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位于愛荷華州和華盛頓州的Sekisui公司的復(fù)材制造廠：（左上角，順時針）1.愛荷華州的奧蘭治市、2.華盛頓州的倫頓、3.華盛頓州的薩姆納
Sekisui Aerospace（美國華盛頓州倫頓）是波音公司、Spirit AeroSystems公司、柯林斯航空航天公司、GE發(fā)動機(jī)公司和其他公司的高容量復(fù)雜復(fù)合材料零件和組件的一級供應(yīng)商。除了每年為航空發(fā)動機(jī)供應(yīng)10000個零件，為商用飛機(jī)管道和內(nèi)飾供應(yīng)150000個零件外，該公司還在其全自動QForge生產(chǎn)線中每年生產(chǎn)100000個碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料支架。該公司的多種產(chǎn)品組合包括連接復(fù)合材料機(jī)身段的主要結(jié)構(gòu)拼接帶、醫(yī)學(xué)成像和手術(shù)臺，以及軍用和商用無人機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身和飛行控制結(jié)構(gòu)。
它的工藝能力也很廣泛，包括用熱壓罐和熱壓罐外(OOA-out-of-autoclave)固化的復(fù)雜預(yù)浸料疊層，但也在雙馬來酰亞胺(BMI)等高溫材料和用于批量生產(chǎn)的壓縮成型方面進(jìn)行了廣泛的工作，以及高精度航空發(fā)動機(jī)葉片、反推力裝置的葉柵和電機(jī)部件的快速原型設(shè)計。Sekisui Aerospace還通過連續(xù)壓縮成型(CCM- continuous compression molding)生產(chǎn)線和自動化沖壓單元擴(kuò)展了其熱塑性復(fù)合材料的能力。
此外，它還投資了工業(yè)4.0，對正在進(jìn)行的材料套 件、模具和零件實施射頻識別技術(shù)(RFID-Radio Frequency Identification)跟蹤。標(biāo)簽由與軟件集成的天線讀取，不僅可以可視化零件的位置，還可以可視化每個生產(chǎn)區(qū)域 的綠色或紅色狀態(tài)。該系統(tǒng)提高了薩姆納的效率，減 少了廢品和不合格零件。在奧蘭治市，標(biāo)簽/條形碼數(shù)據(jù)被輸入到現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA- supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)，使智能壓力機(jī)能夠加載每個零件的工藝配方，監(jiān)控所有工藝數(shù)據(jù)，通知操作員潛在問題，并將數(shù)據(jù)記錄到每個零件的數(shù)字線程中。
關(guān)鍵主題
愛荷華州，奧蘭治市
- 壓縮成型，壓力刀，4.0 工作站
- 工具和產(chǎn)品開發(fā)
- 工業(yè) 4.0 智能壓力機(jī)
- QForge 自動化 TPC
華盛頓，倫頓
- 符合人體工程學(xué)的鋪放
- 固化、機(jī)加工、精加工
- CCM、APC 和熱塑性零件
- 創(chuàng)新實驗室
薩姆納，華盛頓
- 熱壓罐區(qū)域、預(yù)熱室
- RFID 跟蹤，視覺工廠
- 流水線、垂直存儲倉庫、增長
- Sekisui Aerospace 的明日
Sekisui Aerospace成為復(fù)合材料零件首選供應(yīng)商的愿景也聚焦于人。CW對這三個廠區(qū)的訪問顯示，員工隊伍明顯多樣化，其中包括許多擔(dān)任管理角色的女性和有色人種。該公司專注于改善（“為更好而改變”），認(rèn)可其員工的專業(yè)知識，征求建議，并跟蹤管理層的反應(yīng)和實施。首席執(zhí)行官Daniele Cagnatel因挑戰(zhàn)該行業(yè)的低工資而遭到抨擊。他在2023年2月《西雅圖時報》的一篇文章中說：“忘掉每小時18美元或20美元吧。” 。“為什么我們不能支付每小時30美元？”他的愿景是使用更自動化和數(shù)字化的工作流程，用更少的管理人員為更少的技術(shù)工人提供高薪職業(yè)。他告訴CW參觀人員：“我想雇傭工人來操作自動化工作站并檢查生產(chǎn)的零件。” 。“所以，現(xiàn)在他們正在管理數(shù)字系統(tǒng)，應(yīng)該得到更多的報酬，但他們也更有效率，思考如何改進(jìn)工作站，以及我們下一步該做什么。然后我們開始給人們一份職業(yè)，而不僅僅是一份工作。”
他說，這一轉(zhuǎn)變始于2017年，當(dāng)時他離開GKN公司擔(dān)任首席執(zhí)行官，加入AIM Aerospace（美國華盛頓州倫頓），后者剛剛收購了Quatro Composites（美國愛荷華州奧蘭治市）。AIM隨后于2019年被 Sekisui Chemical（日本東京）收購。“我們已經(jīng)走了很長的 路，”Cagnatel說，“但在接下來的5年里，我們將把這家公司變成一個非常不同的業(yè)務(wù)類型。”
