美國A&P編織預制件的工廠
A&P Technology的業務包括為各種終端市場和應用制造編織碳纖維和玻璃纖維預制件。在這里，A＆P為波音787每架飛機生產290個框，其中161個框是獨一無二的。其中一個A&P編織機/芯軸系統可以在一個班次內生產4個預成型件，足以制作8個框，該系統由該公司開發的最復雜、最先進的程序之一操作。
美國俄亥俄州辛辛那提A&P Technology園區鳥瞰圖。
像這樣的碳纖維織物被編織成管狀，然后被壓平或切開，然后纏繞在卷軸上裝運。A&P制造的飛機發動機風扇罩使用這種格式的材料。
A&P的實驗室是該公司進行原型制作、制造疊層工具和進行液壓爆裂測試的地方。還包括一個大型疊放臺、一個小型商用加熱機、無損檢測設備、一個用于預浸料儲存的冰箱和一個步入式威斯康星州烤箱。
這里展示的是A&P實驗室的另一半。在CW的參觀中，正在開發的產品包括下一代噴氣發動機風扇罩、直升機項目的復合材料齒輪、機艙工具和一些專有產品，奇怪的是，這些產品與復合材料無關，但與編織有很大關系。
這個由A＆P編織碳纖維織物制成的無線電天線是平方公里陣列的一部分，這是一項多國努力，旨在在南非和澳大利亞的偏遠地區部署數千臺高性能射電望遠鏡，以接收天基無線電信號。
A&P在其織物大樓為Expliseat的商標TiSeat（鈦座椅）制造了一種編織熱塑性預成型件。其重量僅為4公斤，采用編織窄縫熱塑性膠帶制成的復合預成型件。TiSeat正在為空客A320配備，與競爭對手的材料和產品相比，每架飛機為空客節省了約2090公斤。
橋柱和其他類似的支撐系統可以通過應用A&P碳纖維織物進行修復和加固。
在復合材料行業，有一些制造工藝表面上看起來相對簡單易行。纖維增強材料的編織可以說是其中之一。事實上，編織是由相當多的制造商完成的。事實上，獲取和使用編織機制造碳纖維或玻璃纖維預成型件、筒形件和/或織物可以在不花費大量金錢或時間的情況下完成。
然而，世界上很少有公司將編織作為他們所有注意力、專業知識、投資和戰略的重點。很少有人享有A&P Technology股份有限公司（俄亥俄州辛辛那提，美國）在技術和藝術方面的卓越聲譽，以及在當今使用的幾乎所有纖維增強材料方面的豐富經驗。
名字里有什么？
A&P源自阿特金斯皮爾斯制造公司，成立于1817年，生產棉花加工機械。阿特金斯皮爾斯公司最終開始為各種終端市場編織棉花。這種情況一直持續到19世紀中葉和20世紀。1986年，隨著現代復合材料行業開始成形，阿特金斯皮爾斯公司看到了將其編織技術應用于復合材料制造的機會，并創建了A&P Technology作為評估技術纖維編織的研發部門。A&P Technology業務在接下來的十年中不斷發展，并于1995年成為阿特金斯皮爾斯公司的全資子公司。1997年，該公司又邁出了一步，將A&P Technology分拆為一家獨立公司。如今，它由總裁安德魯·海德（Andrew Head全資擁有。
A&P Technology分布在位于辛辛那提大都市區東側的園區內的五棟建筑中。1255平方米的技術中心位于園區主入口附近，歡迎游客參觀。正是在這里，首席運
營官帕姆·施耐德（Pam Schneider）和應用工程副總裁邁克·布雷利（Mike Braley）迎接了CW的這次參觀。施耐德將她的A&P根源追溯到公司成立30多年前。布雷利于20多年前加入A＆P，來自A＆P的長期客戶之一GE Aviation（美國俄亥俄州Evendale）。
施耐德坐在技術中心的頂層，在A&P編織合同中的零件樣品中，以及阿特金斯和皮爾斯早期的遺留照片中，施耐德解釋說，A&P的成功主要源于其定制工程材料解決方案以滿足無數機械和物理要求的能力。這是可能的，因為A＆P的編織設備是在內部開發和制造的，這意味著該公司與其技術密切相關，從概念到開發再到制造。
布雷利聲稱，纖維增強材料的編織提供了一套復合材料行業其他任何地方都沒有的材料能力。“基本上，”他說，“我們可以改變纖維架構，以滿足任何特定的尺寸和任何特定的機械要求。”
編織101
理解這一陳述需要理解編織本身。在最基本的層面上，編織物是由兩個或三個方向的連續、機械聯鎖的纖維組成的系統。紗線纏繞在圓柱形線軸上，線軸安裝在載體上。然后，將多個載體連接到帶有蛇形軌道的編織板上，該軌道引導載體。紗線從每個載體被拉到編織機軌道上方的成型平面。編織機可以水平或垂直取向，其尺寸（載體數量）決定了成品編織部分的直徑。
