球的200名媒体记者分享了其最具前瞻性的创新技术。这些技术代表了民机制造业最新、最先进的研究成果,有的已经开始尝试性地在民机生产中应用,有的还仅仅停留在概念范畴上。但是我们毫不怀疑,也许在不久后的某一天,这些技术就如同我们在飞机上调节空调风速大小一般,平常。

  机器人参与未来飞机组装

  创新日活动现场,一个金属机器人吸引了很多媒体记者的眼球。他正在专注地为飞机安装零件。迅捷、标准化的操作让人丝毫不怀疑它的工作效率和水准。

  事实上,这是空客将名为飞机组装的未来探索(FUTURASSY)的项目成果搬到了活动现场。这个项目在位于西班牙加迪斯的空客PuertoReal工厂进行,使用两台人形机器人来承担飞机组装过程中的重复性工作,从而让拥有更高技能的工人投入到价值更高的工作中去。

  空客希望寻找一种统一的飞机组装机器人解决方案,可以应用于分布在不同地区的空客工厂。FUTURASSY由空客主导,并有一些西班牙当地企业参与其中。该项目主要在以下两个领域进行相关探索和研究。

  第一个领域被称为空客机器人技术标准单元:其目的在于为航空组装领域提供标准化的机器人解决方案,该方案同时还要兼顾到节约成本、高灵活性、多功能性以及独立性等特质。

  另一个领域被称为协作机器人:空客探索将拥有双臂的人形机器人应用于和人类一样的工作环境中,它们将和人类共享工具和生产资源,协同工作。

  该机器人的制造工作由日本川田工业株式会社(Kawada)完成,首台机器人已抵达PuertoReal工厂,它将被应用于A380方向舵组装工作站。

  3D打印快速制造非标准化零件

  空客正在研究的另一个项目是通过使用叠层制造(ALM)技术(3D打印技术)来避免出现工作的遗漏。一般来说,在总装工作阶段,如果发现有一个零部件缺失,那么会带来很大的麻烦,并且需要花费大量时间和金钱来弥补这个失误。3D打印技术刚好能被应用于快速制造少量的缺失或非标准化零部件。目前,空客项目团队正在研发一个能在24小时内生产出定制化零部件的车间。

  业内人士公认,3D打印技术在航空制造领域的诸多优势,尤其是在设计自主性和环保方面的优势,满足了航空业可持续发展的最终目标。这些技术可以帮助航空制造商减少工装模具的使用,在生产少量样件时,设计也可以更加灵活,这使得生产零部件的固定投入成本大幅下降。

  此外,对于大型复杂构件,3D打印可以实现零部件一次成型,这不仅增加了零部件的强度,同时也减轻了零部件的重量。

  据空客介绍,目前他们已经可以通过3D打印技术生产一些塑料零件,到2015年年末,他们将可以通过3D打印技术生产通过认证的钛零件。随后,还将推出铝零件和超合金零件。

  在中国,空客与西北工业大学也签署了合作协议,共同探索3D打印技术在航空领域的应用。该项目重点研究激光3D打印技术在飞机部件制造中一次打印成型、减少加工余量以及材料在成型过程中变形等难题。西北工业大学凝固技术国家重点实验室将承担样件制造,空客将承担样件的测量和评估工作。

  绿色滑行系统减少发动机使用时间

  一般来说,燃油成本占航空公司直接运营成本的30%~50%。当单通道窄体飞机在日益拥挤的机场地面滑行时,其所消耗的燃油最高占到了短程机队总体燃油消耗的6%。全球短程飞机每年在滑行中所消耗的燃油总量超过500万吨。

  为此,空客与霍尼韦尔、赛峰集团共同研发和推出了一项创新的飞机滑行系统绿色电动滑行系统(EGTS),它可以通过降低燃油和与滑行相关的成本来提高航空公司的运营效率。

  此项技术使飞机在滑行期间无需使用主发动机动力,改为以飞机自身的电力系统驱动自主滑行。与混合动力汽车在低速行驶时使用电力的原理相似,绿色电动滑行系统将显著减少飞机在滑行期间使用主发动机的时间,进而在每次飞行班次中降低多达4%的燃油消耗。

  绿色电动滑行系统可减少噪音污染、碳及氧化氮的排放,同时缓解登机口和停机坪的拥塞现象,提升起飞准点率。该系统预计于2016年投入市场,可帮助每架飞机每年节省超过20万美元的花费。该系统将取代飞机牵引车,在不使用主发动机的情况下将飞机推离登机口,并滑行至起飞点。

  由于飞机主发动机的最佳使用状态是在飞行状态下而非滑行期间。因此,飞机在地面滑行时,会造成与功率不成比例的燃油浪费。中短程飞机每天的滑行时间最多长达2.5个小时,绿色电动滑行系统可帮助每架飞机每天节省大约600公斤的燃油量。

  此外,每个由绿色电动滑行系统驱动的飞机机轮均配有一套控制系统,使飞行员可以在滑行期间操控自如,完全掌控飞机的速度及方向。该系统还能帮助减少发动机和刹车片磨损,并将外来物对发动机涡轮造成损伤的风险降到最低。

  智能化车间减少潜在错误的发生

  目前,智能手机在空客工厂中的应用并不广泛,但是得益于未来工厂的智能化车间,数字技术将随处可见。该智能化车间通过使用智能化生产方式来快速获取并记录数据,并减少潜在的错误。

  空客有一套被称为智能化生产的研究项目,目前正在研发数据格式、信息交流等模块和一个包含软、硬件的电子商店,以及这些工具在整个工厂中的应用。

  这个项目还专注于如何使生产过程变得更流畅,通过使用手指和眼神跟踪、声音控制或者是通过3D图像来展示工作指令,以实现与生产过程的互动,同时解放工人的双手。

  据介绍,电子商店的概念是受到智能手机App和支持硬件的启发,使用者可以通过App和支持硬件来个性化定制其智能手机。如果工程师们足够聪明,那么这项技术将使得实验室和各家公司能研发与工厂流程相兼容的硬件或应用程序,就像全球的软件开发商不断地给苹果公司和谷歌公司的应用商店供应新的应用程序一样。

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