愛荷華州，奧蘭治市
CW編輯人員參觀了這座9300平方米的設(shè)施，由現(xiàn)場總經(jīng)理盧克·利文斯頓(Luke Livingston)和工程經(jīng)理安迪·斯托布納(Andy Stoebner)帶領(lǐng)。他們指出了該廠區(qū)在2023年全球改善競賽中獲得的特別獎獎 杯。利文斯頓說：“我們贏得了所有Sekisui北美公司 （9家公司，24 個工廠）的勝利，證明了柯林斯航空 航天短艙復(fù)雜預(yù)浸料海貍尾零件的廢料減少和工藝改進(jìn)。” 。“Kaizen通過分解一個問題或過程，對其進(jìn)行分析，然后以更好的方式將其重新組合起來，從而實現(xiàn)改進(jìn)。Sekisui Chemical已經(jīng)參與這項全球競爭50年了，Sekisui North America已經(jīng)參與了25年。”
我們進(jìn)入運(yùn)輸區(qū)的生產(chǎn)車間，在那里我們可以看到各種各樣的零件。左側(cè)的板條箱中裝有多個碳纖維復(fù)合材料醫(yī)學(xué)成像臺以及波音787復(fù)合材料機(jī)身的拼接帶。這些將尾錐與機(jī)身相匹配，由四塊組成，通過 CFRP拼接板用螺栓連接成環(huán)箍。
在毗鄰的潔凈室中，四臺Zünd（Altstätten Switzerland）自動簾布層切割機(jī)具有動態(tài)嵌套功能。斯托布納說：“我們可以在同一預(yù)浸材料卷上為不同客戶的多個零件嵌套數(shù)百層，這大大提高了我們的效 率。”。例如，短艙的海貍尾有60層。房間的右側(cè)是切割臺和整個工廠六個大型真空成型臺中的一個，用于加熱剝離疊層。左邊是使用激光投影儀的鋪放站， 大多數(shù)都有安裝在柱子上的雙投影儀。
SEKISUI航空航天壓縮成型推力反向級聯(lián)壓縮成型專業(yè)知識。Sekisui Aerospace因其在壓縮成型的CFRP預(yù)浸部件上減少廢料而獲得2023年全球改善競賽特別獎（頂部）。這一專業(yè)知識延伸到模塑化合物和原型，如航空發(fā)動機(jī)推力反向器的高精度葉柵（底部）。
斯托布納說：“我們一半的鋪放工位都是用于壓縮成型的零件，比如這些海貍尾。” 。“另一半是將進(jìn)行熱壓罐固化的疊層，主要用于波音公司。”當(dāng)我們走過海貍尾疊層站時，一名技術(shù)人員將疊層放在一個矩形心軸狀工具上。他補(bǔ)充道：“這些都是CFRP加上一些 SurfaceMaster（蘇威-Solvay公司生產(chǎn)的薄膜材料） 層，將使用我們專有的壓棒工藝制造。”過去，這是一個充滿5-6個工位的區(qū)域，BMI預(yù)浸料是為波音飛機(jī)中使用的通用電氣航空航天發(fā)動機(jī)鋪設(shè)的。我們離開潔凈室，進(jìn)入一個區(qū)域，里面有ASC熱壓罐公司（美國加利福尼亞州巴倫西亞）的四臺熱壓罐。最大的前面是一套灣流航空航天公司的內(nèi)部和結(jié)構(gòu)部件，真空袋裝，放在推車上，隨時可以固化。
壓縮成型，壓力刀（pressclave），4.0 工作站
我們左轉(zhuǎn)，進(jìn)入一個主要用于預(yù)浸料部件壓縮成 型的生產(chǎn)區(qū)。有幾個大型壓力機(jī)——0.8×2 米、1.3×1.3 米和0.5×2.4 米——以及 13 個較小的壓力機(jī)，包括Accudyne Systems（美國特拉華州紐瓦克）、Wabash MPI（美國印第安納州Wabash）和內(nèi)部制造的機(jī)器。壓縮成型按使用的工具分為四種類型：乳膠橡膠內(nèi)膽、配套的金屬模具、硅膠增強(qiáng)劑和壓棒工藝。
斯托布納解釋說，壓力刀(pressclave)模仿了熱壓罐，但能耗更低，循環(huán)時間更快。“我們可以每班生產(chǎn) 多個機(jī)艙面板，在熱壓釜罐固化至少需要6-8個小時。然而，我們可以在一次熱壓罐運(yùn)行中堆疊許多零件。因此，與快速成型相比，熱壓罐固化許多零件的能力是有價值的。”
航空發(fā)動機(jī)零件工業(yè)4.0單元。robot從陰影板 （右后）上拾取預(yù)浸料層，取下襯紙并將其放入工具（左前）中，在那里相機(jī)檢查準(zhǔn)確性，壓實單元滑動，使用滾筒施加壓力。
我們使用robot（通用機(jī)器人，丹麥歐登塞）移動到一個封閉的工作區(qū)。利文斯頓表示：“我們正在努力在整個流程中實施更多的工業(yè)4.0 和自動化。” 。“該單元可在6×6米的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行疊層、壓實、壓 模、后固化和機(jī)加工。”它是在內(nèi)部建造的，用于為兩種型號的GE航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)一系列墊片。機(jī)器人從陰影板托盤上編號的、成形的孔中抓取一層預(yù)切割的預(yù)浸料。然后取下襯紙并放置簾布層。相機(jī)會檢查紙張是否已取出，放置是否正確，然后用滾筒壓實簾布層。對每個簾布層重復(fù)此操作，直到疊層完成并轉(zhuǎn)移到壓機(jī)。
