在开发新的生产工具和装配工艺方面，很难击败波音。这家公司在其装配线上实施新技术方面一直处于领先地位。
在20世纪80年代，波音公司处于计算机辅助设计和计算机辅助制造的最前沿。十年后，波音成为首批采用精益制造的公司之一。如今，它正引领着先进的数字生产、预测分析和可穿戴技术的潮流。波音公司还在航天工业的装配自动化领域处于领先地位。它在最先进的机器人技术、智能定位系统和灵活的材料处理设备上投入巨资。其目标是通过消除对大型夹具和工装的需求来简化生产。
例如，该公司位于华盛顿州埃弗雷特的工厂将采用一种新的机身自动直立建造(FAUB)工艺来组装下一代777客机。在KUKA Robotics公司设计的FAUB系统中，机身部分将使用自动化的、有导向的机器人来制造，这些机器人将把机身的面板固定在一起，钻孔并填充超过60,000个传统上由手工安装的紧固件。
车间创新是波音公司DNA的一部分。在过去的100年里，成千上万的想法和发明创造出了更容易、更安全、更高效的工具和方法来建造飞机和宇宙飞船。
以下是波音工程师过去如何解决装配问题以及他们如何应对当今的一些挑战。
革命性的铆接
几十年来，铆接一直是波音飞机组装的核心和灵魂。据《ASSEMBLY》1960年3月号的报道，该公司每年购买332个类别的1亿个铆钉。
在20世纪40年代、50年代和60年代，随着航空制造业日益复杂，波音公司的工程师开发了各种自动化设备，以提高生产率并降低成本。
1958年7月《波音》杂志上的一篇文章宣称:“铆工罗西拥有全新的外形。”它解释了波音威奇托工厂的铆接工作的主要部分是如何由四台新的动力机器完成的。
这些机器被用来组装B-52G同层堡垒轰炸机的机翼面板。应用包括铆接下翼板的铝加强筋。
文章指出，“每台机器可以24小时每分钟处理8到10个铆钉，而且不会感到疲劳。”控制机器的穿孔纸带，精确地知道成千上万个铆钉必须放在哪里。该机器钻孔，做沉头，插入段塞，应用冲压，剃掉外头和自动移动到下一个铆钉。
“机器以龙门式的方式进行铆接工作，在地板轨道上来回滚动，”文章补充道。“有两组铁轨，每组有两万六千磅重的机器在运行。
“被铆接的金属可以大到75英尺乘4英尺，并被固定在一个特殊的夹具旁边的轨道，”文章说。“每个铆钉机约12英尺高，10英尺宽，装有电气、气动和液压动力元件。每台机器有两个操作人员，一个在主开关上，一个在观察操作细节。
文章解释说:“在80英尺的轨道上有足够的空间，可以让一对机器在一个轨道上铆接同一个面板，或者铆接两个独立的较小的面板。”“工作是在它到达自动化机器之前被钉住。
“使用的铆钉是弹头(铝棒金属的直片)，而不是标准的预制铆钉，”文章说。不同长度的段塞通过注入管移动到孔上方的位置。有五种不同大小的弹头。更复杂的是，这三辆最大的汽车必须在低温下行驶。它们被储存在冷藏室里，保持在零下10到20度。
“整个复杂机器的控制中心是一个穿孔纸带，它在安装在机架上的一个小控制台里从一个卷轴爬到另一个卷轴，”文章补充说。光电阅读器对纸带上的孔作出反应，并确定铆钉的间距。
在20世纪50年代，波音公司的工程师热衷于钛。然而，这种轻质金属在生产中出现了许多问题。铝和镁的装配工艺效果很好，但钛的装配工艺却不尽人意。
例如，钛铆钉不能在室温下驱动。只有对铆钉进行加热才能取得满意的效果。为了解决这一挑战，工程师们开发了一种自动热挤压铆钉机。
原来的机器在预定的时间长度内施加预定的加热电流给铆钉。当设定的时间间隔过去后，铆钉自动上弦。
然而，这种时间控制的加热方法有缺点。温度随铆钉长度、电极温度、零件质量和铆钉与电极之间接触程度等因素而变化。
驱动铆钉时的温度差异造成了不一致的结果。如果太冷，铆钉就会断裂。如果太热，它们就会被氧气污染。此外，每次使用不同长度的铆钉时，机器都必须重新启动。
