7月12日，北京。中国航空制造技术研究院（以下简称航空工业制造院）一个科研现场，大型复合材料自动铺放成型设备研制项目团队带头人冯长征正与技术人员一起，对即将交付的几台机器人式自动铺丝机，进行调试测验。

  自动铺丝机，一听到这一个名字，大家会想到什么呢？是不是一下就联想到了织布机，或者裁缝铺的缝纫机？这个自动铺丝机可不是用来铺衣服上的丝线的哦，而是一种用来提高高端设备生产效率时必不可少的工具。那么自动铺丝机到底有何作用呢？

  自动铺丝机可量体定制新型大飞机，大多数都用在飞机大型、复杂复合材料构件的铺放制造，如飞机机身、尾锥等。

  2005年，航空工业制造院开启自主研发复合材料构件自动化成型装备之旅。2022年10月，航空工业制造院向航空主机厂交付新一代机器人式自动铺丝机。经验证，技术水平比肩世界先进，打破了这项技术长期受制于人的困境，实现了“材料+工艺+设备+软件”技术体系全链条贯通。

  “自重越轻，有效载荷越多，机动性也越强。”冯长征说。飞机减重，离不开碳纤维复合材料。每根碳纤维直径约5微米，相当于一根头发丝的十二分之一。虽细，却十分“强壮”。用碳纤维制成的复合材料，强度是钛合金的两三倍、铝合金的4倍以上。

  采用碳纤维，飞机重量将减轻三成。自动铺丝机中的“丝”，即指碳纤维丝束。先进飞机，复合材料结构设计复杂，核心部件制造汇聚各种工艺。

  在航空工业制造院项目总师孙年俊的记忆里，十几年前，用碳纤维复合材料造飞机部件，都是靠工人手工铺叠，遇到大型构件、复杂构件就犯难。

  此前，自动铺丝这项技术一直被西方国家和美国掌握并垄断着，没有掌握核心技术的我们只可以在生产飞机时手工铺放这些复合材料，这就极大地降低了飞机生产的质量和效率。

  一层一层铺叠，做成一个飞机构件形状。一层0.13毫米，一个飞机复合材料构件最厚要40毫米。”孙年俊说，手工铺叠低效、精度差、材料浪费大。“20世纪七八十年代，欧美国家成功研发出复合材料自动铺放设备，从自动铺带机，再到自动铺丝机，新型飞机复合材料构件实现自动化生产。”孙年俊说。

  作为新飞机量产的关键技术，自动铺丝机技术与装备一直被国外垄断并实行技术封锁。不能被“卡脖子”！航空工业制造院技术人员下定决心，加快自主研制铺丝机。“这是我们的使命。”航空工业制造院院长李志强说。

  自动铺丝技术是一块难啃的“硬骨头”。“这是一项综合技术，涉及材料、工艺、设备及软件，协同精准度误差不能超过0.01毫米。”孙年俊说。本世纪初，国内企业曾陆续引进几套自动铺带机。“铺带机早于铺丝机，大多数都用在结构变化小的飞机零部件铺放。”冯长征说。

  引进的设备，适用性并不好，稍有改动，就没办法使用。后续维护不仅要支付高昂的费用，还要看国外专家的脸色。因此自主创新是航空强国的必由之路。

  自2005年起，航空工业制造院技术人员从有限的资料着手，自主研制自动铺带机。

  “整台设备数千个零部件，相互配合差之毫厘就是失败。我们反复对比、验算不同的材料、程序和工艺，不断进行相互适配的参数试验，终于在3年后造出了自己的工程样机，并陆续实现工程化应用。”冯长征说。

  因构件异形，铺放的丝束必须随时变形。“因此，丝束送进裁断、不等宽均匀铺放丝束，是研制自动铺丝机最大的难题。”孙年俊说。“先找准粘合剂，即预浸料，将‘丝’粘在一起，制成1500米长的预浸丝束；在保证高速长距铺放时，按设计精准裁剪，使不等宽的丝束不变形。”冯长征说。风雨十载。2019年，技术人员相继攻克了“丝束送进裁断以及铺放的张力、温度、压力、精度”关键技术。