在單元的后部，零件直接從壓機(jī)送入幾個Haas (Oxnard，California，U.S.)加工工作站。操作員將零件從壓力機(jī)轉(zhuǎn)移到加工工作站中。利文斯頓說：“我們的下一次迭代將使這一步驟自動化。” 。
他指出，這個工作站也是改善流程和效率的改善項目的結(jié)果。他說：“這減少了物料搬運(yùn)和操作員移動的工作量。”。“Sekisui Chemical一直是一家出色的母公司，投資我們，特別是在新冠肺炎期間，以提高我們的技術(shù)能力和生產(chǎn)能力，從而在航空航天市場 回歸時做好準(zhǔn)備。”
工具和產(chǎn)品開發(fā)
下一個區(qū)域容納了一個來自CMS北美（美國密歇 根州喀里多尼亞）的1.2×1.2×3.7米五軸加工單元和兩個 1.8×2.4×4.3 米 Zimmerman（德國諾伊豪森）單元。Stoebner 說：“我們還有多個三軸加工單元、一個臺式路由器和一個五軸噴水切割機(jī)。” 。“因此，我 們可以自己加工模具和夾具。我們有一個藍(lán)光掃描儀來確保公差，這使我們成為一站式商店，能夠設(shè)計和生產(chǎn)我們自己的生產(chǎn)工具，并幫助我們的客戶做到這 一點(diǎn)。我們還制造自己的CFRP工具。”
接下來，我們走進(jìn)新產(chǎn)品介紹區(qū)，一家正在尋求認(rèn)證的電動垂直起降(eVTOL)飛機(jī)的主要制造商正在那里完成工作。斯托布納解釋道：“我們正在與他們 （客戶）合作，為他們的飛機(jī)的多個部件進(jìn)行制造和工具設(shè)計，包括翼肋、穩(wěn)定器和方向舵，以及測試。”。他補(bǔ)充道：“我們正在努力將疊層工藝工業(yè)化。”他指的是兩種帶有CFRP預(yù)浸疊層的中型金屬工具。然后，他轉(zhuǎn)向一個部分填滿的落地貨架。“這是專門針對該客戶以及我們滿足其需求所需的300多個上籃心軸和加工夾具的。”
在這個區(qū)域前面的桌子上有幾個看起來像大型鐘表齒輪的模壓零件。斯托布納說：“我們正在與汽車制造商合作，在eVTOL和汽車電動汽車中用CFRP取代金屬。” 。“我們已經(jīng)試驗了多種方法，包括單向材料和短切纖維的混合物以及壓縮成型化合物。”
工業(yè) 4.0 智能壓力機(jī)
我們穿過過道，來到一排排Accudyne和Wabash打印機(jī)前。斯托布納說：“我們在這些機(jī)器上安裝了自己的HMI和控制裝置，這樣我們就可以監(jiān)控和收集過程數(shù)據(jù)。” 。“操作員將掃描他們徽章上、正在使用的工具上和零件疊層上的條形碼。所有這些都會輸 入我們的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA- supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)，然后該系統(tǒng)將提取出該零件 的正確配方。操作員加載工具并關(guān)閉壓力機(jī)。在固化 過程中，我們將收集所有工藝數(shù)據(jù)，例如工具上的溫 度、壓力機(jī)和內(nèi)膽工具內(nèi)的壓力，以進(jìn)行全面跟蹤每 個零件。我們知道誰加載了零件以及何時加載，再加上完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)與配方。我們不使用人眼進(jìn)行檢查，而是使用自動化。如果系統(tǒng)分析顯示過程數(shù)據(jù)對 齊，則屏幕顯示綠色信號。如果有任何問題，屏幕會發(fā)出紅色信號。例如，如果固化要求在40分鐘內(nèi)以2度/分鐘的速度傾斜，但機(jī)器關(guān)閉，那么我們可以查看該變化，以確定變化是否足以使零件質(zhì)量受到質(zhì)疑。這是在固化檢查中構(gòu)建的，就像在標(biāo)準(zhǔn)熱壓罐軟件中 一樣，但它都是根據(jù)每個客戶和零件的規(guī)格進(jìn)的。”
測試和 NDI
接下來，我們經(jīng)過一個正在進(jìn)行零件負(fù)載測試的區(qū)域。斯托布納說：“髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的手術(shù)臺等醫(yī)療設(shè)備的零件都經(jīng)過了 100%的測試，包括扭轉(zhuǎn)和移位。” 。“我們對無人機(jī)零件進(jìn)行類似的測試。我們 記錄測試數(shù)據(jù)和測試的攝像機(jī)鏡頭，并將所有這些記錄下來，以進(jìn)行統(tǒng)計過程控制。零件在測試過程中很少出現(xiàn)故障，但如果出現(xiàn)故障，我們可以很快追蹤根本原因。”
在奧蘭治市NDI實驗室進(jìn)行尺寸檢測的坐標(biāo)測量機(jī) （CMM- Coordinate measuring machines）。
