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欧特克携空中客车展示衍生式设计对制造和建造带来的积极影响

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欧特克和空中客车都致力于推动先进技术的发展,以追求不断的创新并塑造一个更可持续的世界。因此,两家公司的强强联手也就不足为奇了。双方的紧密合作将在不久的将来从根本上改变航空航天产业的制造和建造方式。

空中客车的一个机翼工厂

近日,在美国拉斯维加斯举办的Autodesk University( 欧特克AU大师汇)上,空中客车详细展示了其如何使用衍生式设计来应对复杂的工程、架构和系统等方面带来的挑战。解决这些挑战将使该公司变得更智能、更高效、更经济,同时还能更好地满足员工的需求,并减少对环境带来的负面影响。

作为目前工作的一部分,空中客车正在重新构想飞机的多个结构部件,并应用欧特克的衍生式设计开发超出性能和安全标准的更轻量的零件。在航空航天这个减轻重量就等同于减少燃料消耗的行业中,这种方法为减少航空旅行对环境带来的不利影响提供了巨大的机会。

除了改进飞机零件构造,空中客车还将视野扩大到了零件制造的过程和空间上。空中客车正用衍生式设计来规划经DGNB(德国可持续建筑评价标准)和LEED(能源与环境设计先锋)认证的自适应工厂,并简化物流环节,以改善员工的工作条件并提高生产率。


仿生隔板2.0

早在2015年,空中客车就发布了其首个衍生式设计概念证明原型。“仿生隔板”是下一代飞机隔离板和后座支撑结构,用于分隔乘客舱和飞机厨房区域。

最初的设计看起来大有可为——重量比传统零件轻了45%,但强度相当。空中客车估计,如果将其应用在尚未交付的A320飞机上,这种新的设计方法每年可以减少近50万吨的二氧化碳排放量。

空中客车的工作人员对仿生隔板的安置进行测试

空中客车最初计划用金属增材制造技术制造新的隔板。但由于制造市场中的一系列变数以及材料要求,空中客车显然需要改变制造流程。幸运的是,欧特克衍生式设计技术正变得日益成熟,现已能够在产品开发的设计阶段针对多种先进制造技术进行优化。

对于空中客车而言,这意味着他们可以使用衍生式设计为隔板创建一个3D打印的塑料模具,然后将零件铸造成可用于飞行的合金。仿生隔板2.0与前代设计一样坚固、轻巧,并且可以更经济地批量生产。

“修改后的设计大幅提升了仿生隔板的生产可行性。目前,第一个原型已经投入生产,我们希望能在今年年底之前完成这项工作。”一直负责领导与欧特克合作的空中客车设计师Bastian Schaefer表示,“当下,工艺和技术的发展,让我们到了可以更低的成本制造多个单元的阶段。”

空中客车正在利用衍生式设计来重新考虑飞机的其他结构部件,包括A320垂直尾翼(VTP)的前缘。飞机上的VTP(或垂直稳定器)的目的是提供方向稳定性,并减少由侧向移动引起的空气动力学低效的情况。

基于衍生式设计的3D打印垂直尾翼

衍生式设计使团队能够评估数百种均符合VTP刚度、稳定性和质量目标的设计方案。

未来工厂

由于衍生式设计对飞机部件的改进产生了积极的影响,空中客车开始探索该技术对其他业务的影响。今年年初,空中客车的团队开始考虑如何将衍生式设计应用于其工厂的建筑设计、布局和工作流程。

首先,他们考察了A350机翼的装配线,这条生产线需要大量的人员配置以及好几种不同的工具。考察的目的是为了弄清楚如何为不同代的A350装配多种不同机翼而配置单个工厂区域,并优化工具位置和行进路径,以尽量减少拥塞情况。

空中客车开始将注意力转向未来在其他生产机库中使用该技术的可能概念。其目标是打造一座可扩展、自适应的工厂,以提高物流流程效率,减轻员工工作负担,最终加快发动机组装速度,从而满足空中客车当下和将来的需求。

空中客车的一个引擎

空中客车的团队确定了要使用衍生式设计系统进行评估的10个限制条件,其中一些条件的重要性更高,比如效率和成本。

  地块效率——场地边界内和建筑物占地面积之外的可用剩余空间的总量和比例

  建筑成本——对估算建筑成本至关重要的功能,包括建筑总面积、单体结构的树立和大小,以及立面上使用的各种材料的面积

  可持续性——对于DGNB/LEED认证至关重要的功能,包括供员工使用的绿色屋顶平台、建筑声学、热舒适性、生物多样性分区、透水表面和自行车停放处

  员工工作条件——从工作站到洗手间的距离(应最小化);从会议室、咖啡吧、休息室和厨房看到的室外绿地景观

  物流流程/涂料流/发动机流(三个独立的限制条件)——各个工作站之间沿生产顺序安排的流动路线

  客户体验——从大厅和其他客户区域到装配站和室外绿地的景观

  日照——办公、生产和客户体验的关键空间中的自然散射光量

  灵活性——建筑物在将来的扩建潜力,尤其是在原始场地范围内

目前,衍生式设计为空中客车提供了两条路径进行考虑:占地面积超出常规的较大建筑物,或者对相同的工厂元素经过优化、占地更小的矩形面积的建筑物。

空中客车发动机组装工厂的渲染图

Schaefer表示:“衍生式设计正帮助我们创建了更可持续的建筑设计,让我们得以更好地考虑关键的人为因素和工作条件。通过克服先入为主的观念和盲点,它还扩展了我们的思维方式和设计方法。我们知道,无论我们选择哪种设计,这座工厂都将会更有效地运作,并且建造成本也将会得到降低。”

对于空中客车来说,制造和建造的未来似乎已经照进现实。

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