前几天，《人民日报》报道了沈飞“90后”高级技师杨国心的事迹，说是他为战机加工的零件精度可精准控制在0.005毫米，相当于一根头发丝的二十分之一！
这个精度是他用手工加工的精度，而杨国心的师傅“大国工匠”方文墨，则是在2016年创造了手工精密锉削0.003毫米加工公差的“文墨精度”，刷新了国产航空零部件加工的标准精度。
▲方文墨
看到这里，可能就有网友会有疑问，战斗机零件制造都应该在现代化的生产厂房，用自动化生产线啊，怎么科技进步到现在了还需要人工手搓零件呢？这跟现代战机高大上的形象完全不搭边啊！
实际上，现代战机的生产是离不开手工的。央视军事频道《国防科工》就曾报道了一位叫李世峰的西飞高级钣金工，他就是用一把锤子，通过一锤一凿把金属板敲成“薄纸”，参与到几百架战机的制造当中。
之所以要用到人工拿锤子敲，这是因为现代战机机身所用的是非常特殊的材料，原料在进厂时都是软料，初次定型后，只有要先经过一次500℃的高温处理，再经过一次30℃的常温处理，金属强度才能达到装备要求。
而这一热一冷就会让金属板产生不规则的应力变形，材料越薄变形就越厉害，那么这个时候就需要复原调校，要想把一张凹凸不平的金属板，锤得跟一张薄纸一般平整，就需要极其高超的手工打磨技术。
像李世峰加工的机身和尾翼连接处薄板，仅有0.5毫米厚，要做到和机身完美贴合，间隙精度不能超过0.02毫米，一根头发丝都穿不过去，否则一旦有间隙，就会不密封，在高速飞行时就有可能从那个部位撕裂，导致战机。
在西飞，歼轰-7A、轰-6K和运-20的零件，大概有占飞机机身40%-70%的零件都是依靠机床加工再手工修整出来的，而像这样通过手工打造飞机钣金零件，也是国际上通行的方式。
现在全世界到处飞的波音737、757、767、777型等各种大型民航机，也都是在西雅图的工厂这样敲出来的，而这也是他们曾经采用自动化加工之后“版本回滚”的结果。
2013年时，作为全球世界四大机器人厂商之一的库卡曾给波音搞了一个叫作“机身自动直立建造”工艺（FAUB）的装配流程。
在此之前，库卡公司的“集成装配线”被运用在F-35中机身的装配，其中大量应用了机器人、激光测量、无人导向车、射频识别、平板操作等先进的技术。
▲库卡集成的F-35 进气道双机器人协同装配单元
波音看这效果不错，就想把这套工艺用到777系列飞机的制造上，改进传统依靠人工的工艺流程。
在传统的中机身前后段装配流程中，机身被安装在一个大芯轴上，装配下半部分时先把机身翻过来，等装配上半部分时再翻回去，期间需要人工在蒙皮壁板需要由人工钻孔、锪孔并安装紧固件。
而波音的FAUB工艺则是在安装紧固件时，把桶形的机身固定在一个大托架中，由两组共四台机器人分别在机身内外负责钻孔和紧固件的紧固。
其中一组在机身上半部分工作，另一组在下半部分，机器人的多功能末端执行器上安装有小型摄像头，把实时图像传输到监测电脑，从而控制机器人移动并进行诊断。
▲B777X 前机身段的库卡双机器人协作装配系统 这样一来就免了人工装配的刚性工装夹持，也省得翻转机身了，而且还让机械师的工伤减少了40%，不用天天费劲巴拉打螺丝了。 可天并不遂人愿，FAUB在2015年刚装好，到了2016年就变成了机械师口中的“噩梦”。
▲还未拼接成桶形的机身壁板
这是因为FAUB工艺并非全自动，由于没有刚性的工装，蒙皮壁板、框和地板横梁中就得钻出额外的孔，以便装配时精准对齐结合。
当机身段拼接成桶形后，就会移动到自动化单元，由4台机器人施加永久紧固件，然后柔性工装分开，机身段移动到下一环节，机械师开始在机器人到不了的受限空间里，手动插入剩余的紧固件和支架，而问题就出在这个阶段。
▲精度需要工程师仔细检查
2016年上半年，一台机器人在工作时严重划伤了一架中国东方航空公司订购的777机身金属蒙皮壁板，导致壁板报废。 2016年8月，工程师发现一架大韩航空的777货机上，FAUB安装的几百个铆钉精度都达不到要求，必须要全部拆下来返工，这就大大增加了机械师们的工作量，搞得怨声载道。
波音当时本以为停用系统、更新软件就能解决问题，但是实际效果实在是差强人意，无奈之下，只得在2019年又用回到了原来的“柔性导轨钻孔”工艺。
这就是2条柔性导轨真空吸附在飞机结构件上，导轨上装有小车，内有钻孔主轴，钻孔系统在导轨上爬行并自动钻孔，只需要在桶形机身上铺设一条环形轨道，小车绕机身一圈就把孔钻完。
▲柔性导轨钻孔系统 自动系统只负责钻孔，机械师负责手动加装紧固件，这样就使得错误率大大降低，其实当年777中机身装配最早引入该系统时，就已经能消除98%的缺陷了，可到后来被FAUB取代了。 从自动化制造再返回到人工操作，听起来很low，可实际上这是功能和成本选择的最优解。
理论上讲，所有人能加工的都能用机器做出来，机器也能轻松完成很多人几乎不可能完成的高难度动作，而且机器也不会像人那样生病、疲劳，但在某些情况下，如果让机器来做人看来很简单的动作的话，就非常难，或者说代价极大。
比如说要想把香皂从香皂盒里取出来放进包装袋，人工的话毫不费力，但如果用机器的话就涉及到视觉定位、轨迹控制、力反馈等复杂问题。
还有就是在加工高精度、易变形、超小和超大尺寸、光洁度高的工件时，人工的加工精度要强于机器，只是很多人都过于低估人手的精度了，要知道早在十九世纪，就有工匠能雕刻1/200毫米精度以上的均匀光栅，误差保持在10%以下。
像现在一般的机床加工精度能达到并在加工过程中稳定在1丝公差就算很好的了，精度再高一些就需要老师傅上手了，还有加工Ra0.4、Ra0.2这种镜面，单靠机器加工的话废品率肯定要爆表，只能依靠磨床加人工。
而且加工还得考虑零件的变形，一般来说，工件都是先用铣削加工到接近千分之几的范围的尺寸，送去热处理，把残余的压力释放出来，然后再送到技师手上进行打磨。
尤其是在工件精度达到千分之一的情况下，即便是高精密机床加工，由于夹紧力的释放，也会使工件产生变形，而且机加工产生的热也会造成工件的扭曲。
而人工没有任何的装夹力，也不会产生热量，所以精度要高很多，像早期潜艇螺旋桨完美的阿基米德螺线就是靠人工加工出的。
再者说，要求越高的行业，操作标准就越细致，像航空制造业内任何手工操作都有标准施工手册，用来规范人工在制造、装配、修理等各方面的标准，这就可以避免个人经验不同带来的偏差。
再就是出于成本的考虑，每提高一个等级的精度，机器的成本可能会呈指数倍增长，除非这个工件达到一定的生产规模，单件成本才会均摊降低，而飞机零件本身就产量很小，专用机床少，自然是用人工更省钱了。
当然了，事物的发展会是螺旋上升的过程，在将来，人工与机器肯定还会有碰撞，咱么也大可不必担心机器会取代人类，毕竟拥有最复杂精密人脑的我们，这点自信还是要有的。
发表于 2024-5-9 23:00:55
支持
反对
