航空航天工业的自动化发展加快了步伐，航空和国防工业试图进一步实现制造过程的自动化，以满足不断增长的 OEM 订单积压和关键的航空航天国防计划截止日期。
随着航空/国防建设者寻求加快制造过程，许多公司继续借鉴自动化程度更高的汽车行业的想法，包括部署移动装配线和更多地使用机器人自动化。在商业航空领域，老化的喷气机队正在逐步淘汰，取而代之的是更节能的新型飞机，而航空业经历了旅行需求的爆炸式增长，需要相应地提高飞机产量。
“航空航天和国防的口头禅是，'我们的产量低，我们不能自动化'，所以他们只是手动做事，因为它们产量低，而且他们ABB 机器人北美公司（密歇根州奥本山）美国产品副总裁 Joe Campbell 指出，它们对精度的要求也非常高。
“来自从产品的角度来看，提高精度、准确度和刚度的趋势是一致的。每个产品都好一点，”他补充道。 “我们发现在客户方面反映的是，他们的数量正在上升，无论你是在国防工业还是在商业航空业。他们从来没有像现在这样积压过——波音公司公开报告说他们已经售罄多年了。如果你今天想买一架飞机，可能要过几年才能买到。”
随着航空旅行的扩张和商业航空公司寻求更换Campbell 指出，对于老式、低能效的飞机，提高当今飞机工厂的自动化程度更有意义。“突然间，他们的音量不那么低了。谁有制造能力，谁就会得到订单，”他说。 “如果您可以缩短产品的交付周期，您可能会赢得一些业务。”
高端自动化
对于高风险、高预算的联合攻击战斗机 (JSF) 计划来说，自动化是至关重要的，该计划旨在为美国军方及其盟友建造下一代 F-35 Lightning II 喷气式战斗机。在 JSF 迄今为止部署的自动化工作中，集成装配线 (IAL) 由该项目的承包商之一诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman Corp.，NGC；加利福尼亚州埃尔塞贡多）安装在这家航空航天/国防制造商的羚羊谷制造中心加利福尼亚州帕姆代尔，F-35 中机身正在建造中。
IAL，一个用于生产 F-35 中机身的高度自动化制造系统, 是ins库卡系统公司（密歇根州斯特林海茨和德国奥格斯堡）在诺斯罗普·格鲁曼公司获得了 2010-11 年度诺斯罗普顶级工具供应商奖，库卡凭借其在成本、进度、质量和客户满意度基准方面的表现而获奖。设计、建造和安装 IAL 的 Kuka Systems 合同价值超过 1 亿美元，涵盖诺斯罗普格鲁曼公司 Palmdale 制造中心占地 200,000 平方英尺的 78 个工具位置所需的 500 多个工具。该系统包括自动化装配工具系统、运输系统和制造系统。
诺斯罗普·格鲁曼公司在引用 Kuka 获得供应商奖时指出了自动化集成商独特的技能组合和设计、布局、制造、验证、项目管理和工具系统接口的方法。航空/国防建设者还指出，库卡系统公司对 IAL 的灵感是完全集成和高度自动化的它为世界各地的主要汽车制造商开发了匹配和优化的装配线。 IAL 需要 Kuka Systems 工程师和其他技术人员与 Northrop Grumman 同行密切合作进行广泛开发，以设计高度自动化、完全集成和优化的飞机生产线。
“Northrop Grumman 是一个创新的探路者，它对这个项目的支持正在帮助验证自动化装配概念的潜力，以改变军用和民用飞机的制造方式，”Kuka Systems 航空航天事业部副总裁 Robert Reno 说。 IAL 正在分阶段服役，当 F-35 的生产从 2014 年开始达到高峰时，它将能够每天制造一个中央机身。
自动化采用加快Pace
在过去几年中，通过多次行业合作，自动驾驶技术的采用航空航天/国防工业的 omation 努力似乎正在获得临界质量。由 Northrop Grumman 牵头的航空航天自动化联盟 (AAC) 帮助开始在航空/国防制造中采用汽车式移动生产线（参见《制造工程》2006 年 3 月号中的“航空航天工业的模块化自动化”）。同样，一群自动化、计量学和软件开发商联合起来，通过计算制造联盟或 Compufacturing（见 参考资料）进一步推动行业的自动化工作，去年 3 月在 2011 年举行的 AeroDef 2011 制造博览会和会议上展示了多项技术进步加利福尼亚州阿纳海姆。
