飛機不能自動化生產(chǎn)？

說起現(xiàn)在的飛機制造，尤其是大飛機的制造，在你腦子里肯定會是下面這樣：

(資料圖片)

要不就是下面這樣：

反正就應(yīng)該搞的是自動化流水線，全廠見不到幾個人，各種機器人、機械手在上下翻騰，然后一架架標準化的飛機就出爐了。

要是軍武菌說，其實現(xiàn)在大飛機的裝配其實還是主要靠人，甚至有個航空巨頭本來用上了自動化機器，結(jié)果又返回人工裝配，這你能信不？

2013年，庫卡系統(tǒng)公司北美分部在美國阿納科特斯的波音研發(fā)設(shè)施內(nèi)，秘密進行了一項自動化系統(tǒng)的開發(fā)測試和制造成熟度提升工作。

作為全球世界四大機器人廠商之一的庫卡，那年在美國可以說是風(fēng)頭無兩，他們的“集成裝配線”被運用在美國空軍F-35戰(zhàn)斗機中機身的裝配工作，其中大量應(yīng)用了機器人、激光測量、無人導(dǎo)向車（AGV）、射頻識別（RFID）、平板操作等先進的技術(shù)。

▲庫卡的F-35進氣道雙機器人協(xié)同裝配單元

那時的波音已經(jīng)在787項目上通過運用一系列自動化技術(shù)，大大提高了裝配效率，縮減了交付周期，而且減少了錯誤返工，降低了質(zhì)量成本。

于是，波音決定把F-35項目上的技術(shù)和經(jīng)驗積累，用在777系列飛機的制造上，這其中就包括在中機身前后段裝配上大量應(yīng)用機器人，改進傳統(tǒng)依靠人工的工藝流程。

傳統(tǒng)的中機身前后段裝配流程中，機身被安裝在一個大芯軸上，裝配下半部分時必須把機身翻個底朝天，然后等裝配上半部分時再翻回去。

這個過程中，機身蒙皮壁板需要由人工鉆孔、锪孔并安裝緊固件，波音計劃的就是用機器人來替代人工完成這個流程，這樣也就省得翻轉(zhuǎn)機身了。

波音把新的裝配流程叫作“機身自動直立建造”工藝（FAUB），在安裝緊固件時，桶形的機身不在裝在軸上，而是固定在一個大托架中，也不需要人工裝配那樣的剛性工裝夾持。

然后由四臺機器人負責(zé)鉆孔任務(wù)， 并安裝6萬多個緊固件，其中，每一對機器人為一組，分別在機身內(nèi)外負責(zé)鉆孔和緊固，一組在機身上半部分工作，另一組在下半部分。

機器人的多功能末端執(zhí)行器上安裝有小型攝像頭，可以把實時圖像傳輸?shù)奖O(jiān)測電腦，從而控制機器人移動并進行診斷。

2015年，這套系統(tǒng)開始在波音埃弗里特的777系列總裝廠部署，對于這項技術(shù)革新，全廠上下都難掩興奮之情。

機械師表示以前重復(fù)的人工鉆孔和緊固實在是太累了，整個后背帶著肩膀和手臂都承受巨大壓力，有了這個系統(tǒng)，就不用再親自干這些又累又乏味的活兒了。

中機身結(jié)構(gòu)團隊負責(zé)人表示，用上機器人不但工傷減少了40%，而且他還能從每天繁重的打螺絲工作中解脫出來，順便學(xué)點新技能。

777生產(chǎn)工程總師也興致勃勃地說，機械師可以使用AGV小車移動機器人和機身大部件，這個系統(tǒng)可以制造所有777型別，包括777X，簡直方便極了。

▲正在裝配波音777X整體翼梁的庫卡機器人

故事講到這兒，應(yīng)該算是個科技帶來美好生活的完美案例，可問題是天并不遂人愿，剛到2016年，F(xiàn)AUB就變成了機械師口中的“可怕的失敗”和“噩夢”。

機械師的救星怎么就變成了這般呢？

其實，這個“機身自動直立建造”工藝并不是全自動，由于該系統(tǒng)中沒有剛性的工裝，波音需要讓777機身部件供應(yīng)商在蒙皮壁板、框和地板橫梁中鉆出額外的孔，以便在裝配時對齊這些部件進行精準接合。