为了解决这个问题，波音公司的工艺工程师发明了一种带温度感应控制的挤压铆钉机，当达到正确的温度时，可以自动驱动铆钉。1957年9月出版的《波音》杂志上的一篇文章写道:“只要用高强度高温材料铆接，这个方便的小装置就可能成为标准设备。”
“该装置是一种传感装置，在铆钉被加热时与预定的电极驻留压力一起使用，”文章解释说。“控制单元通过感应每个铆钉的屈服来决定何时达到正确的温度。
文章补充道:“此时，要对铆钉头施加足够的额外压力。”“时间间隔是不同的。对于不同长度的铆钉，可以实现铆接一致性，不需要重新设置机器。”
十年后，波音公司的工程师仍然对挤压铆接产生了兴趣，当时一种名为737的新型短途飞机的产量正在增加。
1967年6月《ASSEMBLY》杂志上的一篇文章指出:“波音737双缸喷气机生产线上出现了一种新的声音——或者说是缺少这种声音。”铆钉枪现在是用挤压而不是用锤子把铆钉钉到位。结果是发出“压扁”的声音，而不是熟悉的“砰砰”声。
该文章指出:“尽管挤压铆接不是新技术，但波音工程师增加了一个新功能，使737机翼梁上的挤压铆钉与便携式设备成为可能，并提出了一个不需要额外密封的油密接头。”这使得机翼内储存的燃油不可能渗过铆钉。
ASSEMBLY解释说:“操作的关键是一个类似于c形夹具的轭架。压力装置连接在轭架的一端，而模具组(用于形成铆钉)连接在另一端。挤压动作的60磅的轭状拇指和食指被一根缆绳悬挂在一个弹簧式卷轴上，卷轴的大部分重量都由它承担。
该文章指出:“整个组装都钩在一个架空轨道上，便于沿着35英尺长的翼梁转移到任何区域。”当铆工将挤压轭架拉到铆接孔上方的位置时，它横跨梁。铆钉斗枢轴将模组调整到圆木背面的位置，以便对准。大约24000磅的力将铆钉压在模具上。
ASSEMBLY补充道:“挤压轭架是由油压和90psi空气压力的组合气动驱动的。压力由一个带脚轮的便携式油箱提供，当铆钉工沿着梁工作时，它可以滚动。据波音公司介绍，挤压铆接消除了金属扭曲振动，工作几乎没有缺陷。”
几个月后,大会报告”一个新的计算机控制铆工称为“罗茜”[,]执行不懈的速率为每分钟八个铆钉,钻一个洞在新的短程的波音737 twinjet翼板,穿孔外端,推动铆钉最后剃须的铆钉空气动力学平滑。”
根据《ASSEMBLY》1968年3月号的新闻报道，“两个独立的铆钉头，每个重约17万磅，由预压胶带控制，允许在不同的机翼面板或同一面板上工作。”液压缸迫使仪表板向上顶住头部，闭路电视让罗西的操作人员可以近距离观察整个过程。”
在20世纪70年代早期，波音公司试验了一种名为电磁铆接(EMR)的新型技术。它只花了0.0005秒就在一个无头铆钉上同时形成了两个头。
1972年1月出版的《ASSEMBLY》杂志上的一篇文章说:“与传统铆接相比，这种方法的优点包括工厂噪音更小，废液更少，生产率更高，操作人员更不疲劳，在传统的手工铆接操作中降低了成本。”“EMR将手动铆接在质量和速度上与自动机器铆接平起平坐，大大减少了设备投资。
该文章解释说:“波音公司主要在机翼面板的组装中使用EMR设备，由于可访问性问题，无法用昂贵的自动铆接器进行铆接。”EMR系统由两个枪组成，一个用于工件的每一面，可以通过一次冲击驱动无头铆钉。每个枪内的线圈从一个共同的电源接收电力，并对铆接锤施加高达3万磅的力。
文章指出:“由于每把枪重约75磅，它们需要用头顶的滑轮系统来平衡。”此外，每个射孔枪都有规定，以防止独立射击或射击时不垂直于工件。当主炮发出的信号使电子控制单元中的电容器组放电，同时使配套炮中的线圈通电时，就会发生点火。”
除了开发自动铆接器，波音的工程师还发明了许多工具和小工具来解决连接挑战。
