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第38集,凯恩机器人公司的艾伦·希肯

凯恩机器人(Kane Robotics)首席运营官Alan Hiken谈到了复合材料在飞机机身结构中的历史、当前和未来的应用,以及自动化在下一代制造环境中的作用。
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第38集,凯恩机器人公司的艾伦·希肯

Alan Hiken,凯恩机器人首席运营官

Alan Hiken,凯恩机器人首席运营官。图片来源:Alan Hiken

这是CW的《谈话》第38集。在这一集中,CW的战略计划和活动总监斯科特·斯蒂芬森与凯恩机器人公司的首席运营官艾伦·海肯进行了对话。艾伦对复合材料在商业航空领域的应用有着长期的经验——特别是在机身方面。Scott将向Alan介绍他在大型飞机复合材料机身项目、美国宇航局先进复合材料技术机身、为787机身开发IML工具、IML和OML机身设计的优缺点,以及自动化在快速变化的制造世界中的作用。

Alan Hiken对CW Talks采访的成绩单

斯科特斯蒂芬森(SS):从您的生物中,我认为您对复合材料机身的演变有一个有趣的视角,在许多项目中在OEM Northrop工作,指定和承包工具材料,然后切换到工具供应商橡胶工艺,他们的工具材料这是用于复合机身的大量计划。在本书的任何一篇文章中,您描述了这种在许多合作伙伴军事和国防,学术界和工业之间的有条不紊,顽强的过程的演变。您能否在“80年代”和NASA的先进复合材料技术机身中简要讨论从较大的飞机复合材料机身计划中了解的一些经验教训吗?

Alan Hiken(啊):是的,我喜欢说我有机会坐在桌子的两侧,你被称为OEM,然后作为OEM和所有层的供应商。即使我的职业生涯进入那些不同的环境,我感到幸运有机会待与复合材料共同携带。LACF计划肯定是一场令我的记忆道,是我直接从大学工作的第一个真正的程序,我对我们所做的所有事情都没有真正的想法或欣赏。LACF是一个正确的实验室空军计划,用于定义和演示CO携带纵梁加筋机身面板的制造方法,典型的较大的飞机复合材料初级结构,全部支持在那些日子里被称为线性制造。今天的术语我们会称之为瘦,直线吞吐线性流量,自动化和成型过程,没有转移到高压灭菌器。在该计划的基础规则中,使用现有的合格材料,自动化皮肤制造,IML控制的工具以及非高压灭菌技术的使用。它真的很有点抛出厨房水槽的发展水平,到这一天,我对我们在一项方案进行了尝试的所有技术,我惊讶。自动化通过纤维置入和连续滚动成型应用。我们使用一体加热的工具,我们开发了一个十字架层压电池,并覆盖了技术,回顾一切都很惊人。

SS:所以艾伦,你确实提到了美国空军大型飞机复合材料在80年代Lacf中的机身计划。来自美国国家航空航天局的先进复合材料技术或法案机制计划的经验教训呢?他们如何与LACF不同,这只是您在ACT计划中进一步进一步进一步进一步的LACF的技术的延续吗?

啊:实际上,ACT项目规模更大,有更多的公司和大学参与,预算也更大,而且更专注于他们想要达到的目标。它确实深入研究了大型商用飞机复合材料机身、蒙皮和框架的首选结构或安排的细节,以及制造这些首选结构安排的相关制造过程。ACT项目的另一个重要组成部分是成本模型的开发,用于评估各种设计、工具方法和材料的成本效益和再现性。我认为这也是波音公司发展787结构概念的基础。他们研究了加筋蒙皮结构,结合了共固化、共粘结、粘结以及纵桁和框架与整体蒙皮或夹层板的机械连接。他们观察了AFP和用于皮肤制作的胶带长度。对于框架,他们已经在研究树脂转移模塑,压缩模塑,甚至热塑性塑料的拉挤和拉伸成型,以及各种配置,如Cs, Zs,或Js。他们得到的一个重要教训是,试图完全整合的蒙皮框架纵梁结构使用灵活的呼叫板和定制适合的橡胶袋是非常危险的开发完全整合的结构。所以他们决定在IML工具中使用纵骨的共固听觉,以及框架的机械连接作为首选概念,这就是最终787的设计。

SS:你提到IML。IML内线控制服务和OML有什么区别?

