目前，飛機復材構件的自動化成型工藝主要包括纖維纏繞、纖維帶鋪放和纖維絲鋪放3種類型。其中，纖維纏繞技術是早開發并廣泛使用的加工技術，亦是成熟的生產技術。所謂纖維纏繞成型工藝，就是將浸過樹脂的連續纖維，按照一定規律纏繞到芯模上并層疊至所需的厚度，然后在加熱或常溫條件下固化、脫模，獲得一定形狀制品的工藝方法。
    自動鋪帶技術采用有隔離襯紙的單向預浸帶，在鋪帶頭中完成預定形狀的切割、定位，加熱后按照一定設計方向在壓輥作用下，直接鋪疊到曲率半徑較大且變化較緩的模具表面。鋪帶機多采用龍門式結構，其核心部件是鋪帶頭，須完成超聲切割、夾緊、襯紙剝離和張力控制等功能。
    鋪絲技術綜合了自動鋪帶和纖維纏繞技術的優點，由鋪絲頭將數根預浸紗在壓輥下集束成為一條由多根預浸紗組成的寬度可變的預浸帶后鋪放在芯模表面，經過加熱軟化后壓實定型。鋪絲技術適用于曲率半徑較小的曲面產品表面制備，鋪設時沒有皺褶，無須作剪裁或其他處理。鋪絲可以代替鋪帶，相對于鋪帶，它的成本較高、效率也低一些，但復雜的曲面表面必須用鋪絲工藝完成。
    在航空制造業，纖維纏繞技術主要用于雷達罩、發動機機匣、燃料儲箱、飛機副油箱和過濾器等零部件的成型，現代大型噴氣客機(如波音747等)上眾多的高壓氣瓶都是用玻璃纖維復合材料纏繞成型的，它們為飛機提供了不可缺少的氣動控制動力源。
    纖維帶鋪放技術制造的飛機復材構件典型的有飛機機翼蒙皮、垂/平尾蒙皮、翼肋、方向舵和升降舵等。F-22戰斗機機翼和波音777飛機機翼、水平和垂直安定面蒙皮、C-17運輸機的水平安定面蒙皮、鷹RQ-4B大展弦比機翼、787機翼、A330和A340水平安定面蒙皮、A340尾翼蒙皮以及A380的安定面蒙皮和翼盒等，均采用鋪帶工藝成型。
    鋪絲技術的典型應用包括S形進氣道、中機身翼身融合體蒙皮直至帶窗口的曲面等。先應用自動鋪放技術的是波音直升機公司，它研制了V-22傾轉旋翼飛機的整體后機身。在第4代戰斗機的典型應用包括S形進氣道和機身，F35的中機身翼身融合體蒙皮。在商用飛機方面有Premier I和霍克商務機的機身部件、大型客機波音747及波音767客機的發動機進氣道整流罩試驗件和波音787機身則全部采用復合材料自動鋪絲技術分段整體制造等，自動鋪放技術的應用大大簡化了制造工藝，帶來了航空制造技術的變革。[-page-] 
    纖維纏繞成型設備的發展現狀
    20世紀40年代中期，國際上正式提出了纖維纏繞技術的概念。60年代初期，出現代機械式纖維纏繞機，其控制系統是由皮帶、齒輪、滑輪和鏈條等組成的機械系統。1973年Entec公司開發了臺微處理器控制的纖維纏繞機。1976年個商業化標準的纏繞機型號McClean Anderson 60型投放市場。80～90年代，更多的計算機技術投入到纏繞機的開發當中，新一代微機控制纖維纏繞機開始研制。英國的Pultrex有限公司采用通用數控系統成功開發了四軸聯動纖維數控纏繞機。當時，每臺纏繞機的硬件部分都必須包括計算機和運動控制卡，機床的速度控制得到了極大改善，計算機控制系統能夠更精確地跟蹤機床的位置和速度并對其進行實時控制。與此同時，很多公司開始探索用計算機設計纏繞模式，即纖維纏繞CAD技術開始出現。用計算機輔助設計纏繞模式，大大簡化了纏繞模式的設計，從而減少了產品的開發和工藝設計周期。同時，為了提高生產效率，人產設計開發了多轉軸纏繞機，即1臺纏繞機同時纏繞多個部件或1臺纏繞機上裝有多個出紗裝置同時纏繞一個部件。
