将电磁体开发和集成到飞机装配系统中是改进手动和半自动操作装配流程的重大创新步骤。在本文中，将详细描述设计和设备特性，并描述用新兴的电永磁体推进部件夹紧方法的机会。
今天的飞机装配包括几种方法和系统，从传统的手动装配到机械化，半自动化和全自动化系统。使用何种装配技术取决于组件类型，结构配置，可用设备，投资以及在开发先进装配技术和系统时创建的创新水平。
传统的装配过程使用手动任务将部件连接到小的子部件，然后将多个子部件和面板逐步集成到主要部件，如机身和机翼结构。手动装配的基本过程包括： · 在装配固定装置中使用确定的（在零件制造过程中产生的预先钻好的孔）和Clecos（临时固定件）固定部件来定位零件相对于彼此的位置。 · 用手工工具钻孔/ counters孔（钻孔枪）。 · 拆卸零件，去除毛刺孔出口区域和清洁零件（去除切屑和润滑剂）。 · 将密封剂应用于搭接表面。 · 重新组装零件并安装铆钉或紧固件。 手动过程非常耗时。图1“Cleco Clamping”说明了手动装配过程中零件的行为。可以看出，钻孔是在两个Clecos之间进行的，一旦钻出第一个零件，零件就会弹回 - 钻头不断对第二个零件施加钻削力 - 导致零件之间产生间隙。芯片进入缝隙，需要部分拆卸和清洁，这导致了两步装配过程。 几十年前，飞机制造商推动供应商开发一种机器，该机器可以通过在钻孔处夹紧预先组装的零件来实现“一次装配”，以避免零件之间的间隙，并消除零件的拆卸和清洁过程。现在有多种C型框架和D型框架机器和系统可用于执行铆钉或紧固件安装的“一次装配”，从而显着提高了工艺效率并减少了结构装配的时间和成本。 机器部件夹紧需要两个衬套（子组件两侧各一个），并通过C型机架结构（见图1“C型夹紧”）在零件周围带动主动和重新启动的夹紧力。由于围绕子组件的力流动，只有某些类型和尺寸的结构可以与这些机器组装在一起，例如，单一，超级和巨型机身和翼板，允许进入结构的两侧（开放结构） 。 图2和图3显示了构建完整的机身和机翼所需的机身和机翼类型的结构和组装层次。机身采用五个装配步骤（单个，超级/超大面板，半壳，桶和完整机身），机翼采用四个主要装配步骤（单面板，翼梁和肋骨，翼梁/肋骨网格以及上下面板组装 - 创建箱子），并将翼中心箱体与左右翼箱体结合在一起。但是，如果需要组装像机身桶和翼盒那样的“封闭结构”，则不能使用这些C型机器。所有组装操作都必须手动执行。 需要创新和开发新的装配方法，以消除“封闭结构”的手动装配。在波音工业的领导下，我们在波音公司发明，开发和实施了半自动化系统，使用电磁铁作为“封闭结构”，例如机身筒段和机翼盒组件。还发布了几项专利。 我们开发了电磁铁，产生磁通量，穿透铝或复合结构，将钢块（位于结构内部）拉向电磁铁，并将夹紧部件夹在中间，而不是如图1所示的电磁铁“电磁夹紧”。 通过调整电磁铁的电压和结构内部的钢块/钢板的尺寸，可以调整钻孔位置的夹紧力以满足工艺要求。图4描述了用电磁铁产生夹紧力的原理和这种装配方法在机身和机翼盒结构中的潜在应用。 对于给定的结构堆叠（间隙），必须使用特定的电磁工艺参数（电流，钢体积）来充分夹紧零件，消除钻孔/ counters孔和干涉紧固件插入过程中的间隙。对于薄的结构叠层，低的夹紧力就足够了，这是通过向电磁体施加低电流而产生的。但是，对于较厚的堆叠，有时需要较高的夹紧力，并且通过向电磁体施加较高的电流而产生。 使用电磁体的一个潜在概念是灵活的装配系统，其中电磁体与在位于机身外部的导轨上移动的多功能末端执行器（MFEE）集成。机身内部的机械师正在处理带有钢块的喷枪，将其定位在MFEE的对面以支持产生夹紧力。