啊:传统上,飞机已经从外部建造的内外建造,您可以设置皮肤和LML控制的固定装置,并开始向飞机中心添加桁条和框架。777真的是第一架飞机是从内部建造的。在传统的LML控制的工具中,从组装过程中,从制造和组件浮动到内部的可变性您在结构之间具有可变间隙,并且它在不同尺寸和厚度上以定制适合每个间隙的厚度来寻址。利用IML控制的工具,处理变形性流到飞机的外部,这是空气动力学表面累积公差对空气动力学性能具有最小的影响,并且可以通过确保表面光滑和砂磨来解决。融化的工具较差的复杂程度较小,它的昂贵较便宜,并且可以在LML定义时在此过程中早期启动。它非常宽容对结构的变化,甚至没有影响。另一方面,IML工具更复杂和昂贵。工具无法启动,直到结构完全定义,包括所有管道堆积和层压厚度。它不是对结构的厚度的变化不是很宽容,如果存在变化,它通常需要修改。在维持纵梁位置更好,真空袋更容易,但是真正的好处是在装配过程中,您将在这一过程中节省大量时间和金钱,因为支付罚款前期并不得不等待 and define your structure before you start your tooling.

SS:你能稍微讨论一下模具设计和制造的进步是如何相互吻合的,并且在复合材料歪斜的进化过程中共同发展起来的吗?

啊:工具显然是一个推动者构建大型复合材料机身和产生非常大的不准确的工具的能力是一个关键因素,该法案计划肯定证明重要的工具是生产能力的大型综合性复合结构,大型多轴加工能力,激光测量和跟踪系统,一种可用的因瓦的广泛使用。这些都是制造787机身和A350的关键因素,当因瓦重量太大时,Spirit采用了BMI固化工具。波音公司在第46和47年也使用了复合工具,在他们遇到一些早期的室温固化工具挑战后,他们也发展成为BMI护理工具。有趣的部分BMI工具我知道贝蒂在90年代,我们使用BMI治愈工具高压釜治愈BMI F 18个项目的工具,这是一个曾经相去甚远用于C和D变异,这是湿层压玻璃纤维的工具,必须经常更换。我们过去常说工具比程序中从工具上脱落的零件要好。

SS:有趣。你提到了波音和空客。你能谈谈波音和空客使用的不同工具方法吗?

啊:是的,波音肯定是建立在ACT项目的成果和经验教训上的。,你可以在最终的设计中看到这个程序的许多元素。波音公司还采用了一种方法,即所有的合作伙伴和所有这些部件都遵循了用共混固化来制造满桶部件的类似制造过程???????。他们都使用AFP技术通过IML控制的实验室手册,该实验室手册也用作固化工具。除了尾部,所有使用多件击穿工具,在固化后从机身内部移除。正如我们谈到的那样,大多数人都没有意识到的是,因为它使用IML工具,每个飞机都有略微不同的LML。IMO控制调谐过程产生尺寸不受控制的外表面,并且使用抱怨来控制om1的平滑度和波纹,但它们漂浮,并且实际表面位置将根据原始树脂含量来改变固化以固化。预浸料,在护理循环期间可能丢失多少树脂,在打磨过程中可能会消除多少材料和绘画的制备过程。这不是传统的建造飞机的方式。另一方面,空中客车没有用作制服A350的机身制造方法。他们确实使用通常用另一个名称孵化的ombar工具和纵向加入,而且常见的是常见的,但A350例如包含一个完整的桶段,如787,但它是尾部。它不需要击穿工具,因为尾部有足够的稿,所以你能够在治愈后脱掉皮肤,所以他们不必处理击穿工具的复杂性。 The rest of the A350 follows a more conventional panel assembly approach. Now Spirit is a common supplier on both programs, and the fabrication approaches used by Spirit do share several characteristics like IML controlled tooling. On the A350 Spirit uses sector tools and look a lot like a quadrant of the section 41, the barrel section from the 787. It uses inflatable mandrels to co cure the omegas to the skin on call plates to smooth the outer surface. Like the 787 process, bladders are removed after cure reused and they're up to 65 feet in length. The rest of the A350 fuselage uses co bonding to incorporate the Omega stiffeners with the fuselage skins. Earlier we talked about the co cured has different issues on the 787. A350 uses the same amount of pre cured omega stringers on the A350. I remember on a tour of the Clearfield facility at ATK, which is now Northrop hearing him say we manufacture more than two miles of precured Omega for every A350 in the cobinding process. The precured stiffeners are located on the green fiber place skin with a layer of film adhesive between the two of them, and an inflatable tube made from thin film is putting aside the void and open to the autoclave pressure to prevent the Omega from being crushed during the co bonding cycle. Definitely a more hodgepodge of various technologies incorporated on the A350 that what you see on a 787.

SS:所以,他们没有经历与美国LACF和ACT相同的课程或相同的项目。现在他们有了这些类似于大型飞机复合材料机身和NASA先进复合材料技术或ACT的项目,看起来清洁的天空和未来项目的机翼最近对复合材料飞机技术产生了很大的影响。他们使用的一些工具是否与787和A350开发的类似,你们知道吗?

