空客提出的未来全景飞机效果图

　　一直以来，作为汇聚全球科技精华的产业，航空制造业承载、体现着人类在科技创新、生产组织模式创新等方面的最新成果，引领着世界工业发展的潮流和未来。21世纪，哪些创新将大放异彩？航空制造将走向何处？通过观察主要民机制造企业近年来的创新之举，我们或能从中得到启发。

　　机器人总动员——让飞机的装配效率更高一点

　　随着机器人在航空制造领域的应用越来越广泛，“机器人总动员”的场景可能率先在飞机装配工厂出现，各式各样的钻铆机器人将成为装配线上的主力军。

　　将来，只在单一位置进行单一操作的固定机器人可能不再占多数，取而代之的是能够在多个位置完成多种操作的轨道机器人。目前，空客和波音正朝着这个目标努力，致力于开发低成本、柔性、多功能机器人。

　　空客正在进行一项名为“未来装配”的研究，其目标是利用机器人实现装配过程的自动化。该项目主要涉及两个领域：一是“空客标准机器人单元”，探索标准化的飞机装配工艺自动化方案；二是“协作机器人”，探索利用双臂类人型机器人与操作员在同一环境工作，共享工装和生产资源。

　　在自动化装配方面，波音在787项目上已经有了不小突破。在787的机翼与机身对接中，自动导引运输车和基于室内GPS的柔性对接平台将人工操作降至最低。利用这一套自动化技术，787机翼与机身的对接装配只需几个小时。

　　目前，波音正在试验其为777X装配最新研发的“机身自动直立制造”系统，该系统使用自动导向机器人来紧固机身壁板，以代替之前的手动操作。自动导向机器人每天可以钻孔并铆接超过60000个紧固件，生产效率大大提高。

　　除了波音和空客，其他航空制造企业也在加速研发新一代机器人技术。例如，英国GKN航宇公司正在进行一个结构技术成熟化项目研究，目的是通过自动装配工艺将机翼结构装配速度提升30%。自动装配工艺专为未来机翼和机身结构装配而开发，使用了很多新技术，其中包括：轻质夹具、可重构工装、零件自动化定位、密封剂辅助沉积、测量辅助机器人、轻质钻头、紧固件自动化检测等。

　　未来飞机装配的最高境界或是实现无人化、智能化、自动化，整个厂房里空无一人，各类机器人和自动定位装置在数字化测量技术的支持下，自动地装配飞机，完成机体大部件运输和对接等一系列过程。虽然，也许很多人并不希望看见这样的场景。

　　数字化协调变革——让主制造商与合作伙伴走得更近一些

　　借助787、A350XWB的探索和实践，飞机研发的全球化趋势已然形成，跨国设计、制造、采购使得企业研发已经没有了地域概念。主制造商逐步转变为主集成商，合作伙伴扮演着更加重要的角色，他们更早地参与方案设计，更多地参与系统集成和装配。

　　针对这种全球紧密协同研发的趋势，主制造商需要确保全球所有内外部利益相关方的产品质量标准和行动的一致性，从而满足紧迫的投产时间要求以及对客户的承诺。在这个过程中，数字化技术的身影无处不在。

　　此前，传统电子样机（DMU）应用主要局限在设计、工艺、工装、检验及部分客服保障工程人员，并没有覆盖完整的飞机全寿命周期相关方。至于将客户纳入到研发体系中实现用户导向研发也就无从谈起，但在A350XWB项目上，这一状况却发生了根本性的变化。

　　对于空客来说，A350XWB研发的重大挑战是与供应商紧密合作，加速研制进程，以实现按时交付。面对波音787的强大压力，空客在研制之初就确定了将研制周期缩短25%的目标。为此，空客第一次构建了全球统一的DMU环境。

　　在构建贯穿飞机全寿命周期的DMU主线时，空客拓展了DMU的概念和覆盖范围，将DMU的目标用户从工程人员向非工程人员拓展，从企业内部向合作伙伴、飞机最终用户和外部市场拓展，包括销售人员、客服人员、采购人员、质量检测、适航取证人员及航空公司用户等。所有人员通过单一的DMU获取配置数据，开展分析和咨询，生成文档、报告和手册。

　　空客这么做是有原因的。很多大型项目在研制过程中常常出现计划延期、成本超支等情况，其中很重要的原因是DMU平台未能做到真正协同。例如，型号研制中守住了局部数据的交付节点，却因为数据质量问题产生新的协调节点，并最终导致整体研制计划推迟。再如，本应在早期协调解决的设计缺陷却在后期制造、安装、试验试飞甚至运营阶段才被发现等等。