MFEE插入紧固件后，技工将用手持工具将紧固件或螺母安装到紧固件上。类似的使用柔性装配系统的方法可应用于翼盒结构。 随着复合材料和创新型飞机配置的出现，装配技术必须适应新的工艺要求。787机翼是第一个拥有这些新材料优势的复合商业航空主要结构。 此外，当时传统的机翼盒主要装配方法正在从787的纵向变为横向，从而消除了昂贵的大型装配夹具，并以行列式装配（DA）理念取而代之。在部件制造过程中预先钻好的DA孔可以预组装和固定组件，从而以最小化的工具创建翼盒。水平组装技术也非常适合于促进一次装配过程为自动化提供新的机会。 当今竞争激烈的航空航天业务要求新的自动化提高速度，提高质量，降低成本并提高安全性。自动翼片紧固件插入系统实现了前两项举措，但成本高且安全性优越。如果将来电磁钳位将走向繁荣，则需要取得重大进展，以克服这些诋毁者。 例如，电磁铁钢壳内的电线圈会产生热量，需要冷却以避免损坏线圈绕组和电线安装。对于通过向线圈施加低电流实现的低夹紧力，通过在线圈绕组之间的通道吹送加压空气可以去除产生的热能。但是，为了获得最大夹紧力，需要水冷来充分提取较高电流产生的热量。 消除膨胀循环冷水机组系统将需要新的磁体技术。对于某些737翼盒下面板组件产生1000磅夹紧力所需的能量会产生大量热量。建立并实施了一个精心制作的流体冷却系统，以保持水平生产线电磁铁始终处于华氏50度以下，从而为生产实施带来更高的资本投入。 为了应对这一挑战，波音公司正在支持麻省理工学院的研究，重点关注新的创新概念，以减少或消除对电磁铁冷却的需求。 在麻省理工学院进行调查和测试的潜在解决方案涉及称为电永磁体组件的永磁体和电磁体的组合。铝镍钴永磁体由铜线圈包围，并放置在钢壳内。在模拟铝叠层的另一侧是一块钢板，在磁体激活后被拉向电永磁体。 铜线圈的功能是对Al Ni Co永磁体进行磁化和/或去磁化。电永磁体和钢板之间的磁通密度和相应的夹紧力由通过磁化线圈的电流脉冲的大小，方向和顺序控制。为了使永磁体的建立的磁场无效并相应地使夹紧力最小化或消除，通过线圈以与用于磁化的方向相反的方向施加电脉冲。 通过调制输入，电流大小和方向以及瞬时脉冲序列（大约毫秒），Al Ni Co磁芯材料被部分磁化或去磁化。 一旦达到目标夹紧力，就不需要输入能量来无限维持夹紧力。由于磁化或去磁化系统所需的能量脉冲非常短，所以不会产生热量，从而不需要任何磁体冷却系统。 另外值得一提的是可以使用替代磁性钳位装置，例如已经成功结合到柔性“弹簧”工具固定装置中的捕集助焊剂超导体，用于在放置，固化和修整复合面板时保持芯棒。未来，这种或其他产生磁场的替代方法可适用于自动化紧固系统以减轻对冷却的需求。 未来的另一个趋势肯定是开发用于处理钢背板的密闭空间自动化，以消除与当前流程相关的人机工程学和安全问题以及非增值额外工作。 在紧固上面板时（在加载下面板之前）处理钢背板时，可以轻松使用机器人。机器人将克服重力挑战（固定过程中固定钢板），但需要开发巧妙的钢背板设计，以限制所需的钢板几何形状数量。尽管如此，自动化将需要带有快速拆卸适配器的多个印版，并存储在换刀装置中。 一个原型可展开的机器人可以进入机翼箱来为AWFIS定位钢背板，但是这种机器人没有足够强大的生产能力。然而，未来的技术进步应该为这种自动化打开大门。 Samuel Dobbs是一名机械工程师和高级设备工程师，目前负责737生产工程。 Branko Sarh是最近退休的自动装配系统高级技术研究员，具有开发用于商业和国防生产的技术的经验。 塞缪尔·多布斯和布兰科·萨尔
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