來源：軍武次位面

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

(相關(guān)資料圖)

自動(dòng)化流水線

要不就是下面這樣：

自動(dòng)化流水線

反正就應(yīng)該搞的是自動(dòng)化流水線，全廠見不到幾個(gè)人，各種機(jī)器人、機(jī)械手在上下翻騰，然后一架架標(biāo)準(zhǔn)化的飛機(jī)就出爐了。

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

飛機(jī)裝配工廠

2013年，庫(kù)卡系統(tǒng)公司北美分部在美國(guó)阿納科特斯的波音研發(fā)設(shè)施內(nèi)，秘密進(jìn)行了一項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)測(cè)試和制造成熟度提升工作。

作為全球世界四大機(jī)器人廠商之一的庫(kù)卡，那年在美國(guó)可以說是風(fēng)頭無兩，他們的“集成裝配線”被運(yùn)用在美國(guó)空軍F-35戰(zhàn)斗機(jī)中機(jī)身的裝配工作，其中大量應(yīng)用了機(jī)器人、激光測(cè)量、無人導(dǎo)向車（AGV）、射頻識(shí)別（RFID）、平板操作等先進(jìn)的技術(shù)。

庫(kù)卡的F-35進(jìn)氣道雙機(jī)器人協(xié)同裝配單元

那時(shí)的波音已經(jīng)在787項(xiàng)目上通過運(yùn)用一系列自動(dòng)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(cuò)誤返工，降低了質(zhì)量成本。

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

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

大芯軸

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

波音把新的裝配流程叫作“機(jī)身自動(dòng)直立建造”工藝（FAUB），在安裝緊固件時(shí)，桶形的機(jī)身不在裝在軸上，而是固定在一個(gè)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(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)鉆孔任務(wù)， 并安裝6萬(wàn)多個(gè)緊固件，其中，每一對(duì)機(jī)器人為一組，分別在機(jī)身內(nèi)外負(fù)責(zé)鉆孔和緊固，一組在機(jī)身上半部分工作，另一組在下半部分。

四臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)鉆孔任務(wù)

機(jī)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(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)電腦，從而控制機(jī)器人移動(dòng)并進(jìn)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(duì)于這項(xiàng)技術(shù)革新，全廠上下都難掩興奮之情。

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

中機(jī)身結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，用上機(jī)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(diǎn)新技能。

777生產(chǎn)工程總師也興致勃勃地說，機(jī)械師可以使用AGV小車移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)身大部件，這個(gè)系統(tǒng)可以制造所有777型別，包括777X，簡(jiǎn)直方便極了。

正在裝配波音777X整體翼梁的庫(kù)卡機(jī)器人

故事講到這兒，應(yīng)該算是個(gè)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(jī)械師口中的“可怕的失敗”和“噩夢(mèng)”。

機(jī)械師的救星怎么就變成了這般呢？

其實(shí)，這個(gè)“機(jī)身自動(dòng)直立建造”工藝并不是全自動(dòng)，由于該系統(tǒng)中沒有剛性的工裝，波音需要讓777機(jī)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(shí)對(duì)齊這些部件進(jìn)行精準(zhǔn)接合。

開始裝配前，14個(gè)大壁板經(jīng)由AGV小車運(yùn)輸進(jìn)入到工作站， 機(jī)械師將其抬起放置到托架上，讓這些孔對(duì)準(zhǔn)，然后給壁板裝上臨時(shí)緊固件，讓這些部件連在一起。

機(jī)身段拼接成桶形

當(dāng)機(jī)身段拼接成桶形后，就會(huì)移動(dòng)到自動(dòng)化單元，由4臺(tái)機(jī)器人施加永久緊固件，然后柔性工裝分開，機(jī)身段移動(dòng)到下一環(huán)節(jié)，機(jī)械師開始在機(jī)器人到不了的受限空間里，手動(dòng)插入剩余的緊固件和支架。

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

2016年上半年，一臺(tái)機(jī)器人在工作時(shí)嚴(yán)重劃傷了一架中國(guó)東方航空公司訂購(gòu)的777機(jī)身金屬蒙皮壁板，導(dǎo)致它必須被換掉。

盡管負(fù)責(zé)監(jiān)督777系列生產(chǎn)的副總裁堅(jiān)稱，這是操作機(jī)器人的機(jī)械師出的偶發(fā)性錯(cuò)誤，但系統(tǒng)還是被停用了好幾個(gè)星期。

2016年8月，一架大韓航空的777貨機(jī)裝配過程中，工程師發(fā)現(xiàn)這套系統(tǒng)安裝的幾百個(gè)鉚釘精度都達(dá)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(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍要求極為嚴(yán)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(gè)環(huán)節(jié)，于是，機(jī)械師們又只能把拆下的鉚釘控裝上臨時(shí)緊固件，把機(jī)身弄得跟豪豬一樣。

然后，機(jī)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(gè)系統(tǒng)的時(shí)候還要多不少，而且有的時(shí)候，他們還要干一些機(jī)器人來不及完成的緊固，這讓他們?cè)孤曒d道。

機(jī)械師們發(fā)現(xiàn)因裝配缺陷導(dǎo)致的返工并不少見

雖然波音當(dāng)時(shí)堅(jiān)持認(rèn)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(shí)在是差強(qiáng)人意。