開始裝配前，14個大壁板經(jīng)由AGV小車運輸進入到工作站， 機械師將其抬起放置到托架上，讓這些孔對準，然后給壁板裝上臨時緊固件，讓這些部件連在一起。

當機身段拼接成桶形后，就會移動到自動化單元，由4臺機器人施加永久緊固件，然后柔性工裝分開，機身段移動到下一環(huán)節(jié)，機械師開始在機器人到不了的受限空間里，手動插入剩余的緊固件和支架。

本來這個FAUB是要處理每個機身段緊固工作中最困難的那20%，可是實際上精度配合卻成了大問題。

2016年上半年，一臺機器人在工作時嚴重劃傷了一架中國東方航空公司訂購的777機身金屬蒙皮壁板，導(dǎo)致它必須被換掉。

盡管負責(zé)監(jiān)督777系列生產(chǎn)的副總裁堅稱，這是操作機器人的機械師出的偶發(fā)性錯誤，但系統(tǒng)還是被停用了好幾個星期。

2016年8月，一架大韓航空的777貨機裝配過程中，工程師發(fā)現(xiàn)這套系統(tǒng)安裝的幾百個鉚釘精度都達不到要求，結(jié)果這些這些鉚釘必須全部拆下來返工。

由于波音生產(chǎn)民機的生產(chǎn)節(jié)拍要求極為嚴格，像拆鉚釘返工這種程序，就不能影響正常的生產(chǎn)節(jié)拍，只能順延到下一個環(huán)節(jié)，于是，機械師們又只能把拆下的鉚釘控裝上臨時緊固件，把機身弄得跟豪豬一樣。

然后，機械師們發(fā)現(xiàn)，像這樣裝配缺陷導(dǎo)致的返工，他們的工作量比沒安裝這個系統(tǒng)的時候還要多不少，而且有的時候，他們還要干一些機器人來不及完成的緊固，這讓他們怨聲載道。

雖然波音當時堅持認為，這些是陣痛，嘗試通過停用系統(tǒng)、更新軟件來解決問題，但是效果實在是差強人意。

2019年6月，波音決定取消研發(fā)部署了六年的“機身自動正立建造”系統(tǒng)，用六個月的時間將中機身前后段的工藝，過渡恢復(fù)到原來的“柔性導(dǎo)軌鉆孔”工藝。

波音使用的這種“柔性導(dǎo)軌鉆孔”系統(tǒng)，2條柔性導(dǎo)軌真空吸附在飛機結(jié)構(gòu)件上，導(dǎo)軌上裝有小車， 內(nèi)有鉆孔主軸，鉆孔系統(tǒng)在導(dǎo)軌上爬行并自動鉆孔，只需要在桶形機身上鋪設(shè)一條環(huán)形軌道，小車繞機身一圈就把孔鉆完。

這個系統(tǒng)只負責(zé)鉆孔，機械師負責(zé)手動加裝緊固件，不像以前FAUB那樣既鉆孔又裝緊固件，錯誤率大大降低。

其實，“柔性導(dǎo)軌鉆孔”系統(tǒng)即使在圓形導(dǎo)軌上重復(fù)進行了3000次鉆孔操作，也能完全相同且與蒙皮法向垂直的孔。

當年777中機身裝配最早引入該系統(tǒng)時，很快就消除了93%的缺陷，兩年后這一數(shù)字達到98%，直到被后來的FAUB替代。

航空工業(yè)可以說是先進制造業(yè)的巔峰，從自動化制造再返回到人工操作，聽起來很反智，而實際上這是功能和成本的選擇。

理論上講，一切人能做的機器人按說都能做，機器人作為機械化的勞動力，確實不會像人那樣生病、疲勞，甚至幾乎不需要休息，在許多需要非人體工程學(xué)姿勢的工作中，一臺機器人就能代替4～6名機械師的工作，能減少不少職業(yè)傷害。

機器也可以輕松應(yīng)對很多人幾乎不可能完成的動作，比如說一秒鐘給工件鉆上百個孔，在人力不可及的地方進行緊固等等，這都只需要在機器上加一些電機之類的結(jié)構(gòu)就可以了。

但是，在某些情況下，機器人確實無法與人的手和眼睛的靈巧性、獨創(chuàng)性和精確度相提并論，往往在人看來很簡單的動作，如果讓機器來做的話就非常難。

像把螺絲從一個盒子里拿出來，再放到另一個盒子里，一個兩歲的小孩兒就可以不費吹灰之力辦到，但如果是機器人的話，就涉及到機器視覺、軌跡控制、力反饋等等現(xiàn)在難以解決的技術(shù)難題。

