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走进空客汉堡工厂,探秘全球一流大飞机如何制造?

2023/11/13    来源:e-works    作者:e-works  杨培      
关键字:空中客车  航空业  德国-丹麦考察  智慧天空  
当地时间2023年10月26日下午,e-works第十二届德国-丹麦工业4.0考察团走进了空客德国汉堡工厂,参观了空客A320、A330和A350系列机型的总装车间,实地感受了民用飞机的生产制造过程,并具体了解了空客近年来在数字化转型以及绿色可持续发展的具体实践。
       空中客车(AIRBUS)公司是全球航空航天业的先驱以及业界领先的飞机制造商。上世纪70年代,AIRBUS由法国、德国、西班牙和英国四国政府联合成立,自那时起,AIRBUS便开始了一系列创新之旅,为全球航空业带来了许多重要的技术突破。

       如今,空客公司由欧洲宇航防务集团全资持有,总部设在法国图卢兹,全球员工约13万人,业务遍及欧洲、美洲、非洲和中东以及亚太地区,在全球拥有法国图卢兹、德国汉堡、美国莫比尔和中国天津四大总装基地。在过去的几十年里,空客相继推出了一系列民用客机型号,包括A300、A310、A320、A330、A340、A350和A380系列等,并牢固地掌握了全球约一半的民用客机订单。

       当地时间2023年10月26日下午,e-works第十二届德国-丹麦工业4.0考察团走进了空客德国汉堡工厂,参观了空客A320、A330和A350系列机型的总装车间,实地感受了民用飞机的生产制造过程,并具体了解了空客近年来在数字化转型以及绿色可持续发展的具体实践。

空客德国汉堡工厂

空客德国汉堡工厂

基于精益管理的脉动式生产

       作为创建空中客车公司的关键国家之一,德国在飞机设计和制造方面有着悠久的历史,也是空客公司一些最大和最重要的业务的所在地。空客德国汉堡工厂是空客商用飞机在德国的总部,也是空客在德国规模最大的企业。该工厂位于汉堡市中心西面10公里处,主要负责空客A320、A330和A350系列客机的涂装、总装及交付等,厂区就如小镇,基础设施一应俱全。

       与波音公司的飞机制造一个很大的不同是,空客公司在法、德、中、美等国的工厂只生产飞机的一部分部件。因此,从现场可以看到,空客德国汉堡工厂还建有机场和塔台,机场跑道长达3200米。每天空客公司的“大白鲸”运输机(Beluga)都会在这里频繁起飞和降落,以在不同工厂之间运送部件;而且,总装完成的飞机也会在这里进行试飞以及最后的交付。

       走进空客A320、A330和A350系列客机的总装车间,可以看到车间采用的是如今在飞机制造业普遍采用的脉动式装配生产线(Pulse Assembly Lines),工人们正在井然有序地进行飞机的装配作业。

空客汉堡工厂总装车间

空客汉堡工厂总装车间(图源:空军之翼)

       顾名思义,脉动生产线就是像人的脉搏一样一定时间跳动一次。该生产线最初从美国福特公司的移动式汽车生产线衍生而来,是通过设计飞机装配环节中的各个流程,完善人员配置与工序过程,把装配工序均衡分配给相应作业站位,让飞机以固有的节拍在站位上进行脉冲式移动,操作人员则要在固定站位完成飞机生产装配工作。脉动装配生产线还可以设定缓冲时间,对生产节拍要求不高,当生产某个环节出现问题时,整个生产线可以不移动,或留给下个站位去解决,当飞机的装配工作全部完成时,生产线就脉动一次,转入下一个环节或出厂。

       脉动式的装配方式的特点在于生产具有明显的节奏性、工位的专业化程度高以及装配进度易于把握,优势在于通过现有生产资源的合理规划和整合,能够有效提高飞机总装装配效率、改善产品装配质量,并能降低工人劳动强度,改善装配现场操作环境,实现飞机低成本、高质量和快速响应制造。

       据介绍,目前在空客汉堡工厂,由于主力机型A320需求量大且市场竞争激烈,一架飞机一般在90天内总装完成,而订单相对较少的A330和A350总装完成则需要12个月。

       在质量检验方面,空客汉堡工厂实行四层质量管理与监督机制:首先,车间的每个站位、每个工序都会进行自检,工作一步检查一步;其次,工厂还配备了专门的检查员,每个检查员负责检查其中的一个工序;此外,监管机构(如空管局)和客户(如各大航空公司)也会不定期对生产进度、装配质量等进行监督。通过这四层质量管理和监督机制,工厂能够确保装配作业几乎不会出现不可逆转的错误。

       在自动化方面,由于空客是制造飞机这种极其复杂的产品,装配过程非常复杂,且相较于其它工业产品,飞机制造等订单批量也相对较少,因此空客目前仍然大量采用人工来完成装配工作。但是,目前空客也在逐步探索在部分环节实现自动化。

       例如,在德国汉堡工厂于2018年启用的第四条A320系列飞机总装线中,就拥有两个用于自动化机身钻孔的七轴机器人。这些机器人能够在机身段上方完成几乎80%的钻孔工作,从而改善人体工程学的工作环境。机器人还可以以更高的精度进行钻孔,以确保生产质量的恒定水准,从而减少返工。此外,新总装线具有创新的布局,并使用移动工具平台,可利用激光跟踪器实施自动导航。

A320系列飞机总装线上的钻孔机器人

A320系列飞机总装线上的钻孔机器人(图源:空中客车微信公众号)

行业领先的数字化转型实践

       近年来,随着数字化技术的快速兴起与蓬勃发展,并在与实体制造业融合、促进实体制造业转型升级方面展现出了巨大潜能,飞机制造企业也纷纷加快数字化转型步伐,探索数字化技术在研发、设计、制造和运维等环节的应用。而空客在数字化技术的探索与应用上则处于行业领先水平。