成品編織物的幾何形狀取決于芯棒的形狀和尺寸，以及編織機的配置，用于制造筒形件、二維預成型件和平織物。在所有情況下，編織良好可以提供連續、一致和均勻分布的纖維結構，從而為成品復合材料部件提供優異的抗沖擊性和抗裂性。
布雷利提到的織物結構的定制是通過可以為編織物調整的變量來實現的：纖維類型的數量（碳、玻璃、芳綸、天然、熱塑性或混合）、結構（雙軸、三軸、三軸/雙軸或單向）、載體的數量、紗線角度（固定或變化）、紗線張力、編織速度和芯軸形狀。
施耐德表示，A&P Technology經營的編織機尺寸從3到800個載體不等，中間有40多種尺寸，使用碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等生產一系列預成型件和產品。800載體編織機體積龐大，直徑超過13米，是世界上最大的編織機。A&P的機械產品線不斷發展，經常添加新的機器尺寸以滿足特定的客戶要求。2016年，A&P生產了超過453.6公噸的編織產品，預計未來幾年每年將增長15-20%。施耐德表示，A&P最大的終端市場是航空航天，但該公司也為汽車、娛樂和基礎設施應用生產編織產品。
布雷利表示，A＆P的成功在很大程度上歸功于其編織良好的能力，并在此過程中幫助客戶解決難題。他說，大多數情況下，客戶會帶著某種故障的金屬部件來到A&P，而所有其他解決方案都達不到要求。他在談到編織時說：“很長一段時間以來，我們一直非常關注這個問題。”。“我們擁有開發定制解決方案的設備、歷史、知識和專業知識。事實上，”他又說，“我們的一些客戶對我們的定制能力有點不知所措。”
離開技術中心展示區后，參觀的第一站是樓下的原型實驗室，在那里實際完成了“技術”。A&P不生產用于銷售的復合材料零件，而是為客戶創造了一個加快原型制作過程的空間。在這里，A&P為客戶做原型設計，還制造疊層工具并進行液壓爆裂測試。還包括一個大型疊放臺、一個小型商用加熱機、無損檢測設備、一個用于預浸料儲存的冰箱和一個步入式威斯康星州烤箱（美國威斯康星州東特洛伊）。
貫穿始終的是處于不同制造和評估階段的各種零件。其中包括下一代噴氣發動機風扇罩、直升機項目的復合材料齒輪、機艙工具和一些專有產品，奇怪的是，這些產品與復合材料無關。然而，布雷利說：“我們致力于追求高風險、高回報的項目。我們一直在尋找機會將我們的技術付諸實踐。”
在緊閉的門后
從這里開始，參觀將進行到CW被允許參觀的地區，但有一項諒解，即所有針對應用和機械的觀察都將保密。事實上，A&P通常不允許參觀工廠，以保護其客戶設計的專有性質和最先進的技術。事實上，只有美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）得到了完整的參觀。CW的訪問是一個罕見的例外，其目的是讓所服務的行業更好地了解A&P的廣泛能力。
下一站是長期合同大樓，位于園區北側，占地3250平方米。正如其名，正是在這里，我們發現A&P系統在為多年項目編織項目時發揮了作用—布雷利說，這些項目是靜態的，不能改變。首先展出的是一系列令人印象深刻且復雜的編織機和芯軸，它們為波音公司（美國伊利諾伊州芝加哥）787-8夢想飛機的機身框制造碳纖維預制件。A&P為波音每架飛機生產290個框，其中161個框是獨一無二的。在一個班次中，其中一個A&P編織機/心軸系統生產4個預成型件，由這些預成型件制成8個框，該系統由該公司迄今為止開發的最復雜、工程化程度最高的軟件程序之一操作。
施耐德和布雷利隨后指出，一個大型工作站正在運行一臺編織機，為通用電氣航空公司的GEnx發動機制造碳纖維風扇罩預成型件。這種預成型件以圓柱體的形式從編織機上下來，然后被送入編織機上方的夾層，壓平并切成兩層織物，纏繞在卷軸上，然后運送到美國密西西比州巴特斯維爾的通用電氣航空噴氣發動機工廠（見“工廠參觀：通用電氣航空”）。布雷利說，這里的一致性至關重要，因為風扇外殼的設計是為了包含“葉片脫落”事件，即風扇葉片在運行過程中脫落（這種情況很少見）并影響外殼：“每一層都必須是一樣的，現在也是一樣的，”他說。“從沖擊的角度來看，這是非常一致的。”除了GEnx，A&P還為GE CF6-80C2、霍尼韋爾航空航天公司（美國亞利桑那州鳳凰城）HTF7000系列發動機和威廉姆斯國際公司（美國密歇根州商業鎮）FJ44-4發動機提供編織風扇外殼預成型件。
