《军武次位面》作者：军武菌

飞机不能自动化生产？

说起现在的飞机制造，尤其是大飞机的制造，在你脑子里肯定会是下面这样：

(资料图)

要不就是下面这样：

反正就应该搞的是自动化流水线，全厂见不到几个人，各种机器人、机械手在上下翻腾，然后一架架标准化的飞机就出炉了。

要是军武菌说，其实现在大飞机的装配其实还是主要靠人，甚至有个航空巨头本来用上了自动化机器，结果又返回人工装配，这你能信不？

2013年，库卡系统公司北美分部在美国阿纳科特斯的波音研发设施内，秘密进行了一项自动化系统的开发测试和制造成熟度提升工作。

作为全球世界四大机器人厂商之一的库卡，那年在美国可以说是风头无两，他们的“集成装配线”被运用在美国空军F-35战斗机中机身的装配工作，其中大量应用了机器人、激光测量、无人导向车（AGV）、射频识别（RFID）、平板操作等先进的技术。

▲库卡的F-35 进气道双机器人协同装配单元

那时的波音已经在787项目上通过运用一系列自动化技术，大大提高了装配效率，缩减了交付周期，而且减少了错误返工，降低了质量成本。

于是，波音决定把F-35项目上的技术和经验积累，用在777系列飞机的制造上，这其中就包括在中机身前后段装配上大量应用机器人，改进传统依靠人工的工艺流程。

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，装配下半部分时必须把机身翻个底朝天，然后等装配上半部分时再翻回去。

这个过程中，机身蒙皮壁板需要由人工钻孔、锪孔并安装紧固件，波音计划的就是用机器人来替代人工完成这个流程，这样也就省得翻转机身了。

波音把新的装配流程叫作“机身自动直立建造”工艺（FAUB），在安装紧固件时，桶形的机身不再装在轴上，而是固定在一个大托架中，也不需要人工装配那样的刚性工装夹持。

然后由四台机器人负责钻孔任务， 并安装6万多个紧固件，其中，每一对机器人为一组，分别在机身内外负责钻孔和紧固，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，可以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。

2015年，这套系统开始在波音埃弗里特的777系列总装厂部署，对于这项技术革新，全厂上下都难掩兴奋之情。

机械师表示以前重复的人工钻孔和紧固实在是太累了，整个后背带着肩膀和手臂都承受巨大压力，有了这个系统，就不用再亲自干这些又累又乏味的活儿了。

中机身结构团队负责人表示，用上机器人不但工伤减少了40%，而且他还能从每天繁重的打螺丝工作中解脱出来，顺便学点新技能。

777生产工程总师也兴致勃勃地说，机械师可以使用AGV小车移动机器人和机身大部件，这个系统可以制造所有777型别，包括777X，简直方便极了。

▲正在装配波音777X整体翼梁的库卡机器人

故事讲到这儿，应该算是个科技带来美好生活的完美案例，可问题是天并不遂人愿，刚到2016年，FAUB就变成了机械师口中的“可怕的失败”和“噩梦”。

机械师的救星怎么就变成了这般呢？

其实，这个“机身自动直立建造”工艺并不是全自动，由于该系统中没有刚性的工装，波音需要让777机身部件供应商在蒙皮壁板、框和地板横梁中钻出额外的孔，以便在装配时对齐这些部件进行精准接合。

开始装配前，14个大壁板经由AGV小车运输进入到工作站， 机械师将其抬起放置到托架上，让这些孔对准，然后给壁板装上临时紧固件，让这些部件连在一起。

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。

本来这个FAUB是要处理每个机身段紧固工作中最困难的那20%，可是实际上精度配合却成了大问题。

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，导致它必须被换掉。

尽管负责监督777系列生产的副总裁坚称，这是操作机器人的机械师出的偶发性错误，但系统还是被停用了好几个星期。

2016年8月，一架大韩航空的777货机装配过程中，工程师发现这套系统安装的几百个铆钉精度都达不到要求，结果这些这些铆钉必须全部拆下来返工。

由于波音生产民机的生产节拍要求极为严格，像拆铆钉返工这种程序，就不能影响正常的生产节拍，只能顺延到下一个环节，于是，机械师们又只能把拆下的铆钉控装上临时紧固件，把机身弄得跟豪猪一样。

然后，机械师们发现，像这样装配缺陷导致的返工，他们的工作量比没安装这个系统的时候还要多不少，而且有的时候，他们还要干一些机器人来不及完成的紧固，这让他们怨声载道。