然后，我們穿過一組門進(jìn)入一個房間進(jìn)行尺寸控制測試和無損檢測(NDI-nondestructive inspection)。左邊是雙橋坐標(biāo)測量機(jī)CMM(Hexagon公司制造），右邊是Creaform藍(lán)光3D掃描系統(tǒng)（加拿大 Levis公司制造）， 該系統(tǒng)每秒收集180萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)，而實驗室的Faro臂每秒收集10-15個數(shù)據(jù)點(diǎn)。Creaform用于構(gòu)建零件熱圖、 年度工具檢查和開發(fā)，例如，幫助客戶在沒有CAD文件的情況下對零件進(jìn)行逆向工程。在背面，一個由美國國家航空航天局開發(fā)的閃光熱 像儀位于右側(cè)。熱成像使用光或熱來激發(fā)零件表面，并記錄溫度傳導(dǎo)，以確認(rèn)特征和識別缺陷。熱成像室已經(jīng)在這里使用了6-7年，目前用于檢查無人機(jī)零件上的粘合。
此前，這是使用手持A掃描超聲檢測(UT)完成 的，僅一個結(jié)合區(qū)域就需要32小時。現(xiàn)在，所有的結(jié)合 區(qū)域在 4 小時內(nèi)被掃描。左邊是一個C掃描UT裝置， 在一個框架中有兩個噴射器/測試頭，水平放置樣品，一 個頭在上面，一個在下面。Tecscan（加拿大圣布魯諾·德蒙塔維爾）的一個新的 1.5×1.5×3.7 米 C 掃描系統(tǒng)也正 在安裝中。
噴漆、精加工、裝配
我們離開NDI室，進(jìn)入噴漆和飾面區(qū)域，該區(qū)域包括兩個油漆間、一個油漆混合間和一個油漆烤箱。右邊是一個封閉的房間，里面有六個下通風(fēng)臺，用于打磨和其他預(yù)處理和后處理操作?；氐阶筮叄性S多用于邊緣 密封和各種精加工過程的工位。接下來，我們經(jīng)過兩個房間進(jìn)行組裝操作，例如無 人機(jī)機(jī)身成型零件的集成，包括燃油管路和其他附件的 粘合夾。“作為我們禪宗哲學(xué)的一部分，我們不斷改進(jìn) 這個過程，” 斯托布納說。“例如，我們使用頭頂攝像頭來檢查部件位置，并幫助我們分析操作。我們從公司 的其他專業(yè)請來人員，幫助我們尋求質(zhì)量和效率的進(jìn)一步提高。”在這個房間外面，堆放著各種用于國防應(yīng)用的壓模零件。
QForge 自動化熱塑復(fù)材（TPC）
參觀穿過道路到達(dá)QForge大樓，該大樓是100%熱塑性復(fù)合材料(TPC)，通過自己開發(fā)的全自動生產(chǎn)線。利文斯頓(Livingston)解釋道：“它始于2012年，是一條手動生產(chǎn)線，將工具從預(yù)熱爐轉(zhuǎn)移到壓力機(jī)。” 。
“然后，我們增加了一個高架軌道系統(tǒng)和自動化。這條生產(chǎn)線目前每月生產(chǎn)8000個零件，包括波音787發(fā)動機(jī)支架和內(nèi)部儲物箱支架的30 個不同零件號。在新冠肺炎之前，我們正在努力滿足波音公司每月14 架飛機(jī)的速 度。該線路目前是為小于0.5×0.5米的小部件設(shè)置的。但我們已經(jīng)在為擴(kuò)大規(guī)模以處理更大的零件做準(zhǔn)備。”QForge之旅從材料準(zhǔn)備室開始，在那里CF/PEEK UD預(yù)浸膠帶被切成兩種不同的尺寸，并存放在塑料箱中。利文斯頓指出：“這是一個極其自動化的過程，有一臺機(jī)器可以將原材料轉(zhuǎn)化為我們裝載到生產(chǎn)線上的工具中的材料。” 。
QForge 99.9%的第一部分產(chǎn)率。QForge自動化生產(chǎn)線以每月8000件的速度生產(chǎn)30件號的熱塑性復(fù)合材料（TPC）支架，用于發(fā)動機(jī)和內(nèi)部儲物箱。
末端是一個工具儲存區(qū)，周圍有一條輸送線，裝載著匹配的金屬工具。操作員和數(shù)字控制系統(tǒng)位于我們和輸送機(jī)之間。斯托布納解釋道：“該系統(tǒng)可以從我們的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA- supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)中看到波音公司的零件號和數(shù)量。” 。它將工具裝載到輸送機(jī)中，并向操作員顯示要裝載的材料的重量和類型。工具中的熱電偶測量溫度，當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)格要求時，系統(tǒng)將其移動到壓力機(jī)上。零件號、工具號、材料類型和重量以及所有過程數(shù)據(jù)都會記錄下來 系統(tǒng)完成成型和機(jī)加工后，操作員將零件裝載到高架軌道上，高架軌道將零件通過“盒子”運(yùn)輸，用 于噴砂、底漆涂敷、環(huán)境溶劑閃蒸、面漆涂敷和油漆烘箱。