Fanuc Robotics America（密歇根州罗切斯特山）航空航天集成渠道经理 Chris Blanchette 观察到，自动化开发人员最近取得了一些成功，包括Fanuc 集成商柯马宇航公司 (Southfi) 安装的移动机器人场，密歇根州）。 Comau 的移动机器人系统安装在 Bell Boeing 旋翼飞机工厂，该公司还为 Northrop Grumman 的 F-35 进气道孔工艺开发了自动化机器人钻孔工作单元（参见 2011 年 3 月 ME 号中的“自动化航空航天工艺”。）
“他们在现场安装了一个移动机器人并且运行良好，”Blanchette 说，“现在他们开始收到一些重复订单。这是挑战之一。许多原始设备制造商都在退缩；对他们进行自动化能力方面的教育仍然是一个问题。这些组织非常庞大，基础设施也非常深。”
一群新的自动化供应商，位于堪萨斯州威奇托的大平原机器人联盟 (GPRA) Blanchette 指出，该地区与 AAC 有类似的指令，试图将与航空航天相关的各方聚集在一起。 “他们'我们正在与机器人集成商和原始设备制造商合作，进行机器人评估、运行机器和测试系统，”布兰切特说。 “对于原始设备制造商而言，挑战在于确定他们知道可以使用的技术。他们没有很长的记录，他们仍然有点担心接受数据——航空航天领域的零件非常昂贵，而且交货时间通常很长。”
他补充说，大量积压的订单也让航空航天/国防建设者面临更大挑战，否则他们可能会探索更新的自动化流程。面对截止日期，建造者推迟实施更新的技术以满足生产要求。
机器人获得牵引力
虽然机器人自动化的技术进步提高了精度和刚度，但主要的机器人应用仍然是钻孔、铆接Blanchette 补充说，商业和航空航天/国防的安装和紧固操作，商业航空的典型公差达到 0.010-0.030 英寸（0.25-0.76 毫米），国防为 0.005 英寸（0.13 毫米）。他说，油漆和涂层应用也构成了自动化应用的很大一部分，而且飞机发动机部件的市场非常大，需要在复杂的几何表面上有严格的公差。 “能够检查叶片表面的微抛光也非常具有挑战性，”Blanchette 指出。
AV&R Vision & Robotics（加拿大魁北克省蒙特利尔） )，一家 Fanuc Robotics 集成商，开发了用于飞机关键旋转部件的自动视觉检测系统，并提供用于精加工、仿形、去毛刺、抛光和研磨的自动机器人系统。该公司与所有主要的飞机发动机制造商合作，包括 GE、Pratt & Whitney、Rolls Royce。
“我们在机器人和视觉系统方面的工作已经 15 年了，”AV&R Vision & Robotics 总裁兼首席执行官 Eric Beauregard 说，他指出公司95%的业务是航空航天。 “我们已经开发了两项核心能力：自动视觉表面检测和精加工零件方面的专业知识，主要是飞机发动机零件，这些零件必须在某一时刻进行精加工，而且由于零件的差异，许多精加工过程都是手动完成的。”
自动化精加工
AV&R 的一位客户使用其自动化抛光系统精加工涡轮发动机外壳上的铝环外部边缘。 Beauregard 说：“我们已经开发出一种适用于机翼的自适应抛光工艺，可以消除锻造工艺或人为操作造成的表面缺陷。” “如果你看看引擎，周围叶片上有一个光亮的表面，可以让空气进入发动机，这就是所谓的唇皮。锻造后需要手工打磨，比较坚硬，铝粉易爆，对人体有很大危害。”
采用自适应精加工，飞机发动机他指出，建造者可以在流程中添加检查，这是关键任务飞机发动机应用的重要组成部分。 Beauregard 指出：“您希望对一个零件进行调整并使其适应它以达到高精度水平，因为每个零件都有一些变化。” “如果你想在一个零件上做一个完美的过程，你需要不盲目地做这项工作。每个部分都有点不同，我们的自动化系统可以适应它。”