    進入21世紀，纏繞機的功能更加完善，各種類型的纏繞機廣泛應用于航空航天、軍工和民用工業等領域。纖維纏繞設備的開發速度明顯加快，同時提高勞動生產率已被置于要地位，多主軸、多運動軸聯動纏繞機逐漸成為標準。為了解決異型件的纏繞成型，研制出了計算機控制的六軸聯動纖維纏繞機，解決了基本異型件的纏繞成型問題，結束了用手糊、半手糊方式生產常用管道配件――彎管和三通管的歷史。更多運動軸纏繞機的引入使得纏繞形狀更為復雜的產品成為可能，目前國際上已有七軸甚至多達十一軸的計算機控制纖維纏繞機。但由于高性能和大型的纏繞機可用于航空航天等軍工部門，國外對我國一直限制出口。對于中小型纏繞機雖然通過一些渠道可以出口，但價格昂貴，如可纏繞φ1.6m、長度6m壓力容器的四軸聯動臥式數控纏繞機價格要在40萬歐元以上。國外知名的纏繞機制造商主要有美國的ENTEC公司、McClean Anderson公司和德國的BSD公司等。

    除硬件外，目前國外的纖維纏繞CAD/CAM軟件也已經發展到很高的水平。CAD/CAM軟件不僅具有完善的回轉體纖維纏繞軌跡設計功能，還具有異型件纖維纏繞軌跡設計功能。對于各種常見異型件，已經開發出完善的CAD/CAM軟件進行芯模設計、線型規劃以及后置處理，可以根據具體的數控系統生成相應的控制代碼。如比利時MATERIAL公司的CADWIND和英國Crescent Consultants Ltd的CADFIL，其中CADWIND歷時12年研制成功，該CAD/CAM系統受到用戶的廣泛歡迎，經多年實踐，開發了多個版本，其高版本價格約為4萬歐元。
    我國對纖維纏繞工藝的研究開始于1958年，其出發點是為“兩彈一星”國防建設服務。60年代初我國開始了纖維纏繞技術的研究。隨著微機和自動化技術的發展，目前國內大部分纖維纏繞設備實現了微機控制，中低檔的兩軸、三軸微機控制纖維纏繞機制造技術和纏繞工藝已經基本成熟，并在管道、儲罐以及各種壓力容器的纏繞成型方面發揮了重要作用。但在中高檔纏繞成型技術領域由于受到進口限制，發展水平相對落后。哈爾濱工業大學從80年代開始從事纖維纏繞技術方向的研究，具體研究工作是結合用于制備火箭發動機、衛星和導彈上復合材料纏繞構件的高性能數控纏繞機的研制進行的。所研制的數控環形氣瓶纏繞機、臥式數控纏繞機和車載氣瓶立式數控纏繞機等設備已在多家企業和科研單位獲得應用。為航天系統某單位研制的中型臥式五坐標控制四坐標聯動數控纏繞機的大纏繞直徑可達1.65m，大纏繞長度達8m已經用于多種型號的研制生產。2000年，哈爾濱工業大學成功研制出了六軸微機控制纏繞機，并對葉片、彎管和三通等非回轉體異型工件的纏繞成型進行了研究。研究成果標志著我國在纖維纏繞工藝、控制軟件和硬件等方面取得了巨大的進步。
    纏繞理論方面1965年我國完全掌握了纏繞規律和纏繞速比計算方法，實現了螺旋纏繞排線機械化。1971年起開始研究異型件纏繞，提出了異型件截面的“相當圓假設”原理，解決了異型件截面纖維纏繞的近似計算問題。1987年提出了網格結構纖維纏繞計算原理，這項新技術的實現，不僅解決了某衛星的關鍵技術，而且標志著我國纖維纏繞技術進入了一個新的發展階段。1996～1998年，一類新的非測地線――擬測地線路徑算法被提出，它主要用于回轉體的纖維纏繞穩定軌跡設計。哈爾濱工業大學結合纏繞設備的研制，所開發的纏繞軟件Windsoft也愈趨完善，通過不斷改進，現已經推出了第3個版本，逐漸成為一套比較成熟的纖維纏繞CAD/CAM軟件。[-page-] 