然后，軌道將工具運(yùn)輸?shù)较噜弲^(qū)域進(jìn)行質(zhì)量檢查。此外，還將安裝任何所需的組件，如螺旋管。當(dāng)被問及這條生產(chǎn)線是否能夠處理預(yù)期的先進(jìn)空中機(jī)動(AAM-advanced air mobility)零件量時，利文斯頓指出，計劃擴(kuò)建這座建筑并安裝另一條生產(chǎn)線。“我們已經(jīng)做好了增長的準(zhǔn)備。”
華盛頓,倫頓
11600平方米設(shè)施的解說人是運(yùn)營總監(jiān)布萊恩·貝克（Brian Baker）和熱塑性塑料運(yùn)營總監(jiān)達(dá)雷克·唐寧（Darek Downing）。參觀從工廠的開放式生產(chǎn)區(qū)開始，那里擠滿了主要用于波音內(nèi)部零件的生產(chǎn)站。貝克補(bǔ)充道，左側(cè)的一個大倉庫正在過渡使用RFID標(biāo)簽，該標(biāo)簽也將用于零件，跟蹤其位置和進(jìn)度狀態(tài)。
雷頓Sekisui Aerospace復(fù)合材料內(nèi)飾制造車間。
貝克說：“這個地方有很多古老的工藝，比如用于 內(nèi)部面板的壓變形的蜂窩芯。” 。“我們在這個地區(qū)所 做的大部分都使用玻璃纖維預(yù)浸料，大約 20%是Kevlar。”我們右轉(zhuǎn)進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，走向烤箱。在我們的左邊是波音777和787飛機(jī)的成型檢修門和面板。“這需要九個過程，” 貝克說，“包括預(yù)浸料坯的手工疊層、真空袋和烤箱固化、質(zhì)量檢查和水測試，以確保 面板提供一個沒有任何泄漏的屏障。”然后，面板上鉆 出不同的核心部分，安裝鉚釘，區(qū)域進(jìn)行填充和整流 罩，面板邊緣用灌封化合物密封，安裝任何二次裝飾件，然后安裝裝飾性外表面薄膜。
在這個區(qū)域的后面是一個大烤爐。一個真空袋裝 的鋪放零件放在前面，準(zhǔn)備固化，大部分零件需要4-5個小時?？緺t的右邊是一個脫模站。之后，零件將被放置在真空夾具上鉆孔，并用砂紙打磨以光滑任何尖銳的棱角，然后進(jìn)行噴漆站，然后進(jìn)行最終質(zhì)量保證 （QA- quality assurance）檢查。貝克說：“波音公司每天都會把這些成品面板，直接放到他們的飛機(jī)上（10分鐘后），而無需進(jìn)一步檢查。”“這要求我們的合格率>99%。”
符合人體工程學(xué)的鋪放
我們離開主生產(chǎn)車間，進(jìn)入左側(cè)的潔凈室。兩臺自動切割機(jī)— 一臺來自Zünd，一臺來自Gerber（美 國康涅狄格州托爾蘭）--執(zhí)行所有預(yù)浸料套件的切割。在房間的中間，幾條零件疊放生產(chǎn)線包括軌道上的推車。貝克說：“但我們正在根據(jù)操作員的建議，將其改為可以根據(jù)需要升高或降低的桌子，以滿足工人的身高，從而改善人體工程學(xué)。”。頂部的Lazy Susan使零件能夠旋轉(zhuǎn)，從而更容易地應(yīng)用簾布層。
在這個潔凈室的后部一個區(qū)域，用于放置10-12個不同零件號的成型服務(wù)面板蓋。右邊是一個大烤箱，里面的零件都在這里進(jìn)行固化。還有一些模具看 起來像真空臺，但實際上是OOA工具，頂部模具的框架上連接了一個可重復(fù)使用的硅膠真空袋，用于波音零件。
固化、機(jī)加工、精加工
相鄰的固化室設(shè)有一臺由Williams White&Co. （美國伊利諾伊州莫伊林市）生產(chǎn)的1000噸壓機(jī)和兩臺由Accudyne Systems生產(chǎn)的較小壓機(jī)，一臺蒸汽壓機(jī)和一臺油壓機(jī)，用于固化平板。中間有金屬分離 器，最多可以循環(huán)使用七個零件進(jìn)行5小時的固化。還有四臺用于固化貨物襯墊的壓力機(jī)，這些壓力機(jī)也 被堆疊并固化為多組零件。貝克說：“我們進(jìn)入了一個手工修剪零件的地區(qū)， 但很快就會過渡到自動化數(shù)控銑削。”。相鄰的隔間容納五軸CMS Ares和DMS（美國科羅拉多州科羅拉多斯普林斯）CNC中心以及四個較小的修剪工作站。
在填充和修飾的房間里，六個站的工人根據(jù)需要 涂抹填充化合物，并將內(nèi)部零件打磨光滑。使用過膨 脹 Nomex 蜂窩芯的成型座椅靠背等待完成。附近是一 個大的油漆室，底漆、內(nèi)層面漆和外表面漆分別在不 同的隔間中涂覆，并在兩個油漆爐中固化。噴漆室之后是一個補(bǔ)漆室，在這里涂上裝飾膜，還有一個用于質(zhì)量檢查的燈光臺。我們穿過走廊走回主生產(chǎn)區(qū)，在 那里有一塊大木板跟蹤改善措施的進(jìn)展。貝克說：“這 些都是我們的員工提出的建議，我們每周都會開會審 查，確保及時實施。” 。
Sekisui Aerospace 在其Renton主生產(chǎn)廠房安裝了一條連續(xù)壓縮成型（CCM）生產(chǎn)線（頂部）， 以生產(chǎn)定制的熱塑性復(fù)合材料（TPC）坯料，然 后在其自動沖壓室（APC）中沖壓成型，該自動沖壓室包括兩組烘箱、一臺 Accudyne Systems 沖壓機(jī)和KUKA 機(jī)器人（底部）。