检查和维修涡轮叶片，这些叶片非常昂贵且消耗量大，是维护、修理和大修 (MRO) 的巨大市场，他补充道。发现的机翼发动机的冷压缩机部分由钛合金制成，非常轻，热部分使用陶瓷涂层合金，可保护其免受热量影响并防止其熔化。
“最关键和最重要的部分是机翼前缘的轮廓。热区的铸件足够好，他们不需要重新成型，但当你看冷区的零件时，它们是锻造的，根本没有成型机，”他补充道。 “我们所做的是测量叶片的形状，从第一部分到最后一部分，公差在 ±0.002” 以内，”Beauregard 说。 “除了大学在实验室对其进行测试外，我们是唯一一家在商店中实现最终质量检验自动化的公司，因此制定了标准。”
他指出，今天的涡轮叶片是手动完成的。 “我们的目标是使视觉检查自动化动作和整理，”Beauregard 说。 “我们的最终目标是检查零件并进行修正。我们唯一缺少的是 3-D 检查。我们取下一个零件并在我们的软件中对其进行操作，以找出表面缺陷，例如凹坑、凹痕和划痕。”
该公司去年签署了与加拿大国家研究委员会进行技术转让，致力于集成非接触式 3-D 测量系统，该系统将为应用提供更高的精度和速度。这项技术以前被用于检查美国宇航局航天飞机上的吸热瓦片。 “我们寻求的是 3D 数据采集的速度和精度，这在当今的工业环境中是无法实现的，”Beauregard 说。
造船自动化焊接
造船应用不被认为是高度自动化的大批量应用，但是，通过机器人焊接集成商 Navus Automation Inc.（田纳西州诺克斯维尔）（ABB 机器人集成商）的多道次高沉积工艺，美国海军下一代大型钢板的整体焊接工艺时间已缩短约 60% DDG-1000 Zumwalt 级驱逐舰。
“我们建造的系统长约 120 英尺 [36.6 米]，有六个 ABB 机器人沿着轨道移动，” Navus Automation 东北地区副总裁 Don Bernier 指出，机器人工作单元用于加速美国东北部一家造船厂正在建造的驱逐舰的高质量焊接。 “我们正在寻找焊接重量超过 30 吨的零件的制造工艺改进。”
对于此应用，Navus 使用了六台 ABB IRB 4600 Bernier 说，机器人在两条 30 米长的轨道上使用 Fronius GP 串联系统。该系统进行道间清洗和打磨，Bernier 说，去除顶部的硅酸盐以满足所需的饰面质量。 “我们在焊缝中保持 200–300ºC 的道间温度，”他指出。 “零件需要预热。两个小区一共六台机器人，每个小区两台焊接机器人，两台共享清洁机器人。
“工件是一块2”的钢板[ 51 毫米] 厚，总共需要翻转四次才能进行焊接。必须在下一道工序完成之前进行清洁，”他补充道，“我们已经证明它可以进行 UT [超声波检测] 级焊接，检查他们所谓的焊缝本身的偏差或夹杂物。它只允许有这么多夹杂物，因为焊丝，夹杂物是一小袋熔渣或硅酸盐。这就是清洁的原因。”
数字制造使 Navus 能够对为客户设计的零件进行编程’s 3-D CAD 建模软件。 “他们在嵌套过程中通过生产线发送它，将其保存为 STEP 文件，机器人工程师检索该数据，然后他们进行离线编程来完成零件，”Bernier 解释道。 “编程投入了大量时间和精力，”ABB 焊接经理 Mark Oxlade 补充道。 “如果没有离线编程，这种工作是无法完成的，而离线编程是在 RobotStudio 中完成的。”
有了这个系统，建造者能够减少制造根据 Bernier 的说法，制造一个零件的过程从至少 28 周缩短到 8 周。 “他们一次建造三到四艘，我想说他们现在建造一艘船的时间减少了大约 60-70%，”他补充道。该造船厂目前正致力于创建一个有助于未来船舶设计的程序库。
“现在，您正处于使用这些类型系统的初级阶段”伯尼尔指出。 “其中一些造船项目太过陈旧，以至于设计要么是二维的，要么是在纸上完成的。有了 3-D，就容易多了。” ME
本文首次发表于 2012 年 3 月版的《制造工程》杂志。
