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自动化创造X-59静音超声速演示验证机

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 。
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L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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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光学投影
三、商业超声速飞行的新时代
【自动化创造X-59静音超声速演示验证机】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 。


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