CCM、APC 和熱塑性零件
主生產(chǎn)區(qū)的入口處是Teubert（德國Blumberg）提供的連續(xù)壓縮成型(CCM)工作站。唐寧解釋道：“我 們正在與波音公司一起鑒定這一流程。”他在ATC制造公司（美國愛達(dá)荷州 Post Falls）花了10年時間開發(fā) 連續(xù)壓縮成型(CCM)和其他工藝。該工作站包括一個具有多達(dá)21個輥的筒子架，該筒子架將不同角度的膠帶（例如，0°、90°、±45°）送入加熱的臺板壓機(jī)， 以固結(jié)成扁平的定制坯料。壓力機(jī)有三個加熱區(qū)和兩 個冷卻區(qū)，可施加高達(dá)180噸的壓力。唐寧說：“例如，我們可以制造100米長、610毫米寬的坯料，包括59層樹脂含量為40%的帝京（Teijin）CF/PPS 膠帶。我們?yōu)檠邪l(fā)項目制造了多達(dá)80層的面板，但通常使用48層用于生產(chǎn)零件。”
我們穿過一扇門進(jìn)入自動沖壓工作站（APCautomated press cell），在那里連續(xù)壓縮成型（CCM）坯料首先在OMAX（Kent，Washington，U.S.）水射流切 割機(jī)上修剪成形，然后沖壓成零件。它看起來與 Victrex 公司的復(fù)合材料解決方案公司的沖壓車間非常相似，有四個預(yù)熱爐，在中間有一個機(jī)器人。零件由兩個KUKA（德國奧格斯堡）機(jī)器人在兩排烤箱和一 臺Accudyne Systems壓力機(jī)之間穿梭。
唐寧指出：“我們有四個烤箱來跟上短的打印周期。”。“我們每年可以在這個工作站中生產(chǎn)數(shù)百萬個零件。我們有兩個裝卸區(qū)，每分鐘都會將一個零件帶回操作員手中。”這些零件將在隔壁的兩個哈斯 （Haas）數(shù)控工作站中進(jìn)行修整，然后由 Genesis（不再營業(yè)）在機(jī)器人無損檢測工作站中進(jìn)行檢查， Genesis 在槽中對零件進(jìn)行超聲波C掃描。”展出的演示器部件包括 Ω 形/帽形加強(qiáng)件和一個深的三邊U形梁部件。
創(chuàng)新實驗室
在生產(chǎn)廠房的正面/東側(cè)，一個完整的測試實驗室 進(jìn)行機(jī)械、消防和資格測試。貝克說，與之相鄰的是創(chuàng)新實驗室，在Sekisui收購AIM Aerospace 后，該實驗室從圣地亞哥附近的波韋搬遷而來。“這個實驗室不 僅支持研發(fā)，以持續(xù)改進(jìn)我們的零件和工藝，還支持開發(fā)各種各樣的新零件。我們可以很快從概念到零件，構(gòu)建自己的原型或低速工裝。例如，我們?yōu)橐晃粺o人機(jī)客戶在3周內(nèi)從設(shè)計到提供三組零件。”該實驗室包括一臺Stratasys（美國明尼蘇達(dá)州伊甸草原）Fortus 400塑料D打印機(jī)（非復(fù)合材料）、 Haas 數(shù)控銑床、小型Accudyne立式壓力機(jī)、較大的Wabash平板壓力機(jī)和兩臺較小的第一概念板壓力機(jī)。
這里看到的零件包括一個由奧蘭治市 Q 鍛造材料制成 的彎曲肋梁和一個由壓縮成型化合物制成的航空發(fā)動 機(jī)推力反向器葉柵。唐寧說：“這是一個非常困難的部 分，因為它不僅彎曲以符合短艙，而且葉柵中的每個 翅片都處于不同的傾斜角度。” 。貝克補(bǔ)充道，該實驗 室為汽車和軍事應(yīng)用，以及較新的移動和無人機(jī)公司提供了原型零件。“我們也在關(guān)注新太空。我們的目標(biāo)是在未來5年內(nèi)大幅多樣化，進(jìn)入新的和非航空航天應(yīng)用領(lǐng)域。”
薩姆納，華盛頓
解說員是運(yùn)營總監(jiān)埃德·克蘭福德(Ed Cranford)，他在波音公司工作了20年后來到這里。我們進(jìn)入潔凈室，有一臺Zünd和一臺Gerber自動切割機(jī)。他說：“我們增加了套件的自動化和優(yōu)化，將簾 布層切割得更接近凈形狀，而不是手工修剪的大塊。” 。“我們現(xiàn)在已經(jīng)取消了 90%的手工修剪。我們每班有兩個人，每天負(fù)責(zé)200-250個裁片套件。”
“我們在這里只生產(chǎn)管道零件和組件，”他繼續(xù)說道。“它大部分使用Kevlar預(yù)浸料用于波音飛機(jī)的暖通空調(diào)系統(tǒng)，包括737、787、767加油機(jī)、777和P-8軍用版737。我們還為空客公司生產(chǎn)逃生滑梯的包裝板儲存箱和軍用飛機(jī)熱交換器系統(tǒng)的一些零件。我們生 產(chǎn)了 3000 多個不同的零件號，這些零件號變化很大— —有些使用兩層，有些多達(dá)30層，其中一層可能是以38/月的速度生產(chǎn)的大批量單個零件，而另一些則是較 低的速率，但每個架次有更多的零件。”