1960年3月《ASSEMBLY》杂志上的一篇新闻报道解释了该公司如何开发出一种电子检查铆钉的工具。该公司解释说:“该设备将显示万分之一英寸的任何偏离标准。”“到目前为止，测量样品批次和确定偏差的任务都是通过手工测量完成的。
ASSEMBLY指出:“使用新设备，可以测量一批50个铆钉，并得出验收或拒收数字，自动平均和计算，只需要以前所需时间的三分之一。”“通过自动铆钉处理和改进的计算机进一步加快检查速度，目前正处于设计阶段。除了减少铆钉检验的时间和成本，新设备还有望提高精度。”
该铆钉检测装置由机电换能器、平衡电路、振荡器、放大器、计算机和电源组成。
ASSEMBLY解释说:“在测量生产铆钉之前，主铆钉被放置在量块中，并建立一个参考水平。然后，铆钉被放置在量规块一次一个。在感应头，一个按钮将一个凸出测量手写笔落在铆钉头上。
ASSEMBLY补充道:“机电传感器的可移动核心附着在触控笔上，将触控笔的测量结果转换成与触控笔位移成正比的电位差。”“这种差异被放大，并提供给计算机，它决定了任何偏差，首先是每个铆钉，然后是整个批次。”
波音公司目前正在提高其广受欢迎的窄体单通道737飞机的产量，从每月42架飞机增加到每月52架。为了提高生产率，该公司最近开始使用自动化系统来制造机翼面板。
该机器钻孔和安装铆钉，将纵材连接到翼皮面板。一排激光可以让它沿着每个面板的轮廓移动。该过程提高了准确性、一致性和重复性。
面板装配线(PAL)取代了在面板上钻孔但需要装配工手动安装铆钉的机器。PAL在华盛顿州Renton的植物上占用更少的空间，并将重复运动损伤的风险降低50%。而且，自动化系统减少了66%的缺陷，同时减少了33%的生产流程时间。
波音公司的工程师们还在加快737翼梁的自动化装配流水线，以加速钻井和安装紧固件。
焊接向导
20世纪20年代早期，波音公司的工程师是飞机焊接技术的先驱。一种创新的弧焊工艺使他们能够使用轻型钢管组装机身。
四十年过去了，公司在先进的焊接技术方面依然走在前列。事实上，波音公司是最早试验超声波连接技术的制造商之一。
《ASSEMBLY》1961年8月号的一篇新闻报道描述了“由波音公司设计和制造的超声波焊接装置如何被用于战略空军司令部新的B-52H弹道导弹轰炸机的生产。”
“焊机直接从60周的电源操作，但频率提高到1.5万至6万周，通过将两个金属表面重新排列成一个共同的金属表面，实际进行焊接。”
在同一时期，电子学成为航空航天制造中越来越重要的一部分。新的焊接技术对于连接电线和其他精密部件至关重要。
1963年10月号《ASSEMBLY》杂志上的一篇文章解释了波音公司的工程师如何开发出一种设备，这种设备可以将“头发丝的一半厚度焊接到只有千分之一英寸厚的表面”。
该文章指出:“这台机器是为了满足目前商用设备无法轻松处理的制造需求而开发的。”“实验证明，该装置能够克服大多数微型连接问题。这台机器花了将近一年时间来完善。它能够将十几根头发大小的电线连接到一个比一便士还小的完整电路上。”
ASSEMBLY指出，机器成功的部分原因是使用了精确的焊接脉冲。脉冲持续时间可控制在0.001 ~ 0.0625秒。电极压力从不到一盎司到24磅不等。
有了这台机器，波音公司可以用0.005英寸厚的金属丝和金属带焊接部件。“热控制足够精确，可以连接主要由玻璃状硅组成的太阳能电池的金属部件，”文章补充说。“该设备正被用于制造用于研发工作和制造实验的组件。”
今天，波音公司的工程师们正在使用最先进的焊接技术，书写人类太空探索的新篇章。该公司正在建造NASA太空发射系统(SLS)的第一阶段，该系统将在未来前往火星和其他深空目的地的任务中发挥关键作用。
