工业的力量！自动化正在创造X-59静音超声速演示验证机

网信科技前沿 · 公众号 · · 2020-06-10 17:04

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来源：空天防务观察

作者：刘亚威

X-59 “静音超声速技术”（QueSST）飞机是美国航空航天局（NASA）数十年来首次试飞的“X飞机”，它是一种研究型喷气式超声速飞机，旨在将声爆的响声降低到像轻柔的急速心跳声那样。X-59的任务是收集居民区的人们对噪声的反应，NASA可将这些数据移交给监管机构，为陆地上进行商业超声速旅行建立可接受的噪声标准，推翻已颁布了数十年的禁令，并推动商业旅行业的新发展。

最近，如果你漫步在加利福尼亚州帕姆代尔的臭鼬工厂机库中，你会听到声音的交响乐。呼呼和嗡嗡声、钻孔声和铆接声。如果你寻声而去，可以将它们精确地定位到一个位置——正在建造中的X-59飞机的所在地——L装配区。由于不是黑项目，你可以随笔者一同来看看这里的工作场景。

装配区中的机身型架

一、X-59的制造

X-59计划的团队正在努力工作，部署最新的先进制造技术来制造这架实验飞机。这项工作主要分为三个部分：中央机身、整体单翼和尾翼，分别在前、中、后三个大型工装型架上完成。迄今为止，团队在飞机的所有三部分工作上都取得了重大进展。

X-59不仅仅是其各个部分的相加，它的装配是这架飞机的另一个故事元素。通过将先进的自动化、数字化制造设备和工艺（例如自动丝束铺放、机器人钻孔、光学投影和测量学以及基于模型的工程）与工程师以及工人的熟练技能融合在一起，团队可以缩短飞机的装配时间，从而可以地快速交付优质、经济可承受的产品。

臭鼬工厂将继续践行其“14条军规”，利用小团队、简单方法、紧密沟通、顺畅的管理路径、良好的判断能力。总结起来那就是——快速、安静和质量（3Q）。臭鼬关注的6大核心能力之中，先进制造是其中之一，接下来我们具体看一些X-59数字化和自动化的制造手段。

数字化的三维作业指导书

二、制造和装配的数字化与自动化

制造方面，自动丝束铺放（AFP）机床可以高效地制造大型复合材料蒙皮壁板。尽管X-59的整体单翼并无太大曲率，但我们知道，空客A350率先在其机翼蒙皮壁板上使用了AFP技术而不是自动铺带，随后波音777X和787的机翼蒙皮壁板制造也先后转向了AFP技术。AFP允许利用机器人式的高精度和能够量身定制的叠加铺层设计，自动化地制造大型整体结构，从而减少装配工艺中的零件数量，同时铺丝头上还集成有红外加热装置，提升树脂的粘合性与铺放质量。这标志着另一种先进的制造方法，使该计划能够在数字使能的环境下保持灵活性和敏捷性。

AFP机床

X-59计划还以真正的臭鼬方式应用了从以前的计划中汲取的经验教训，以降低风险和相关成本，比如“先进复合材料货运飞机”（ACCA）计划。ACCA又称X-55，洛马只用5000万美元和18个月时间就开发了一种新型军用运输机。X-55利用了多尼尔328的座舱，避免开发新的飞行控制系统，增加了一个18米长的全复合材料机身，该机身由8个ACG公司真空袋固化MTM-45预浸料制造的结构件组成，可能是目前为止最成功的大型非热压罐（OOA）结构件的验证。在X-59上，洛马与柯林斯航宇合作研制的襟翼、副翼和舵面这些控制面都是非热压罐工艺。

X-55复合材料OOA机身

装配方面，最近，X-59团队采用了电冲击公司的“组合操作：螺栓连接和机器人自动钻孔系统”（COBRA），以完成飞机的下机翼蒙皮。机器人系统可以完成钻孔、锪孔以及检测孔质量的一系列自动化操作，且一次交检合格率超过99.99％。超过五西格玛的质量水平说明这一技术已经达到了制造成熟度等级9级的水平，足以应对大规模的生产。COBRA在X-59上的使用标志着洛克希德·马丁公司首次使用该系统钻出一个生产件，将自动化和机器人技术配对以提高制造的速度和精度。

COBRA机器人系统

长期关注笔者文章的人可能对这种机器人不会陌生。它非常类似于波音787后机身47和48段装配使用的Quadbots多机器人协同装配系统，系统由4台装配机器人组成并且采用防撞功能支撑协作，每个机器人都可以钻孔、锪孔、检测孔质量、涂覆密封剂和安装紧固件，可将装配效率提升30%。777系列中机身中段的装配，也在机身外部使用了一台这种机器人，进行钻孔并且安装双面紧固件（不是铆钉），而机械师则在内部工作，在紧固件上手动安装套环。机器人可以在车间中自由移动，其框架和末端执行器等位置安装了4个摄像头，能够实时监视机器人的动作和钻孔过程。

COBRA机器人系统可以自由移动

洛马推出了数字织锦，正在实施数字线索，实现数字工程转型，数字化的三维作业指导书和光学投影辅助装配系统就是一个例子。前者属于虚拟现实（VR）范畴，可以让工人更好地理解作业任务；后者属于增强现实（AR）范围，可让（临时）紧固件的安装更高效、错误更少。洛马认为，实施数字线索有五个阶段——1）数字线索启航，从工程和工装的实体模型开始，建立各种模型和数据流；2）数字线索使能的自动化，就比如自动铺放和装配；3）将数字线索带到车间，就比如工程数据投影、增材制造和AR作业指导书；4）在数字线索打结，开发非接触测量学应用，如紧固件平整度检测、涂层厚度检测、虚拟开口验证、接缝确认、详细零件确认；5）实现工业4.0下的数据革命，建立相连接的企业级数据系统、将各种物料清单（BOM）加入PLM背板，实现自动化的指标计算、财务报告、数据分析、与工厂设备的集成以及实时的管理可视化。

光学投影

三、商业超声速飞行的新时代

2020年，在充满活力的L装配区，X-59计划团队继续集中精力和决心，迅速在机身制造方面取得进展。通过采用先进的制造技术，臭鼬团队正在演示数字转型的价值，并且跟踪以装配飞机和在今年末完成总装。X-59建成后，将在2021年开始飞行，经过几次检验飞行后，飞机将移交给NASA阿姆斯特朗飞行研究中心。从2023年开始，将选出部分居民区进行测试，使我们更接近商业超声速飞行的新时代。