虽然波音当时坚持认为，这些是阵痛，尝试通过停用系统、更新软件来解决问题，但是效果实在是差强人意。

2019年6月，波音决定取消研发部署了六年的“机身自动正立建造”系统，用六个月的时间将中机身前后段的工艺，过渡恢复到原来的“柔性导轨钻孔”工艺。

波音使用的这种“柔性导轨钻孔”系统，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。

这个系统只负责钻孔，机械师负责手动加装紧固件，不像以前FAUB那样既钻孔又装紧固件，错误率大大降低。

其实，“柔性导轨钻孔”系统即使在圆形导轨上重复进行了3000次钻孔操作，也能完全相同且与蒙皮法向垂直的孔。

当年777中机身装配最早引入该系统时，很快就消除了93%的缺陷，两年后这一数字达到98%，直到被后来的FAUB替代。

航空工业可以说是先进制造业的巅峰，从自动化制造再返回到人工操作，听起来很反智，而实际上这是功能和成本的选择。

理论上讲，一切人能做的机器人按说都能做，机器人作为机械化的劳动力，确实不会像人那样生病、疲劳，甚至几乎不需要休息，在许多需要非人体工程学姿势的工作中，一台机器人就能代替4～6名机械师的工作，能减少不少职业伤害。

机器也可以轻松应对很多人几乎不可能完成的动作，比如说一秒钟给工件钻上百个孔，在人力不可及的地方进行紧固等等，这都只需要在机器上加一些电机之类的结构就可以了。

但是，在某些情况下，机器人确实无法与人的手和眼睛的灵巧性、独创性和精确度相提并论，往往在人看来很简单的动作，如果让机器来做的话就非常难。

像把螺丝从一个盒子里拿出来，再放到另一个盒子里，一个两岁的小孩儿就可以不费吹灰之力办到，但如果是机器人的话，就涉及到机器视觉、轨迹控制、力反馈等等现在难以解决的技术难题。

而且在一些特殊领域，人工的加工精度要强于机器，加工高精度、易变形、超小和超大尺寸、光洁度高的工件，往往都需要上人工。

像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，那么小于1丝公差的尺寸就需要老师傅上手了。

加工Ra0.4、Ra0.2这种镜面，单靠机器加工的话肯定会出很多废品率，只能依靠磨床加上老师傅的双手。

在纪录片《大国工匠》里，就曾报道过沈飞的标准件中心钳工方文墨，他就是靠双手去加工出千分之三毫米的精度，这只有头发丝的1/25，数控机床很难达到，不少歼-15战机的核心部件都是经过他手的。

波音FAUB的失败可能就跟多自由度机械臂的误差累积，以及靠近蒙皮区域的减速控制不力有关，毕竟使用机械的目的并不是主要因为它的精度，而是因为它的效率，所以在设计机械时往往考虑的时单一情况，而人作为最精密复杂的构造，则是用来应对不同的突发情况的。

比如数控机床的效率非常高，但是容错率很低，而且有很多边边角角的地方也加工不到，而钳工则是是多面手，可应对各种复杂情况，就是效率极其低下。

真要非要用机械代替人工也不是不可以，毕竟现在人借助机器已经能进行原子层面的操作了，但是毕竟制造专用机器的成本在那摆着，每提高一个等级的精度，机器的成本可能会呈指数倍增长，在商业用途上，并不会因此而放弃人工。

所以，在加工和制造的时候，往往是有的时候用机械，有的时候用人工，毕竟做产品还是要考虑综合成本的，肯定哪样低选哪个。

再者说，越是要求高的行业领域，其操作标准就越细致，人为偏差就会越小，像民航业内任何手工操作都有标准施工（SPM）手册可循，这个手册规范人工在航空器制造、装配、修理等等各方面的标准要求。

有了标准施工，就可以避免经验不同带来的个人偏差，比如说拧8号螺丝的时候，老手可能会用15牛米的力矩，而新手可能就会用20牛米的力矩，结果可能就会造成工件过紧。

而在标准施工中，每个尺寸的紧固件都有标准的磅紧力矩，紧固顺序也是固定好的，这样一来工人的操作就会像是流水线操作，尽可能避免了人为误差。

除了标准施工手册，厂家的技术手册也能转换成公认的工卡，在操作流程中，工人只需要按照工卡的要求按顺序执行每一道工序即可。

正是这些看起来简单、重复、乏味、缺乏创造性的标准化程序，加上各个系统足够的安全余量，才造就了航空业极低的事故率。

如今，随着AI技术的普及，可能人比机器更加擅长的识别、测量、匹配、分析，将会迎来挑战，而在AI技术加持下的机器肯定会更加优秀。

像上面讲过的库卡公司为制造F-35战斗机进气道开发的双机器人协同钻孔系统，就是在美空军的支持下，制造成熟度等级从3一步步提升到了9，实现了质量和效率的同步提升。

而波音的FAUB虽然失败了，但是这也会让波音更好地处理人工和自动机器的关系，从而设计更好的流程和设备。

事物的发展过程是螺旋上升的发展过程，人工还是自动在将来肯定还会有碰撞，我们也没必要担心进化的机器会取代人类成为主宰，毕竟最复杂精密的人脑所产生的思维，是机器取代不了的。

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