在這個房間的后半部分是用于使用15-30 層的零件的固定線，每個技術(shù)人員從頭至尾執(zhí)行所有的鋪層步驟。在房間的中心是推車上的零件，這些零件沿著軌道向下移動，每個技術(shù)人員只需在那里進(jìn)行一個鋪 層步驟——例如，初始鋪層、預(yù)切割的蜂窩芯、最終鋪層，然后是放氣、通氣和真空袋膜，然后是一個用膠帶密封鋪層并安裝真空端口的工位。
克蘭福德說，由于零件形狀復(fù)雜，這種疊層被應(yīng) 用到石膏心軸上，大多數(shù)只使用一次。“把石膏從零件中取出太難了，所以它被打碎了。這些石膏疊層心軸 （LM- layup mandrels）是在五個街區(qū)外的一個專用設(shè)施中制造的。然后我們用 Frekote 脫模劑（德國杜塞爾多夫 的漢高）對它們進(jìn)行處理。”房間左側(cè)有一些可重復(fù)使 用的疊層心軸（LM），用于非常簡單的零件。克蘭福德說，它們沒有突起，因此更容易移除。對于有樁的零件，在完成的疊層上進(jìn)行真空裝袋是很復(fù)雜的。“我 們使用加熱槍軟化預(yù)浸料坯，以將其推到角落，避免橋接。”疊層的循環(huán)時間從最低層、最簡單的零件的26分鐘到30層以上、形狀更復(fù)雜的零件的900分鐘不等。
熱壓罐區(qū)域、預(yù)熱室
我們離開潔凈室，進(jìn)入兩條主要交通通道的左側(cè)，這兩條通道從大樓的前部/北部一直延伸到后部。順著這條過道往下看，左邊是一個熱壓罐/烘箱固化 區(qū)，后面是裝運(yùn)/接收區(qū)，然后是拆除石膏疊層心軸 (LM)的脫模區(qū)。右邊是一個辦公室島，用于工程和生產(chǎn)支持。在大樓后面的這些辦公室后面是裝配區(qū)和最終質(zhì)量保證檢查站。
就在潔凈室外，一片藍(lán)色石膏疊層芯軸的海洋正在為波音787的生產(chǎn)進(jìn)行加工。
我們穿過固化區(qū)，左邊有三臺ASC公司制造的熱 壓罐和八個烤箱，右邊還有兩個烤箱。烘箱固化需要5-10小時，而熱壓罐固化可能需要 6-20小時?？颂m福德指出：“我們正在安裝ASC公司的第四臺熱壓罐， 它比我們目前最大的熱壓罐大3倍，為管道以外的增長做準(zhǔn)備。”。我們左邊還有加熱室，在這里，某些疊 層心軸（LM）在鋪層前進(jìn)行預(yù)熱，以便于非常復(fù)雜形 狀的預(yù)浸料覆蓋。右邊的烤箱后面是一片藍(lán)色石膏疊 層心軸（LM）的海洋，正在為波音公司增加 787 的生 產(chǎn)而加工。克蘭福德說：“現(xiàn)在大樓里有400塊疊層心軸（LM）正在準(zhǔn)備中。” 。
RFID 跟蹤，視覺工廠
管道鋪設(shè)、組裝、數(shù)字化。Sumner 設(shè)施堆放室、 帶有多個開孔突出物的管道組裝、粘合細(xì)節(jié)和顯 示生產(chǎn)狀態(tài)的數(shù)字儀表板。
克蘭福德解釋了該網(wǎng)站的射頻識別 (RFID- Radio Frequency Identification)系統(tǒng)。“每一個石膏都有一個RFID標(biāo) 簽，每一個正在進(jìn)行的預(yù)浸料套件也有一個。工作單旅行者的頂部表格顯示了材料、疊層心軸（LM）/工具和固化細(xì)節(jié)的多個代碼。一個標(biāo)簽引用了工作單中的所有代碼。當(dāng)工件穿過設(shè)施時，它會被天線讀取。軟 件會生成一張地圖，顯示每個工件在設(shè)施中的位置。”
我們從西走廊右轉(zhuǎn)，穿過大樓，面對東走廊墻上 的一臺寬屏電腦顯示器?？颂m福德解釋道：“這個儀表 板是我們與軟件公司 Xemelgo（美國華盛頓州貝爾維尤）開發(fā)的系統(tǒng)的一部分。” 。“它顯示了工廠的平面 布置圖，用顏色遮擋以指示我們的生產(chǎn)狀態(tài)，并將跟蹤零件發(fā)貨的每一步。”
“我們有成千上萬的零件，”他繼續(xù)說道， “所以 很容易丟失一個，也很容易丟失工具。但現(xiàn)在，我們 已經(jīng)將跟蹤零件的催交員從 15 人減少到 3 人?，F(xiàn)在， 我們將它們用于其他任務(wù)，包括如何使 RFID 系統(tǒng)更好 地工作。我們的目標(biāo)是繼續(xù)減少廢料，推進(jìn)視覺工 廠。我們的生產(chǎn)控制人員現(xiàn)在已經(jīng)成為我們的制造專 家，并與客戶合作開發(fā)自動化報告，及時提供所需的 數(shù)據(jù)和更新。我們還開始標(biāo)記我們的修剪工具和大型疊層心軸（LM）工具，以進(jìn)行庫存控制，并簡化和優(yōu) 化這些所需的維護(hù)。”
疊層心軸（LM）分接頭、零件精加工、QA
在這里，技術(shù)人員從固化部件內(nèi)部移除不可回收的石膏疊層心軸（LM）。他們先切掉裝袋材料，然后 振搗出石膏。然后將零件與相應(yīng)的裝飾工具進(jìn)行匹配，并將其送往裝飾室。搗碎的石膏被送到一家回收公司。
裝飾室的第一部分是一個區(qū)域，在該區(qū)域添加了 用于將管道連接在一起的額外層壓“壓條”，然后對 零件進(jìn)行烘箱固化。廠房的其余部分都是通風(fēng)的隔 間，在那里進(jìn)行各種修剪操作?？颂m福德指出：“我們?yōu)槊總€工作站建造了形板，因此操作員有合適的工具來完成他們的工作。” 。
