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批量生产ICON飞机

来源:国际复材技术商情     发布时间:2020-09-09
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当美国联邦航空管理局(FAA)在2006年推出轻型运动飞机(LSA)这一类别时,飞行员兼工程师柯克•霍金斯(KirkHawkins)开始着手创建一款简单、多功能的轻型运动飞机,使更多的人能够体验飞行的冒险。他创立了ICONAircraft公司,公司自成立之初就致力于普及型的运动飞机的研制,首个机型就是广受赞誉的A5水陆两栖双座轻型运动飞机。其特点是船身结构水陆两栖,双翼可折叠,平时可存放在车库内;使用时拖挂在运动型多用途车的后面。它可以从海岸线起飞,也可在水上起飞和降落,无需机场。A5飞机有着优秀的空中操纵性和安全性,能够使用普通汽油,不受航空汽油的限制。


目前市场上已有100多架ICONA5轻型运动飞机,今年还有大约50架计划投产,得益于碳纤维复合材料CFRP的材料特点和ICON飞机的批量制造能力,霍金斯的愿景即将实现。


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ICONA5外观看上去像一辆微型超级跑车,车身长6.7米。由于机身、机翼、舱盖和水平尾翼完全由碳纤维增强塑料制成,双座的ICONA5仅重1510磅。虽然联邦航空局对LSA机型的限制通常是1300磅,但A5则获得了额外的批准,其中包括尖端的安全功能,例如防旋转机身和完整的飞机降落伞系统。ICON飞机供应链和制造副总裁维罗妮卡•卢比奥(VerónicaRubio)说:“一直以来,碳纤维复合材料都是我们的首选材料。它们非常轻,但同时具有令人印象深刻的强度重量比。如果不使用复合材料,A5不可能成为轻型运动飞机。”


A5拥有375个独立的碳纤维增强塑料部件,这些零件在ICON墨西哥蒂华纳(Tijuana)的工厂制造并粘合成组件和子组件。手工叠层将东丽Toray环氧预浸料2x2英尺斜纹织物层放置在250种不同的镍铁合金和铝模具中的一种上。简单的层压板,例如平坦的表面或支架,只有几层;而复杂的零件,例如翼梁,最多需要100层。其中95个复合材料部件采用了航空级闭孔聚合物泡沫芯来提高硬度。铺层过程由激光引导,因为许多零件的尺寸至关重要,并且需要极其精确的放置。


放置完毕后,将部件进行真空袋装,并在烤箱(250华氏度100分钟)或高压釜(250华氏度,压力从50到85华氏度不等,循环时间不同)中固化。一旦固化过程完成,CRFP部件将被修整和钻孔,然后被粘合到77个组件和子组件中。接下来,这些组件会被打磨、喷漆,然后运到ICON公司位于加州Vacaville的总装工厂进行最终组装。


虽然现在这个生产过程效率很高,但A5并不总是这样生产的。首批21架预生产飞机是在加利福尼亚单独组装的,由四家第三方供应商生产制造碳纤维复合材料部件。鲁比奥解释说:“我记得当时,我们有一群技术人员,他们基本上都会用工具箱和一系列图纸来制造飞机。”。


2016年,ICON公司做出了批量化生产的关键举措,包括将复合材料制造引入内部,以提高零件质量,并开发自己的技术专长。


在接下来的几年里,ICON花了数年时间从头开始建立其大规模生产能力:公司在蒂华纳(Tijuana)建造了一个30万平方英尺的工厂,购置了最先进的设备,招聘和培训了技术人员,并建立了行政和质量控制系统来支持批量生产。


蒂华纳工厂采用精益生产原则。例如,为了减少材料的移动,生产流程沿着一条单向通道移动,在靠近所需供应和支持系统(如装运)的地方设有铺层、固化、粘合和精整工序的工位。在每一个制造过程完成后,公司的图标生产系统(IPS)软件激活前一个过程,重新开始。鲁比奥说:“我们有一个专为单流、精益拉动系统而设计的设施。”


鲁比奥表示,发展公司的复合制造能力并非一朝一夕。内部生产A5复合材料的部件已经建设了几年。最初,ICON制造了简单的平板面板,然后发展到制造更为复杂的部件。在此期间,ICON继续根据需要使用第三方供应商来支持飞机生产。这种深思熟虑的方法给了公司时间购买设备、招聘和培训员工,并磨练其内部系统。


一个关键的挑战是如何达到理想的生产率。“这是关键的组成部分。要确保你在正确的时间获得正确的质量。”这涉及到调整固化周期、工时、轮班表、模具等。加快生产速度是另一个挑战。蒂华纳工厂逐渐将翼梁的生产时间从三周缩短到仅1.5班次。一个A5的总生产时间,包括最终装配,现在通常是8到12周。


建立一支熟练的劳动力队伍也是一个关键组成部分。蒂华纳工厂雇用大约300名团队成员。由于蒂华纳当地还没能形成一个蓬勃发展的复合材料产业链,ICON已经在招聘和训练熟练技术工人方面走在了前面。公司创建了自己的劳动力培训计划,该计划从层压和粘合的基础培训开始,并且,这些技术人员随着“分层工作站”系统的发展而继续进行实用的在职培训。


举例来说,铺设过程分为五个工作中心,分别标记为A到E。“如果您是工作中心A的技术人员,则与工作中心E的技术人员相比,您将会从事更为简单的零件工作。”鲁比奥表示:“这听起来很简单,但是它需要一个健全的体系,来确保员工具有适当的资格从基本工作转移到复杂的工作。”


虽然公司为其训练有素的员工感到非常自豪,但这是一项需要持续努力的工作。鲁比奥说:“招聘人才是日常工作,不仅是在复合(生产)方面,而且在其他职能部门也是如此。这一切都与公司的文化有关——提供合适的工作条件,在一定的价值标准下进行运作。这是领导层、管理层一直到生产车间的团队努力。在过去的几年里,ICONAircraft的员工流失率从市场平均的10%下降到不到3%。”


鲁比奥很高兴能参与ICON从研发公司到系列制造商的转型。“这是一个伟大的旅程,我们付出了很多努力,也付出了很多心血。”她说。


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