接下來是336載體編織機，為LEAP 1B/2B發動機以及GEnx制造碳纖維預成型件。接下來是一個復雜的系統，將碳纖維和芳綸纖維編織在一起，為霍尼韋爾發動機的定子葉片制造預成型件。CW被告知，這款編織機可容納七種設計變體，但完全不需要人工監督。
施耐德和布雷利領路走出LTC大樓，前往核心產品大樓。它建于兩年前，是A＆P的最新產品。這里有20種不同尺寸的編織機（最大的配備了400個載體），是許多尺寸的倍數，大多數在任何給定時間都在運行。旋轉載體不斷的“咔嗒咔嗒”聲使其成為園區里最嘈雜的設施之一。這里安裝的全新設備專注于高速編織各種應用的套管，包括公路卡車尾氣絕緣、飛機機翼結構、假肢、曲棍球棍和棒球棒。
下一站是面料大樓，A&P在那里生產四種現成的編織面料，QISO、Bimax、ZERO和TX-45，用于各種應用。QISO是一種準各向同性織物，專為復合材料模具、基礎設施維修和汽車應用而設計，上市時間約為五年。材料組合因應用而異，包括航空航天級和工業級碳纖維。織物有幾種面積重量和寬度。
Bimax是一種穩定的±45°材料，常用于曲棍球桿、大型無線電信號天線和汽車零件。這里的纖維類型是碳和玻璃的混合體，添加了熱塑性軸，以在疊層過程中穩定織物結構。A&P告訴我們，Bauer Hockey Corp.（美國新罕布什爾州?？巳兀⑵淝髑虬魪木幙椞祭w維改為Bimax，并在此過程中減少了7%的材料使用。
ZERO是A＆P唯一的無輔助織物，最初是為F-22項目設計的。這種非織造單向織物幾乎沒有卷曲，有各種盎司的重量。
TX-45是A＆P的最新面料，±45°，193g/m2，2x2斜紋，采用載體紙交付，便于處理和一致的纖維取向。Braley表示，TX-45是由A&P為一家航空航天客戶開發的，該客戶對±45°平紋預浸料的替代品感興趣。
同樣在織物大樓，A&P為Expliseat（法國巴黎）的商標TiSeat（鈦座椅）制造了一種編織熱塑性預成型件。Expliseat的重量僅為4公斤，稱其為世界上最輕的飛機座椅。它的特點是通過編織無捻紗（narrow slit）熱塑性膠帶制成的復合預成型件，布雷利說，這種膠帶往往比紗線更硬，因此更難編織。TiSeat正在為空客A320配備，與競爭對手的材料和產品相比，每架飛機為空客節省了約2090公斤。
A&P園區最大的建筑是業務開發大樓，這是一座7430平方米的設施，是各種軍事、工業和航空航天項目的制造中心，尤其是與發動機相關的項目。在演練中，布雷利指出，通用電氣發動機流道墊片的編織系統正在開發中，GE9X發動機預成型系統正在進行資格認證（GE9X將為即將推出的波音777X提供動力），GEnx車身層，威廉姆斯發動機的風扇箱編織機和霍尼韋爾發動機風扇箱預成型件。
這里也是自動化室，A&P在這里評估機器人和類似技術，以幫助加快編織生產率。這包括一個多軸機器人，以協助芯軸裝載和開發更先進的過沖技術。同樣在評估中的是用于過程檢測的具有實時編織機反饋和視覺系統的動態調度軟件。布雷利指出：“我們覺得我們處于編織能力的最前沿，但總有改進的機會，我們必須推動這一點。”
展望未來
回到技術中心，CW遇到了安迪·海德（Andy Head），他被普遍稱為A&P的技術和機械驅動力。當被要求描述A&P在復合材料供應鏈中的地位時，他列出了四個優勢：強大的數控、良好的數字設計、出色的內部機械能力和編織過程本身固有的靈活性。
安迪·海德說，這種能力組合使A&P在復合材料行業處于獨特的地位：這是一種高度工程化、先進的編織解決方案的來源，由于編織的高進入門檻，在其他地方很難找到。
他補充道：“我們的組織是基于讓客戶成功的共同利益。”。“我們內部設計和制造機械的能力使我們能夠在短時間內為客戶提供最佳解決方案。這種設計靈活性使A&P處于編織技術的前沿，我們非常重視這一地位。”
“誠然，”海德說，“我們的唯一來源地位是獨一無二的，但我們在支持大批量項目方面有著悠久的歷史，這些項目的要求只有我們的機器才能滿足。我們為自己不僅能夠滿足這些要求，而且能夠超越客戶對質量和服務的期望而感到自豪。”
回顧A&P的發展歷程，以及當今復合材料行業對制造速度、周期時間、自動化、過程控制和一致性的關注，施耐德認為A&P與這些目標高度一致，并已準備好滿足航空航天、汽車和工業等領域的預成型需求。“這是偉大的20年，”她說，“但我們還沒有結束。”
原文，《Plant tour: A&P, Cincinnati, OH 》 2018.7.1
楊超凡 2024.11.19