我們從裝飾車間向北離開，進(jìn)入一大片專門用于 組裝的區(qū)域?？颂m福德說：“每一個被修剪過的零件 都會通過這些門，并通過 RFID 閱讀器進(jìn)行檢查。” 。“這里的檢查員是我們的看門人，在組裝前進(jìn)行第一次 QA 檢查。我們構(gòu)建了用于構(gòu)建這些更高級別組件的所 有細(xì)節(jié)。組裝夾具用于定位管道，并在正確的布局中 添加樁，以添加細(xì)節(jié)。對于某些零件，我們還添加了 高溫隔熱層和最終的高溫薄膜蓋。然后，每個管道都 要經(jīng)過在裝配車間后部進(jìn)行壓力測試。我們用壓縮空氣填充零件，以確保沒有泄漏。”
在裝配區(qū)的左后角是油漆車間，它包括預(yù)油漆準(zhǔn)備區(qū)、涂底漆的噴漆室、靜電調(diào)節(jié)劑和面漆，以及一 個油漆固化爐。向后進(jìn)入裝配車間，向后是兩個用于 最終QA檢查的工位。數(shù)字系統(tǒng)掃描RFID標(biāo)簽并加載 零件信息。如果零件通過檢查，操作員輸入該數(shù)據(jù)， 系統(tǒng)將其標(biāo)記為完整，然后自動將材料批號、零件號和工藝數(shù)據(jù)打印到零件上。克蘭福德說：“我們運(yùn)輸?shù)拿恳粋€零件都必須有這個標(biāo)記。” 。
精簡、垂直存儲倉庫、增長
克蘭福德指出：“當(dāng)我來到這里時，這家工廠是 屬于 AIM Aerospace公司。” 。“首先，我拆除了 50% 的工作站，以減少混亂。我們?nèi)匀簧a(chǎn)相同數(shù)量的零 件，但開始提高產(chǎn)量，產(chǎn)量僅為 40%。然后，我們開 始觀察每個區(qū)域的線性工作流程，并進(jìn)行重組，以減少操作員來回跑動。團(tuán)隊很棒，希望找到更好的方法。當(dāng) Sekisui Chemical 加入時，公司文化和管理層對這三個工廠的愿景給我留下了深刻印象。”
我們走回大樓的前面，看到一臺大型機(jī)器，克蘭 福德解釋說，這是一個自動垂直存儲倉庫?？颂m福德 說：“我們有兩個，一個用來存儲我們用來完成管道組 件的細(xì)節(jié)，另一個放在另一邊用來存儲組裝夾具。” 。“這是因為我們根據(jù)程序和速度在不同的時間制造不同的零件。”同樣，我們的目標(biāo)是減少混亂，并在需要細(xì)節(jié)和工具時實現(xiàn)快速定位。
克蘭福德說：“接下來，我們將用我們的修剪夾具 來完成這項工作，并將這些機(jī)架的占地面積減少50%。” 。“這將為我們增加新的操作騰出空間。去年， 我們清理了另一側(cè) 30-35%的存儲空間，足以安裝新的 熱壓罐。”在訂購設(shè)備之前，他詢問了固化部門希望如 何配置和改進(jìn)該區(qū)域。“他們說，他們想要一個中央工 作站來監(jiān)控所有的烤箱和熱壓罐。所以，這是我們的 下一步。我們還需要減少對環(huán)境的影響。這家石膏店 已經(jīng)進(jìn)行了回收，并擁有自己的改善團(tuán)隊，我們正開始考慮其他舉措。這一切都與增長有關(guān)，不僅在你的 生產(chǎn)中，而且在你對未來的愿景中。”
Sekisui Aerospace 的明日
Sekisui Aerospace 已經(jīng)開始從商業(yè)航空航天轉(zhuǎn)向多 元化，卡尼塔埃爾（Cagntael）認(rèn)為商業(yè)航空航天鎖定 在傳統(tǒng)系統(tǒng)和材料中。新冠肺炎期間的投資確實有助 于贏得新業(yè)務(wù)，因此 30%的收入現(xiàn)在沒有受到影響。“我們將把這一比例提高到 70%， ”他說，“這為我們提 供了更多的自由來使用熱塑性塑料等材料，這些材料可以在幾分鐘內(nèi)制成，而不是幾個小時，而且工藝需要更少的能源。”
他指出，該公司的數(shù)字化也將增加，這將帶來更多的可能性。“當(dāng)我們開始在 Sumner 標(biāo)記零件時，我們的想法是為了更好地定位零件，以提高效率。但后 來數(shù)字團(tuán)隊問，‘為什么我們不讓系統(tǒng)告訴我們零件應(yīng) 該在哪里？’這導(dǎo)致了所有權(quán)的新水平——報廢率降至2%以下，幾乎沒有任何不合格的零件可供審查。這項 技術(shù)通過改變我們的使用方式，增強(qiáng)了授權(quán)，改善了 整個工廠。關(guān)鍵不僅僅是自動化我們的工作，而是找 到新的做事方式。如果我們不使用這些材料、流程和數(shù)字工具來實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)方式和幫助客戶，這些材 料、過程和數(shù)字工具就毫無意義。因此，我們正越來越成為一家創(chuàng)新的復(fù)合解決方案公司。”
注：原文見，《 Plant tour: Sekisui Aerospace, Orange City, Iowa, Renton and Sumner, Wash., U.S. 》 2024.2.23
楊超凡 2024.2.24