史上最も先進的なマシンF-35の製造の現場 ： 組み立てから初飛行まで、F-35ステルス戦闘機はこうして製造されている（原注 以下はLockheed Martin社によるスポンサー記事）
ロッキード・マーティン
テキサスでは何でも大きくなると言われる。フォートワースにあるロッキード・マーティンの生産施設に到着したときの第一印象でこれを感じた。空軍第4工場の廊下を歩くと、ここが航空史上で非常に重要な場所であり、F-35ライトニングII生産の現在の拠点であることが視覚的に思い起こされる。
生産ラインに足を踏み入れ、左右を見渡すと、目の前にあるものを正確に理解するのに少し時間がかかる。見渡す限り、亜鉛クロメート下塗り塗装を施した鮮やかな緑色のF-35が、ノーズからテールまで2列に長く左右に並んでいる。
ロッキード・マーティンはこの第5世代ステルス戦闘機を年間156機フル生産中だ。毎週3機の完成機が製造ラインから出てくることになる。需要を満たすため巨大な生産活動は、数え切れないほどの工程、熟練した職人たちの小さな軍隊、そして生産性、品質、効率を向上させるための技術の進歩によって支えられている。
F-35国際事業開発ディレクターのグレッグ・デイは、生産ラインを見下ろすプラットフォームで本誌取材に応じ、「F-35を選択した顧客はすでに世界中に19カ国あり、現在11国向けの機体が製造され、この生産ラインを流れています。「この生産ラインは世界各地の1,650社以上のサプライヤーが部品を納入している集大成なのです」とデイは言う。
F-35の製造
空軍第4工場は1942年4月18日にフォートワース西部で操業を開始し、当初は爆撃機が生産の中心であったため、この施設は「爆撃機工場」というニックネームで呼ばれた。1940年代初頭からB-24リベレーター2743機のがここで製造され、1940年代後半から1950年代初頭にかけて約400機のB-36ピースメーカーが製造された後、作業は116機のB-58ハスラー超音速爆撃機の製造に移行した。
1960年代初頭には564機のF-111アードバークの開発と最終的な生産が開始され、フォートワース施設に新たなニックネームが生まれた。当時、約3万人の従業員が第4工場で働いており、主にF-111プログラムをサポートしていた。F-16ファイティング・ファルコンの開発は1970年代初頭に始まり、これがフォートワースでの業務の中心となった。
フォートワースのF-35製造ラインは、F-16を製造したのと同じ建物にある。1990年代後半に始まったF-16からF-35の生産への移行では、メイン工場のフロアのほぼすべての面積が更新された。
フォートワースで生産中のF-35。ロッキード・マーティン
ロッキード・マーティン／ランディ・A・クライテス
F-16からF-35への移行は、F-16の工具や治具を床からボルトで外し、その場所に新しいF-35の工具を設置するだけの簡単な作業だったところもある。また、第5世代戦闘機の生産に必要な、より精密な装置を設置するために、コンクリート床を解体して取り替える必要があったケースもある。
最初のF-35A（AA-1型機）の生産は2004年にフォートワースで開始され、最終組み立ては2005年5月に開始された。同機は2006年2月19日にラインからロールオフし、同年7月7日に正式にお披露目され、当時の米空軍参謀総長マイケル・モーズリー大将がライトニングIIと正式に命名した。これは、F-35の3つのバリエーションで製造された13機の量産試験機のうちの最初の機体であり、2007年4月から顧客向けに製造された低速初期生産（LRIP）F-35のバッチがこれに続いた。
F-35はステルス性を追求した設計であるため、製造には専門的な工具と工程が必要で、レーダーシグネチャーを低く抑えるために外部コーティングが設計構成を補完している。さらに、3種類すべてのバリエーションに高度なセンサーとエイビオニクスが詰め込まれており、その一部はプログラムの進展に合わせて更新される予定だ。
「エンジニアリングの観点から見ると、F-35は非常に多くのことをしなければならない。飛行し、計算し、あらゆる種類のセンサーやシステムを搭載し、さらに可能な限りコンパクトで軽いフォームファクターでなければなりません」とF-35製造オペレーション担当副社長のスティーブ・ハウズは説明する。