啊:我不太熟悉他们所采用的工具方法的细节。尽管我想说,Ginger在Composites World中做了令人难以置信的工作,报告了这些程序的进展,以及正在被合并的技术,这当然是非常令人印象深刻的。欧洲人对他们未来计划的清洁天空和机翼非常积极和公开。我最大的问题是,这些正在开发的技术有多少会真正应用到下一代飞机上?我的怀疑论者说,很多开发都是为了开发,我们永远不会看到生产,但我希望我错了,这个过程可以为生产做好准备。我知道?????一直在做大量的工作,并在那里感到非常自信。我喜欢再说一下,我遇到了许多可以建造一下子的辉煌人,但他们做到了1000次是一个更小的群体。我的乐观主义者看到了LACF和ACT计划在后续飞机上的影响,特别是787,您必须相信未来计划的清洁天空和风对欧洲生产的未来飞机有类似的影响。在一天结束时,虽然我来自密苏里州,而且你知道告诉我州的州将有兴趣了解这项技术的实际融入了生产计划。

SS:我想我们得看看结果如何。最近我们发生了737 max空难,现在又发生了COVID。假设进一步的复合机身发展最终继续到单架飞机。在你的经历中,除了费率之外,你认为最大的挑战是什么?有什么新的可行技术可以提高速率并克服这些技术挑战?

啊:好吧,我认为你当然会开始看到更多的自动化。我希望该行业正在使用这种Covid暂停,更好地了解他们现有的运营,倾斜他们,看看流程改进,并为行业开始摇动时,为自己准备。我认为这不会过夜,特别是为商业行业。我认为防守和空间行业在这段时间里得多得多,他们似乎继续尽可能地继续尽,尽管科维德危机尽管。在很多情况下,他们实际上一直在帮助维持供应基础,这是幸运能够拥有双重军事和商业计划。

SS:您讨论过,Alan关于波音和空中客车选择的两个哲学之间的差异。OML浮面可以砂磨并完成尺寸,而数百个热塑性夹子用于空气管板。你是否看到了一个或另一个的优势?你认为热塑性技术在哪里可以使用和单一建筑?

啊:我认为A350和787之间的主要差异之一是两个方案之间的结构安排。IML工具在787上结合的事实和用于制造框架RTM工艺的IML工具,基本上意味着您具有工具表面组件的工具表面,以及那些两个表面将配合的地方。波音是能够直接将框架直接带到与皮肤接口,因为帽子具有已知的高度,并且它们是在工具的。他们不会在他们的位置徘徊,因为他们是他们这样做的。而空中客车并不像由于变形行为那样自信,并且在IML上的不受控制的皮肤,以及试图液体或硬垫的困难,难以使用。它们选择了连接到帽子的顶部,并解决帽子中的框架和顶部之间的交叉点,空中客车开发它们的标准热塑性夹,它们由1000s制成,并且它们用于略微调整在不同的热塑性剪辑在其组件中被该夹子吸收的公差。对我来说,这是两个程序之间的工具方法的最大区别。显然波音没有分享他们的成本数据,并没有在787上分享他们从大会过程中吸取的经验教训。我认为这将在他们的下一架飞机上表现出来,并看看他们如何接近它的那个方面。我认为空中客车用热塑性夹子的成功,我知道波音在787上使用了一些热塑性零件,我认为您将继续看到以右尺寸和正确的施用方式使用的热塑性塑料。 I don't think you're going to see us ready to do in situ consolidation on the fly of thermoplastic fuselage panels for the next aircraft, I don't think that technology is ready for that. I don't know if you're going to see a lot of thermoplastic welding applications, or if that's going to be ready in time to be proven for the next aircraft if they are it's probably going to be on a less than primary structure. In a lot of cases the typical implementation path of new materials and aircraft structure which is start with bearings and non load carrying members and gradually earn your way into more and more sophisticated and highly loaded applications, and I think thermoplastics will follow that path as well.

SS:Fokker Gkn一直在做很多工作,我认为它一直是主要结构,但我不太确定它已经准备好了。虽然我们的朋友没有提供,但我不同意这一点。最后,在最近一家社论中,杰夫斯隆讨论了波音开发新的中型飞机,以与空中客车竞争竞争,而美利坚合众国分析师罗恩爱普斯坦有一件同样的话。波音公司宣布他们将似乎在追随他们的建议之后做一些事情。继续在最后一个问题中刚刚开始的主题,您认为基于您的经验,您认为如何与这架飞机取得成功的关键?