       例如,研发设计环节,从A350XWB项目开始,空客对其数字化工具进行了全面升级:一是采用Enovia产品生命周期管理(PLM)解决方案,作为A350XWB设计数据的中央存储器和输送装置,帮助工程师更好地进行数据管理;二是采用CAD虚拟设计工具CATIA,以解决A350XWB超大型组件的设计问题;三是空客在A350XWB的设计中大量使用了有限元分析软件,帮助工程师了解新材料的性能和应力等问题;四是在A350XWB的研制过程中,空客还利用Enovia平台的协同技术,通过耳机或沉浸式投影机系统Cave技术与3D虚拟现实系统共同使用,使得工程师可以在飞机设计过程中就对机内零件实现可视化,使飞机系统组装可视化。如此一来,除了有助于设计工程师开展设计验证,还能够使从事飞机零件设计的所有工程师获取传输至VR兼容模块的三维设计数据。

       在生产制造环节,早在 2011年,空客就与Ubisense集团合作,通过使用其开发的“智能空间”解决方案,在A350XWB总装生产线部署了数字孪生技术。基于这一方案,空客通过在关键工装、物料和零部件上使用RFID识别技术,生成A350XWB总装线的数字孪生,使制造流程完全可视化,工艺装备及其在部装厂和总装厂内的分布情况也能一目了然,从而能够通过模型预测生产中可能遇到的瓶颈,提前解决问题,不断提高飞机总装效率。如今,“智能空间”解决方案已经在包括A330、A400M等的生产线上得到应用。

       而且,在碳纤维增强基复合材料(carbon fibre-reinforced polymer,CFRP)机身结构的组装过程中,由于CFRP组件的存在,在组装过程中要求剩余应力不得超过特定值,而为达到减小剩余应力的目的,空客开发了应用数字孪生技术的大型配件装配系统,对装配过程进行自动控制以减少剩余应力。
 

各定位单元协同引导装配过程

各定位单元协同引导装配过程(图源:智造苑)

       在客户服务方面,空客与Palantir公司合作开发了“智慧天空”(Skywise)航空大数据平台,通过该平台,航空公司的工作订单、备件消耗、零件数据、飞机机队布局、机载传感器数据和航班时刻等相关资源将被整合,从而能够帮助航空公司从数据中创造价值,实现事件跟踪和处理、过站时间分析、运营分析、预防性维护、可靠性分析和基准分析,以及支持维护决策等,进而更好地优化内部运营流程,节约成本并提升安全水平。

       如今,空客也在继续积极探索数字化技术的应用,在致力于提升自身运营效率和飞机产量,并解决员工痛点,让员工工作变得更方便、高效的同时,也为客户飞机的监造交付等提供便利化和多元化的辅助技术手段,以提升客户体验,并最大化降低客户成本。

塑造绿色可持续飞行的未来

       2021年,国际航协(IATA)在其第77届年会上批准了全球航空运输业于2050年实现净零碳排放的决议,这比之前提出的“2050年较2005年实现50%碳减排”的目标更进一步。2022年10月,国际民航组织(ICAO)各成员国在其第41届会员大会上确定了长期气候目标,即在2050年前实现国际航空业务的净零排放。而作为业界领先的飞机制造商,空客近年来正通过产品设计创新与改进,部署新型材料和可持续航空燃料、开发电动和混合电动推进技术等手段,助力全球航空业实现绿色减碳乃至脱碳的雄心。

       例如,空客A320neo系列飞机采用了包括新一代发动机和鲨鳍小翼(Sharklets wingtip)在内的新科技,单座燃油消耗降低20%,与上一代飞机相比,噪声影响面积降低近50%,每年每架飞机可减少排放二氧化碳约900吨,从而带来了显著的环境效益。除了新机型标配之外,空客也可为现役车队提供改装服务,为航空公司进一步提高燃油效率和减少碳排放带来新的机会。

空客A320neo系列飞机

空客A320neo系列飞机(图源:空客官网)

       空客A350飞机拥有全新的气动设计,机身和机翼采用碳纤维复合材料制造,动力源于罗尔斯-罗伊斯公司生产的全新高效的发动机,这些先进技术使A350具有出色的运营效率,其燃油消耗和二氧化碳排放均可降低25%,维护成本也大幅下降,为实现航空业可持续发展发挥着至关重要的作用。

       而且,空客也积极推动使用可持续航空燃料(sustainable aviation fuel,SAF)用于交付飞行,并计划到2030年确保所有机型都能使用100% SAF燃料飞行。据介绍,可持续航空燃料是以废物、与食物无冲突的生物质、绿氢和直接空气碳捕获而产生。与传统的化石燃料相比,SAF燃料在整个生命周期中能够平均减少80%的排放,并且可以和航空煤油混合使用。

       此外,空客也在致力于开发、构建和测试替代推进系统,该系统可由电力、氢能、太阳能甚至混合动力解决方案提供动力,以使航空业能够颠覆性地减少二氧化碳排放。

后记

       本次考察团走进空客德国汉堡工厂,通过一下午的时间,现场观摩空客飞机的总装过程,并了解其在产品创新设计、绿色可持续发展的探索和实践,不仅让人大为震撼,也更收获满满。特别是空客推动高效化生产的过程中,不为了自动化而自动化,而是基于自身的生产特点与实际需求,选择最适合自身的生产作业方式,同时积极探索数字化技术的应用以及绿色可持续发展的路径,也非常值得借鉴和学习。

考察团在空客汉堡工厂合影

考察团在空客汉堡工厂合影
责任编辑:程玥
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