數(shù)字工廠和機(jī)器人：空客公司的自動化未來

據(jù)美國《航空周刊》5月6日報道，為了在市場份額的爭奪戰(zhàn)中取得更好的成績，空中客車公司頻頻打出技術(shù)牌。目前，該公司在這方面已經(jīng)做到與波音水平相當(dāng)；所以，現(xiàn)在他們已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向追求先進(jìn)的制造技術(shù)，以確保能夠充分享受勝利果實(shí)。

采用自動化流水線的“未來工廠”概念是其發(fā)展的焦點(diǎn)，這種模式能夠幫助空客以創(chuàng)紀(jì)錄的水平加快其產(chǎn)品生產(chǎn)率。目前，空客每月生產(chǎn)接近55架飛機(jī)，相當(dāng)于該公司剛創(chuàng)建的第一個5年內(nèi)交付的A300型飛機(jī)總量。自2000年以來，該公司的商業(yè)飛機(jī)交付量增長了60%，積壓的訂單數(shù)量在過去的十年中翻了一番，增長到約4,950架；空客公司現(xiàn)有的訂單就足以讓他們忙8年。

空客公司負(fù)責(zé)整體物理設(shè)計的運(yùn)營副總裁杰恩斯·格拉弗斯（Jens Gralfs）說，隨著多個模型之間生產(chǎn)速率繼續(xù)的增長，“我們正面臨著如何保持飛機(jī)產(chǎn)品化的挑戰(zhàn)。”每個機(jī)型都代表著一組不同的問題，無論是關(guān)于如何加速交付選擇了新引擎選項的A320系列，還是加快A350的生產(chǎn)速率，抑或者如何是改善復(fù)雜的雙層A380飛機(jī)的裝配過程等等。

格拉弗斯說：“對單通道飛機(jī)而言，我們每月的生產(chǎn)率是42架，相當(dāng)于是每7個工作時就能生產(chǎn)出一架來�！比缓笏�補(bǔ)充道，隨著位于阿拉巴馬州移動組裝線的上馬使用，A320系列的流水線上生產(chǎn)能力將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上每月再增加4架。這個工廠將會在2015年2月開始生產(chǎn)第一架飛機(jī)，第一次交貨時間預(yù)定在2016年一月�！坝捎贏380結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以它的生產(chǎn)速率與前面提及的幾款飛機(jī)不再同一層面，”但是，A380的生產(chǎn)率也將從現(xiàn)在的每月平均2.5架增長到3架。

與此同時，空客公司將繼續(xù)加快A330的生產(chǎn)速率；這款飛機(jī)在今年早些時候達(dá)到了一個月生產(chǎn)10架的高速率。格拉弗斯說，他們給這款飛機(jī)制定的生產(chǎn)速度指標(biāo)是每月11架；而對A330的繼任者A350而言，他們最終預(yù)計其生產(chǎn)率將高達(dá)每月13架。總體而言，空客在2012年交付了588架飛機(jī)，相當(dāng)于每月交付49架飛機(jī)。

所有這一切與空客早期曾取得的生產(chǎn)速度產(chǎn)生了極大對比。在20世紀(jì)70到80年代，空客按照常規(guī)方法生產(chǎn)飛機(jī)，當(dāng)時能達(dá)到的最高生產(chǎn)速率僅為每月4架。格拉弗斯說：“當(dāng)時，沒有人認(rèn)為飛機(jī)的生產(chǎn)速率能超過每月4架。當(dāng)時沒有所謂的自動化生產(chǎn)，也沒有大量的固定工裝，更沒有靈活性可言。當(dāng)時的設(shè)計100%專注于飛機(jī)性能，一點(diǎn)都不為生產(chǎn)上的問題考慮。坦率的說，當(dāng)時大家的態(tài)度都是：‘誰在乎生產(chǎn)過程��？！’”

即使對于從1988年才開始生產(chǎn)的A320，裝配和工業(yè)化的設(shè)計考慮依然是“次要主題”。以上觀點(diǎn)是格拉弗斯在近期參加在加州舉辦的機(jī)械工程師AeroDef制造發(fā)布會上發(fā)表的。而對于A380卻完全不一樣，這款飛機(jī)“從一開始就同時將性能和工業(yè)化需求考慮在設(shè)計指標(biāo)內(nèi)。同時，它的設(shè)計也從一開始就納入了精益制造的原則。這是相當(dāng)重要的，因?yàn)闆]有精益求精的開始，后來再在乎也是于事無補(bǔ)�！�

類似于復(fù)合垂直尾翼的裝配（VTP），從A380上積累下來的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，最終被反饋應(yīng)用到了A320的生產(chǎn)上，并全面改善和發(fā)展了單通道飛機(jī)的制造過程。2006年，以精益生產(chǎn)為基礎(chǔ)的移動生產(chǎn)線在漢堡開始出現(xiàn)。隨著對單通道飛機(jī)生產(chǎn)線生產(chǎn)速率的預(yù)期越來越高，“在裝備過程中繼續(xù)堅持使用基座式生產(chǎn)是不可能的。所以，我們改變了機(jī)身和機(jī)翼的生產(chǎn)理念，將其從一個固定過程轉(zhuǎn)變成了移動的。基于精益制造原則，這讓我們更加清晰地認(rèn)識到，我們與部件、供應(yīng)鏈以及交付性之間的關(guān)聯(lián)。隨著產(chǎn)量的增加，供應(yīng)鏈也會隨之增長，而零件缺失也會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果�！备窭�弗斯指出，除此之外的一個額外挑戰(zhàn)是，“怎樣在生產(chǎn)過程中完成這樣的轉(zhuǎn)變，”這個生產(chǎn)過程會隨著2015年以后NEO方案的執(zhí)行逐步削減。

位于漢堡的單通道飛機(jī)生產(chǎn)線平均每7個小時完成一個機(jī)身的組裝。相較于原來生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，采用了精密流水線過程的生產(chǎn)線，縮短了33%的交貨時間，與此同時實(shí)現(xiàn)了50%的速率提升。格拉弗斯補(bǔ)充道：“我們在圣納澤爾（法國，生產(chǎn)前機(jī)身）和布勞頓的機(jī)翼生產(chǎn)線上也采用了相同的模式�！�

為了幫助現(xiàn)在已經(jīng)在圖盧茲進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)的A350飛機(jī)的生產(chǎn)，空客采用了A380制造前期就采取的“數(shù)字工廠”概念。格拉弗斯說，作為結(jié)果，一系列新的技術(shù)在更加廣泛的范圍內(nèi)被采用，更高水平的自動化流程也開始出現(xiàn)。數(shù)字工廠的概念將設(shè)計和生產(chǎn)在工業(yè)化階段實(shí)現(xiàn)結(jié)合，從概念到實(shí)施上都降低了成本。圍繞著生產(chǎn)流程的部件流通，生產(chǎn)夾具、工具及過程結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的規(guī)范，這些內(nèi)容在付諸實(shí)際行動之前，都在網(wǎng)絡(luò)世界中進(jìn)行了模擬和驗(yàn)證。他說：“我們在生產(chǎn)A350的過程中使用了大量的模擬，這相較于10年前生產(chǎn)A380的情形發(fā)生了戲劇性的變化。我們通過給定一些關(guān)鍵信號作為指標(biāo)，來設(shè)計數(shù)字化的樣機(jī)（DMU），并進(jìn)行虛擬工藝規(guī)劃。我們需要這樣做，因?yàn)槿梭w工程學(xué)是至關(guān)重要的問題。我們所做的工作能讓生產(chǎn)速率的增長更加迅速、讓人的工作效率更高，同時消耗更低的醫(yī)療成本花銷。員工的年齡一直在不斷增長，但人們工作的時間變得越來越長（時期）；所以事故的預(yù)防是很重要的。從人體工程的角度來看，A350機(jī)翼的制造是極具挑戰(zhàn)性的。因?yàn)椋瑱C(jī)翼縱桁更像是鐵路軌道上的鐵軌，所以我們需要自動化生產(chǎn)，并且找到解決方案；讓人們能更方便的處理有難度的工作部分�！�

DMU的“主機(jī)”上匯集了來自所有合作系統(tǒng)上的設(shè)計和制造參數(shù)。在整個設(shè)計過程中，DMU不斷被更新，從而確保配置參數(shù)的控制。在A380項目中，由于使用了多個DMU系統(tǒng)及設(shè)計工具，所以導(dǎo)致整個裝配過程反而出現(xiàn)了延誤。而A350所采取的DMU有效規(guī)避了這個問題，A350依靠的是一套標(biāo)準(zhǔn)化的軟件工具，這一套工具所能處理的內(nèi)容涵蓋了從生產(chǎn)、工程、資金調(diào)配到復(fù)合設(shè)計，以及其他一些結(jié)構(gòu)方面的所有問題。即使在整個項目進(jìn)入批量生產(chǎn)之后，A350目前所采用的單DMU仍然會被繼續(xù)使用。

A350的其他設(shè)計特點(diǎn)帶動了精確定位和對準(zhǔn)工藝上復(fù)雜技術(shù)的發(fā)展。例如說，A350的機(jī)身不是由一大塊筒段組成的，而是和波音787型飛機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，由大型復(fù)合板連接到機(jī)身框架和桁條上構(gòu)成的。格拉弗斯說：“假如你使用的是復(fù)合材料，裝配過程就像是一場噩夢；因?yàn)檫@種材料