火箭的各部分是用搅拌摩擦焊连接在一起的。它通过一个旋转的销钉工具，将金属从固体转变为类塑料状态，从而产生强大的键。该工具软化、搅拌并在两个金属部件之间锻造一个键。
SLS平台由桶、圆顶、环和其他8.4米直径的结构部件组成，这些部件通过位于新奥尔良Michoud装配工厂的一个50米高的垂直装配中心连接在一起。铝圆顶是通过连接在桶的两端的环连接起来的。
粘合剂
加入不同的材料一直是波音工程师面临的挑战。在20世纪60年代中期，他们开发了一种叫做扩散连接的新工艺，以克服不锈钢和铝的焊接问题。
《ASSEMBLY》1965年10月号上的一篇文章解释说:“由波音公司根据美国宇航局的研究合同开发的粘接过程不需要通量或粘接后清理。”该方法允许不同金属的管状部件相互结合，而不存在通常的脆性或金属间化合物形成的缺点。虽然该方法适用于直径为20英寸的油管，但适用于更大或更小的部件粘接。
该文章指出:“在粘接之前，不锈钢管和铝管的配合表面都要镀银。”粘接操作开始时，不锈钢管安装在不锈钢心轴上。在一个单独的操作，铝是放置在搭接。
文章还说:“这些部件被安装到一个合金钢环中。”“安装完成后，包括芯轴和钢圈在内的整个总成将在高达600华氏度的温度下加热一段时间。由此产生的粘结比铝材料的抗爆裂强度更强。低热量和部件之间的银界面防止了脆性铁铝金属间化合物的形成。”
在20世纪60年代和70年代，随着越来越多的塑料被用于飞机组装应用，如喷气客机的内部部件，粘接技术变得越来越重要。
道格拉斯飞机公司(Douglas Aircraft Co.)的工程师们转而使用热激活干膜粘合剂来解决DC-8的组装问题。在加州长滩工厂生产的内饰板的高废品率促使他们找到解决气泡产生和破坏粘结的方法。
1969年5月号的《ASSEMBLY》杂志上的一篇文章说:“装饰性的层压乙烯基面板是用一种刷涂的液体接触粘合剂粘在内部侧壁上的。”“两道独立的底漆分别涂在待粘接的两个表面上，每次涂涂之间都需要一定的干燥时间。
该文章补充说:“干燥时间很关键，而且成本很高，因为必须安排好时间，以保证正常工作时间的中断不会影响下一层涂料的涂涂。”“这个过程向空气中排放了相当多的烟雾，通过使用干燥的薄膜粘合剂可以消除这种情况。同时，需要一个大的区域来储存干燥板。有缺陷的面板必须退回到粘合部门返工或更换，导致生产延误。”
道格拉斯的工程师们试验了一种压敏热活化的丙烯酸薄膜。ASSEMBLY解释说:“胶粘剂薄膜是用旋转热压机压到面板上的。”“每个面板的总使用时间不超过30秒。
该文章指出:“这种组装过程将面板废品率降低到几乎为零。”“由于消除了干燥过程，以前需要存储大量等待返工的侧壁的地板空间减少到零。之前生产需要的14名工人中，有5人被调到了其他部门。”
波音公司的工程师们目前正在开发粘合碳纤维复合材料的新方法。最大的挑战是将复合材料部件与铝、镁、钛和其他轻金属连接起来。
工程师们正在探索减少碳纤维复合材料中使用的紧固件数量的方法。他们的目标是提高粘接航空航天结构的可靠性。
组装碳纤维复合结构的过程仍然需要使用成千上万的机械紧固件。这是满足当前FAA认证要求的最简单和最便宜的方法，FAA认证要求证明，每个粘接接头在达到关键设计载荷时不会分离和导致结构失效。
环氧树脂还将在下一代777喷气式飞机部件的生产中发挥关键作用。波音公司在华盛顿州埃弗雷特新建了一个100万平方英尺的复合材料机翼中心，该中心配备了两台自动纤维放置机，用于组装777X的机翼皮肤和翼梁。
整体式组件长100英尺，宽20英尺，但没有接头。机翼是由一个机器人头组装而成的，这个机器人头在涂有粘合剂的碳纤维带上前后滑动。这与一个世纪前波音公司的员工手工组装木梁，然后在上面盖上布条的做法相去太远了。