而且在一些特殊領(lǐng)域，人工的加工精度要強于機器，加工高精度、易變形、超小和超大尺寸、光潔度高的工件，往往都需要上人工。

像一般的機床加工精度能達到并在加工過程中穩(wěn)定在1絲公差就算很好的了，那么小于1絲公差的尺寸就需要老師傅上手了。

加工Ra0.4、Ra0.2這種鏡面，單靠機器加工的話肯定會出很多廢品率，只能依靠磨床加上老師傅的雙手。

在紀錄片《大國工匠》里，就曾報道過沈飛的標準件中心鉗工沈文墨，他就是靠雙手去加工出千分之三毫米的精度，這只有頭發(fā)絲的1/25，數(shù)控機床很難達到，不少殲-15戰(zhàn)機的核心部件都是經(jīng)過他手的。

波音FAUB的失敗可能就跟多自由度機械臂的誤差累積，以及靠近蒙皮區(qū)域的減速控制不力有關(guān)，畢竟使用機械的目的并不是主要因為它的精度，而是因為它的效率，所以在設(shè)計機械時往往考慮的時單一情況，而人作為最精密復(fù)雜的構(gòu)造，則是用來應(yīng)對不同的突發(fā)情況的。

比如數(shù)控機床的效率非常高，但是容錯率很低，而且有很多邊邊角角的地方也加工不到，而鉗工則是是多面手，可應(yīng)對各種復(fù)雜情況，就是效率極其低下。

真要非要用機械代替人工也不是不可以，畢竟現(xiàn)在人借助機器已經(jīng)能進行原子層面的操作了，但是畢竟制造專用機器的成本在那擺著，每提高一個等級的精度，機器的成本可能會呈指數(shù)倍增長，在商業(yè)用途上，并不會因此而放棄人工。

所以，在加工和制造的時候，往往是有的時候用機械，有的時候用人工，畢竟做產(chǎn)品還是要考慮綜合成本的，肯定哪樣低選哪個。

再者說，越是要求高的行業(yè)領(lǐng)域，其操作標準就越細致，人為偏差就會越小，像民航業(yè)內(nèi)任何手工操作都有標準施工（SPM）手冊可循，這個手冊規(guī)范人工在航空器制造、裝配、修理等等各方面的標準要求。

有了標準施工，就可以避免經(jīng)驗不同帶來的個人偏差，比如說擰8號螺絲的時候，老手可能會用15牛米的力矩，而新手可能就會用20牛米的力矩，結(jié)果可能就會造成工件過緊。

而在標準施工中，每個尺寸的緊固件都有標準的磅緊力矩，緊固順序也是固定好的，這樣一來工人的操作就會像是流水線操作，盡可能避免了人為誤差。

除了標準施工手冊，廠家的技術(shù)手冊也能轉(zhuǎn)換成公認的工卡，在操作流程中，工人只需要按照工卡的要求按順序執(zhí)行每一道工序即可。

正是這些看起來簡單、重復(fù)、乏味、缺乏創(chuàng)造性的標準化程序，加上各個系統(tǒng)足夠的安全余量，才造就了航空業(yè)極低的事故率。

如今，隨著AI技術(shù)的普及，可能人比機器更加擅長的識別、測量、匹配、分析，將會迎來挑戰(zhàn)，而在AI技術(shù)加持下的機器肯定會更加優(yōu)秀。

像上面講過的庫卡公司為制造F-35戰(zhàn)斗機進氣道開發(fā)的雙機器人協(xié)同鉆孔系統(tǒng)，就是在美空軍的支持下，制造成熟度等級從3一步步提升到了9，實現(xiàn)了質(zhì)量和效率的同步提升。

而波音的FAUB雖然失敗了，但是這也會讓波音更好地處理人工和自動機器的關(guān)系，從而設(shè)計更好的流程和設(shè)備。

事物的發(fā)展過程是螺旋上升的發(fā)展過程，人工還是自動在將來肯定還會有碰撞，我們也沒必要擔(dān)心進化的機器會取代人類成為主宰，畢竟最復(fù)雜精密的人腦所產(chǎn)生的思維，是機器取代不了的。

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