   自動鋪帶機的發展狀況
    受采用復合材料生產F16戰斗機的機翼部件應用的牽引，美國Vought公司在20世紀60年代開發了上臺自動鋪帶機。后來這一技術逐漸在其他種類飛機（如運輸機、轟炸機和商用飛機機翼等）部件上獲得應用。為此，生產鋪帶機的專業設備制造商投入了大量的人力物力研制相關的技術。鋪帶機屬于技術含量比較高的專用設備，上只有為數不多的幾家公司掌握核心技術。目前，鋪帶機功能日趨完善，自動鋪帶工藝也越來越成熟。自動鋪帶機的主體結構與橋架式龍門數控機床相類似，一般有約10個運動控制軸，其中有4～6個集中在核心部件鋪帶頭上，鋪帶頭的主要構成包括預浸帶裝夾系統、襯紙回收系統、缺陷檢測系統、預浸帶輸送導向系統、預浸帶超聲切割系統、預浸帶加熱系統和柔性壓實系統等。鋪帶機能進行0°、90°和±45°方向標準角度和鋪放，鋪帶寬度大可達300mm、生產效率可達1000kg/周，是手工鋪疊的數十倍。目前，能制造自動鋪帶機的專業廠商主要有美國Cincinnati Machine公司、CityMachine Tool&Die公司、ITW  Workholding公司、Ingersoll公司和歐洲的M.Torres公司、FOREST-LINE和BSD公司等。它們所生產的設備價格昂貴，一般中等規格的一臺鋪帶機也要500萬歐元以上。
   目前的復合材料專用設計/制造軟件有CATIA CPD (CATIA Composite Design)模塊和VISTAGY公司開發的FiberSIM軟件。前者與CATIA系統完全集成，后者亦能完全集成到CATIA、Pro/E、UG等CAD軟件中。復合材料專用設計/制造軟件可提供高效的復合材料數字化設計/制造工具，進行復合材料構件的結構設計、鋪層設計、鋪層展開和制造數據準備等工作。

    我國開始研究纖維鋪放技術領域是近幾年的事情，2004年南京航空航天大學與一航材料研究院聯合研發了一臺小型鋪帶機，并進行了基于AutoCAD的初級CAD/CAM軟件的開發。目前已著手研制中型自動鋪帶工程樣機。北京航空制造工程研究所在引進鋪帶頭關鍵技術的基礎上研制了一臺中型鋪帶機，在自主研發方面邁出了可喜的一步。國內某飛機制造公司2008年引進了一臺西班牙M. Torres公司生產的鋪帶機，并進行了一些機翼整體壁板鋪放工藝流程方面的試驗。成飛等幾家單位也有引進國外先進鋪放設備的意愿。[-page-] 
    自動鋪絲機的發展狀況
    早開始研制纖維鋪放技術的有Boeing公司、Cincinnati Milacron公司和Hercules公司等，20世紀80年代開始設備設計、工藝與材料研制等諸項工作。20世紀80年代初，Boeing公司的機械工程師Quentin Wood提出了“AVSD鋪放頭”（Automated Variable Strained Dispensing Head）設想，解決了纖維束壓實、切斷和重送的問題，1985年Hercules公司研制出了臺原理樣機。1989年Cincinnati Milacron公司設計出其臺纖維鋪放系統并于1990年投入使用。1995年Ingersoll公司也研制出其臺鋪放機。隨著自動鋪放技術的不斷發展，控制系統從模擬控制升級到全數字控制。20世紀90年代還開發了專用的CAD/CAM軟件與硬件配套，使其功能日臻完善。