  2019年，为适应国产飞机量产的迫切需求，航空工业制造院大力实施管理创新，整合各专业课题组，搭建起一支独立的铺丝机研发团队。完成工程化应用，艰辛一如既往。已交付的铺丝机，在“丝束送进裁断”工序中，有一个关键工具——裁刀。裁刀十分袖珍，长18毫米、宽8毫米、厚0.8毫米，大小约为小手指甲盖的一半。

  为研发这把袖珍裁刀，团队技术骨干马志涛足足耗时两年。不同于一块平板，飞机大曲率异形构件，表面凹凸不平、薄厚不一。“要达到设计的基本要求，必须对高速铺放的预浸丝束设置裁断程序，快速实行‘裁’或‘不裁’。”孙年俊说。

  这好比弹奏一支乐曲。同一时刻，按与不按哪个琴键，必须根据“乐谱”瞬间决断。铺放速度每分钟30米，同一时刻，毫秒级内，十几把裁刀要按各自的指令舞出自己的动作。裁慢、裁错、“藕断丝连”、不同步、跟不上铺放速度……哪个环节出问题，都可能会导致停机，造成铺放质量缺陷。难！

  选什么材质的刀？硬度多少合适？断的方式是裁、剪还是斩？动作响应多少毫秒？种种难题接踵而至。

  “沉浸式”实验室——“沉浸”是完全投入情境，专注于当验的一种状态。航空工业制造院以这种“沉浸”理念为核心，创造条件让科研人员全身心投入科研工作，深耕探索科学技术创新体制的“试验田”。

  历经两年攻坚，匹配丝束裁切参数的裁刀最终研发成功。前面丝束裁断后，后续丝束重复送达精度达±2毫米。一把袖珍裁刀，仅是研制铺丝机六大难题中的一关。

  “3年来，研发团队先后解决了铺丝设备位置失准、速度失恒、张力失稳、断丝失离（分而不离）、算法失灵等多个难题，终于让我们自主研制的高端自动铺丝机能够成功应用于飞机制造。”孙年俊说。

  看着科研现场内即将交付的自动铺丝机，李志强信心满怀地说：“我们将持续提升航空制造装备技术，始终心系国之大者，实现更多高端装备自主化、国产化。”

  答 案自然是否定的，突破技术封锁之后，当然还需要稳步提升。虽然目前已经有了属于我们的自动铺丝机床，不用再担心高端设备和大型客机的生产问题，但是我们仍旧是应当看见我们与美国在这项技术上的一些差距。尤其是一些关键部位还能够继续改进，比如提升铺丝速度等方面。

  但令人宽慰的是，目前我们国家科技发展势头很好，不少以往需要依赖进口的设备都实现了自主研发，被欧美卡脖子的各项技术也被逐个突破。所以，国内支持科技发展的大环境自然会推动自动铺丝机床的慢慢的提升，相信我国的制造业和科技会不断向前发展，走向世界的前端！

  航空工业制造院坚持科学技术创新，攻克一系列卡点瓶颈。瞄准“卡脖子”难题，体系化攻克关键材料、先进制造和高端装备核心技术，不断实现技术价值创造力。建成了特色鲜明的材料专业体系，巩固了复合材料一马当先的优势，石墨烯加热膜和座舱透明件等新材料技术实现应用；突破系列先进材料和制造技术瓶颈，为下一代装备研制做足技术储备；突破复材铺丝机、自动钻铆机、国产电子枪等装备的系列化核心功能部件及关键技术，构建高端制造装备自主保障研发能力，国内外市场均实现阶梯式跃升；光电技术产品完成新一代样机研制，某型产品通过出口立项评审，拓展大修业务，外场竞标斩获满分，极大的竞争优势培育了新经济增长点。布局人机一体化智能系统领域关键技术，优化完善航空智能制造创新工场体系，完成钛合金构件智能生产线建设并正式运行。

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