2019年6月，波音決定取消研發(fā)部署了六年的“機(jī)身自動(dòng)正立建造”系統(tǒng)，用六個(gè)月的時(shí)間將中機(jī)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(jī)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(dòng)鉆孔，只需要在桶形機(jī)身上鋪設(shè)一條環(huán)形軌道，小車?yán)@機(jī)身一圈就把孔鉆完。

小車?yán)@機(jī)身一圈就把孔鉆完

這個(gè)系統(tǒng)只負(fù)責(zé)鉆孔，機(jī)械師負(fù)責(zé)手動(dòng)加裝緊固件，不像以前FAUB那樣既鉆孔又裝緊固件，錯(cuò)誤率大大降低。

其實(shí)，“柔性導(dǎo)軌鉆孔”系統(tǒng)即使在圓形導(dǎo)軌上重復(fù)進(jìn)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(dāng)年777中機(jī)身裝配最早引入該系統(tǒng)時(shí)，很快就消除了93%的缺陷，兩年后這一數(shù)字達(dá)到98%，直到被后來的FAUB替代。

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

從自動(dòng)化制造再返回到人工操作是功能和成本的選擇

理論上講，一切人能做的機(jī)器人按說都能做，機(jī)器人作為機(jī)械化的勞動(dòng)力，確實(shí)不會(huì)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(shì)的工作中，一臺(tái)機(jī)器人就能代替4～6名機(jī)械師的工作，能減少不少職業(yè)傷害。

機(jī)器可以輕松應(yīng)對(duì)很多人幾乎不可能完成的動(dòng)作

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

但是，在某些情況下，機(jī)器人確實(shí)無法與人的手和眼睛的靈巧性、獨(dú)創(chuàng)性和精確度相提并論，往往在人看來很簡(jiǎn)單的動(dòng)作，如果讓機(jī)器來做的話就非常難。

像把螺絲從一個(gè)盒子里拿出來，再放到另一個(gè)盒子里，一個(gè)兩歲的小孩兒就可以不費(fèi)吹灰之力辦到，但如果是機(jī)器人的話，就涉及到機(jī)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。

老師傅手工完成工作

而且在一些特殊領(lǐng)域，人工的加工精度要強(qiáng)于機(jī)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。

老師傅手工完成工作

像一般的機(jī)床加工精度能達(dá)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(jī)器加工的話肯定會(huì)出很多廢品率，只能依靠磨床加上老師傅的雙手。

在紀(jì)錄片《大國(guó)工匠》里，就曾報(bào)道過沈飛的標(biāo)準(zhǔn)件中心鉗工方文墨，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(jī)床很難達(dá)到，不少殲-15戰(zhàn)機(jī)的核心部件都是經(jīng)過他手的。

鉗工方文墨靠雙手去加工出千分之三毫米的精度

波音FAUB的失敗可能就跟多自由度機(jī)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(jī)械的目的并不是主要因?yàn)樗木龋且驗(yàn)樗男?，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)往往考慮的時(shí)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(duì)不同的突發(fā)情況的。

比如數(shù)控機(jī)床的效率非常高，但是容錯(cuò)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(duì)各種復(fù)雜情況，就是效率極其低下。

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

所以，在加工和制造的時(shí)候，往往是有的時(shí)候用機(jī)械，有的時(shí)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(gè)。

再者說，越是要求高的行業(yè)領(lǐng)域，其操作標(biāo)準(zhǔn)就越細(xì)致，人為偏差就會(huì)越小，像民航業(yè)內(nèi)任何手工操作都有標(biāo)準(zhǔn)施工（SPM）手冊(cè)可循，這個(gè)手冊(cè)規(guī)范人工在航空器制造、裝配、修理等等各方面的標(biāo)準(zhǔn)要求。

標(biāo)準(zhǔn)施工手冊(cè)

有了標(biāo)準(zhǔn)施工，就可以避免經(jīng)驗(yàn)不同帶來的個(gè)人偏差，比如說擰8號(hào)螺絲的時(shí)候，老手可能會(huì)用15牛米的力矩，而新手可能就會(huì)用20牛米的力矩，結(jié)果可能就會(huì)造成工件過緊。

而在標(biāo)準(zhǔn)施工中，每個(gè)尺寸的緊固件都有標(biāo)準(zhǔn)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(huì)像是流水線操作，盡可能避免了人為誤差。

除了標(biāo)準(zhǔn)施工手冊(cè)，廠家的技術(shù)手冊(cè)也能轉(zhuǎn)換成公認(rèn)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(jiǎn)單、重復(fù)、乏味、缺乏創(chuàng)造性的標(biāo)準(zhǔn)化程序，加上各個(gè)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(jī)器更加擅長(zhǎng)的識(shí)別、測(cè)量、匹配、分析，將會(huì)迎來挑戰(zhàn)，而在AI技術(shù)加持下的機(jī)器肯定會(huì)更加優(yōu)秀。

像上面講過的庫(kù)卡公司為制造F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道開發(fā)的雙機(jī)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(jí)從3一步步提升到了9，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量和效率的同步提升。

飛機(jī)裝配工廠

而波音的FAUB雖然失敗了，但是這也會(huì)讓波音更好地處理人工和自動(dòng)機(jī)器的關(guān)系，從而設(shè)計(jì)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(dòng)在將來肯定還會(huì)有碰撞，我們也沒必要擔(dān)心進(jìn)化的機(jī)器會(huì)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(jī)器取代不了的。