設備制造商和飛機部件制造商也不斷開發出自動鋪放新技術，包括雙向鋪放頭技術、絲束重定向控制技術、張力控制技術、預浸絲束整形技術、Fiber Steer技術、柔性壓輥技術、熱塑性自動鋪放技術、超聲固接成型技術和CAD/CAM軟件技術等。目前鋪絲機的單絲剪切、夾緊和重送等動作均可在計算機協調控制下完成，所使用的纖維束主要是由12K預浸長纖維組成，標準寬度有3.2mm、6.4mm、12.7mm三種。鋪絲寬度調節靠裁剪纖維束的根數完成，由32根纖維絲集束組成的絲束寬度可達300mm。鋪絲張力約為1～3N，鋪放精度可達到0.005mm。目前國際上主要的鋪絲機生產商有美國Cincinnati machine、Ingersoll公司，歐洲的Automated Dyna Micro、M. Torres等。
   在鋪絲成型結構設計和分析方面，堪薩斯大學開發了復合材料分析與設計系統（Steered Composite Analysis and Design System，SCADS)，該系統集復合材料結構設計和分析于一體，將手工鋪放和自動鋪放有機結合，可根據復合材料零件實際工況優化纖維鋪放路徑。SCADS的開發側重于2個方面，一方面側重于軌跡規劃，并在被鋪放曲面上仿真纖維路徑；另一方面是纖維路徑與現有的復合材料分析軟件的整合。SCADS系統中的纖維鋪放分析環境（FPA）具有在絲束級別上分析纖維性能的能力，包括纖維方向和曲面曲率分析，絲束縫隙和重疊的分析，以及對有限元網格節點的自動幾何解析。
    國內對纖維鋪絲技術的研究開展時間不長，起步基點較低，還沒有定型產品設備在生產中得到應用。南京航空航天大學在總裝“航空支撐項目”和“863項目”資助下，完成了國內臺八絲束纖維鋪放原理樣機，開發了基于CATIA的自動鋪放的CAD/CAM軟件原型，進行了纖維鋪放及裝備的初步技術儲備。武漢理工大學與北京航天工藝研究所和西安復合材料研究所等單位合作開展自動鋪放研究，對圓錐體進行了鋪放機理的研究并進行了計算機仿真。從原理上設計了一臺纖維鋪放機，能夠實現四路絲束鋪放，每路絲束可單獨控制絲束切斷或絲束重新輸送。哈爾濱工業大學開發了纖維鋪放軌跡規劃設計與仿真軟件，深入研究了基于機械手臂末端運動軌跡和基于機械手臂末端施壓方向的2種機床后置處理算法，提出了新的鋪放軌跡規劃方法和優化方法，實現了鋪放軟件的前期規劃、設計工作。完成了七自由度四絲束纖維鋪絲機的設計及調試工作，并進行了鋪放試驗。在鋪放過程中，設備及數控系統工作穩定、可靠，運動位置準確，具有工程實用價值。
    我國大飛機工程已經啟動，復合材料規劃用量初期要達到15%～25%，后期隨著材料與設計制造技術的成熟將逐步擴大，終的上限可能接近甚至超過現有波音787飛機的復合材料用量水平。在實現這一目標的過程中，復合材料成型設備及工藝很有可能會是一個技術瓶頸，成為制約大飛機研制的關鍵一環，應予以高度重視。目前，已經把大型自動鋪絲機和鋪帶機列入了數控重大專項重點研制設備，而數控重大專項屬于中長期規劃的十六個重大專項之一?？梢姡瑥秃喜牧献詣踊尚驮O備的研制已引起有關方面的高度重視。在大飛機上大量應用復合材料是我國航空業實現跨越式發展的迫切需求，面對鋪放設備的進口管制瓶頸，應當加大對具有自主知識產權的鋪放設備研制的支持力度，同時開展自動鋪放CAD/CAM軟件和鋪放工藝技術的研究，為復合材料在大型飛機上的大規模應用奠定基礎。