　　为避免出现上述问题，空客在A350XWB项目上构建了全球统一的DMU环境，并将其所有重要合作伙伴涵盖在内，确保所有参与开发的工程师基于单一DMU环境工作，在单一环境中沟通交流和协调优化，这与之前A380的研发流程大不相同。

　　材料与工艺变革——让造飞机的成本再低一点

　　长期以来,美国航空航天和防务工业界一直坚持不懈地进行创新，尤其致力于研发那些具有改变游戏规则或者颠覆性影响的新技术和新材料，以保持在全球的领先地位。纳米技术就是美国高度关注的战略性技术之一。

　　目前，洛克希德·马丁公司正在从事一项关于纳米技术在先进聚合物材料中应用的研究，包括开展纳米管增强的热塑性材料研究。用这种材料制造的翼尖罩原型件已经获准用于F35战斗机上。这种纳米管增强的热塑性材料部件成本仅为1000-2000美元，而被它替代的用传统碳纤维手工铺层制造的翼尖套的造价则高达30000-40000美元。尽管用这种新材料制成的翼尖套性能尚不够完善，但其力学性能至少与铝合金部件十分接近。

　　另一家美国公司古德里奇则正在从事一种多功能纳米复合材料的研发。这种材料具有强度更高、重量更轻等特点，并兼具热传导、电传导等综合功能。此外，古德里奇正在努力将自身具有除冰功能的纳米材料推向市场。

　　在加工工艺方面，波音在787中央翼盒和机身连接处的关键零件钻孔中，采用了一种新颖的轨道钻孔工艺。与常规钻孔方法不同，轨道钻孔实际上是一种铣削操作。轨道钻孔有很多好处：显著减少刀具数量；可消除复合材料钻孔中的分层以及金属钻孔中的毛刺，获得更高的表面粗糙度，减少材料中的碎屑损伤，还可以避免刀具过热，延长刀具寿命；不使用冷却液，使钻孔环境更加清洁。这种创新工艺首先由空客大量使用，目前已经广泛应用于航空工业，未来高度自动化的系统有望问世。

　　另一个值得关注的新工艺则是激光技术在航空领域的应用。随着三维激光扫描成像技术的不断完善，未来的飞机装配工厂将成为名副其实的“激光大世界”。

　　波音正在开发三维激光扫描成像技术，该技术可以通过摄像头和激光扫描传感器捕捉工厂和装配中的飞机的三维图像。在未来的飞机总装线中，机器人手持该设备扫描飞机和制造环境，与设计文档进行对照，进行准确定位，然后就可以精准地装卸部件。或许在不久的将来，激光技术能将以往单调乏味的装配过程变得更加艺术化。

　　在A350XWB项目中，在以DMU为主数据的数字化平台上，超过4000人参与了研发工作，其中85%来自供应链企业。这帮助空客显著减少了工程设计变更，确保项目按计划推进。

　　在A350XWB首飞成功后，空客宣称：“归功于单一的DMU协同平台，首架样机近乎完美，工程变更数量降低到A380研制时的1/10，实现了预定目标。”

　　绿色能源引入——让坐飞机出行再环保一点

　　全球气候问题日趋严重，当汽车制造业越来越多地开始关注、应用油电混合、纯电动等绿色动力时，航空工业也在跃跃欲试。

　　最近，混合动力技术在航空制造领域实现突破。西门子公司研发出了一款新型电动机。这台电动机仅重50kg，能够提供约260kW的可持续输出功率，功率质量比达到5kW/kg，是同级别电动机的五倍。西门子的研究人员相信，由于这台电动机的出现，起飞重量两吨的飞机将能够采用混合动力飞行。

　　据西门子介绍，公司的研究人员仔细地分析了之前的电动机，并采用新的仿真技术和先进的轻质结构进行优化，最终研发出了这款功率质量比创下纪录的电动机。目前，飞机制造业实际应用的同级别电动机的功率质量比一般小于1kW/kg，电动汽车使用的约为2kW/kg。此外，由于转速仅为2500转/分钟，这款电动机可直接驱动螺旋桨，不需要传动装置。西门子认为：“这台电动机使得制造四座以上的串联式混合动力飞机成为可能。”

　　这台电动机将于今年内开始飞行测试。西门子的研究人员表示，接下来还将进一步提高电动机的功率，公司下一步的目标是帮助50到100座的支线飞机采用混合动力。

　　2013年，西门子公司、空客公司和钻石飞机公司首次在DA36 E-Star2电动滑翔机上测试了一个串联式混合动力驱动系统，并取得了成功。这架测试机的输出功率为60kW。

全景飞机外部效果。

空客的机器人“员工”。

使用大量新材料的波音787-9垂尾。

未来全新设计理念下的客机座舱。