啊:我认为最近有很多新闻,并根据我读过的,听到和经验丰富,我认为波音真的进入了敌人,你知道,5倍,较小的变种,风险耐受性低,需要较低尽快到市场,以阻止市场份额的出血和恶化到空中客车。我认为他们将最终通过现有合格材料和经过验证的发动机技术相当传统的结构安排。我认为这包括施工材料,经过验证的系统,经过验证的预浸料,可能已经在787上使用了大量的高压灭菌器固化系统是KC 46罐车或777倍。他们有很多高压灭菌能力。我确实认为波音棒用IML控制的工具,以及全桶五个更换制作,但我认为它们转向非击穿复合工具。我认为他们会把那个全桶压制并将其切成上部和下架子以从工具中取出,而不会破坏它。我认为这真的简化了制作下一个桶的过程,我们会降低他们的要求率,并在尝试通过速率工具时节省了大量的地板空间。我认为学习的一份经验教训和波音的一个担忧已经进入787,具有全桶建设,是在装配过程中增加纵向接头的成本,但我认为处理纵向接头之间的折扣与交易之间的交易击穿工具将引导它们到上下壳类型的结构,类似于Hondajet使用的应用。 As a matter of fact, I think they're going to reel in the supply chain and stick with domestic partners, probably Spirit for most of the primary structure. I think they'll keep the foreign sales enticed with secondary structure, the wing technology that's on 787, and the seven triple 7x program will certainly continue with the enemy family. After all of their investments in wing technology, and the autoclave capacity, that wing center up in Everett, the decision to move 787 fabrication solely to South Carolina leaves them with some floor space, whether they can produce that next aircraft. So I think it's going to be pretty conventional and pretty risk adverse in most in most cases.

SS:所以你认为这将使他们能够更快地进入市场。

啊:我认为,在现阶段,尽快进入市场对他们来说无疑是至关重要的。在787上他们尝试了很多不同的东西,如果没有锂电池,没有一些航空电子设备的改变和其他一些他们在那架飞机上尝试的东西,仅仅是满桶可能就足够了。我不认为他们能负担得起对下一代飞机做同样的事情考虑到他们所处的市场条件。

SS:艾伦,为了达到我们所说的单通道的速率以及一些新的使能技术来提高速率并克服技术上的挑战。你认为在哪些技术和生产领域,你的新公司正在开发的更小、更琐碎的任务机器人可以用来帮助解决这些挑战?

啊:我知道行业一直在谈论长期以来的事情是老龄化劳动力,以及在商店地板上方和上方的工程师和力学的技能和经验的持续丧失。新的大学毕业生过去十年甚至没有蜂拥进入航空航天职业的事实,虽然我认为这一直是改善,但这一切都没有完全改善这种情况,并将继续改善。它在一天结束时意味着你拥有的劳动力更多,确保你是熟练的劳动者,致力于他们最有价值的任务,以及需要技能的事情。首先,我不是机器人人或自动化专家,但如果在我以前的生活中可以使用这些解决方案,我肯定会感兴趣。我带到这一领域的表格中的大部分是我在航空航天和防御,复合结构,装配的经验,以及将这些系统购买这些系统的人的视角,以便实施我负责的环境。一般来说,我知道我想要机器人的工作,我们有明亮的年轻工程师,知道如何使机器人做到这一点。基于这些协作机器人平台采用轻量级,低成本自动化的机会,以执行目前由高技能劳动力进行的沉闷,肮脏和重复的任务。通常,您的机制不想做的事情,无论如何,如磨削,打磨和整理。随时你必须穿上一件兔子西装和手套,然后把手套带到兔子套装上,添加一个面具或呼吸器,护目镜,一个引擎盖可能不是你真正喜欢做的工作,而不是你喜欢的工作长。 The little cost of these systems allow you to think of the robot more as the next generation of power tool for the mechanic for them to use to help them perform their job. We like to call it the 80/20 rule that the robot do 80% of the work, the acreage the stuff that mechanic is forced to do along the way, because it needs to be done anyway. Let the skilled mechanic perform the 20% of the task that requires their skill and their creativity and their judgments while they're doing that task. The low cost and fast ROI of the systems means it's okay for the robot to sit for a few minutes while the mechanic performs a skilled task. Unlike industrial automation, which has higher cost or disruption to the factory and takes a longer time to implement. There is plenty of growth and opportunity out there for industrial automation, and we'll continue to see AFP applications in automated drilling, but unlike monument robots, as we like to call them, these lightweight, low cost robots can be applied with a different mindset. We think of industrial robots like an out of autoclave enthusiast thinks about an autoclave. It's a monument in your factory where you divert all your flow to it, so you want to avoid doing that when you can put in a mobile system. These new types of robots plug into 110 volts, and they don't require 480 volt three phase power. I mean that's huge when you're considering the factory planning and layout that goes into an automated installation. I think the marketplace for these lightweight, low cost solutions are just going to continue to explode, and it's going to allow small and medium sized enterprises to implement automation where historically they never would have been able to consider that type of an expense.

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