F-35を製造するアプローチは、ロッキード・マーティンがF-16ファイティング・ファルコン、F-117ナイトホーク、F-22ラプターで培ってきた経験を活かしている。F-35では、3つの異なるバリエーションを1つの生産ラインで生産する複雑さが加わる。F-35A、B、Cのいずれにも製造ステーションは適応できる。
「ステーション自体は、（F-35の）3型式すべてを同じステーションで作業できるように作られています。「例えばF-35Cの場合、主翼が大きくなっているので、スライダーで調整します」。
例えば、イギリス向けF-35BにはBK（イギリスのBモデル）というプレフィックスが付き、その後に生産番号が順番に続く。つまり、最初の英国製F-35BはBK01である。
F-35前部胴体と年間120セット以上の主翼はすべてフォートワースで生産され、作業員3,000人以上、生産リーダー品質専門家2,000人以上、エンジニア、500人以上の資材取扱者が週7日24時間体制で操業している。
F-35前部胴体は全数フォートワースで製造されている。ロッキード・マーティン
「最初の課題は、適切な部品を適切なステーションに適切なタイミングで供給することです」とハウズは言う。「だから、資材の移動の最適化に毎日取り組むチームがある。別のチームでは、正しい仕事を正しい順序で行っているか、あるいは時間を節約するために部品を入れ替えられないか、などを評価します。私たちは、製造プロセスのさまざまな要素について、どのように行っているかデータを評価し、より良い方法を常に検討しています」。
「ライン内での部品の移動の仕方は、部品によって異なります。例えば主翼の組み立てラインのように、2～3日ごとにステーションからステーションへと工程が流れていくエリアもあります」とハウズは説明する。「最初のステーションでは、大きな構造部品をボルトで固定します。それから次のステーションに移動し、例えば穴あけ作業を行い、次のステーションでブラケットを取り付ける。
各作業は、エンジニアリング仕様書や技術図面とともに、作業の実施方法の詳細を提供する電子作業指示書のセットとして行われる。これらはオペレーションカードと呼ばれ、電子作業指示システムには、各作業を誰が行い、どのような材料を使用したかが詳細に記録されている。F-35の製造にはおよそ1,700枚の作業カードが必要という。
フォートワースで製造中のF-35主翼。ロッキード・マーティン
各ステーションには複数の小型コンピューター端末があり、オペレーターはそこでサインインして作業指示を受ける。指示書には、識別番号と完了すべき作業の詳細が記載されており、F-35のどのバリエーションにも対応できる。作業指示書には、前回と今回で作業に違いがあるかどうかも詳細に記載される。
特定のタスクの実行方法に大幅な変更がある場合は、追加トレーニングが必要になることもある。その変更を実施する特定のジェット機と特定の日を決定するのは、製造エンジニアのチームだ。
「製造エンジニアは、その変更によって工程がどのように変わるかを理解している。新しい工具が必要か？新しい治具が必要か？メカニックに新しいトレーニングが必要か？工具の更新が必要であれば、それがデジタル生産システム内の別のプロセスの引き金になります」（ハウズ）。
例えば、主翼はパルスラインと呼ばれ、さまざまな製造ステーションを移動しながら製造される。あるワークステーションから次のワークステーションへの大型部品の移動には、固定式オーバーヘッドレールシステムが使用される。主翼は一体として作られ、製造中にアクセスしやすいように、高さ調節可能な治具に取り付けられ垂直に立ち上がる。
各F-35には4つの主要部品が含まれる。機首とコックピットを構成する前部胴体はロッキード・マーティン社製。中央胴体はノースロップ・グラマンが製造し、中央主翼（主翼取り付け部とエンジンマウントを含む）はジョージア州マリエッタにあるロッキード・マーティン施設で製造される。外翼はフォートワースのロッキード・マーティンとイタリアのレオナルドが製造。後部胴体はBAEシステムズが英国で製造。F135エンジンはプラット・アンド・ホイットニーが供給し、F-35B用のリフトファンはロールス・ロイスが供給する。
天井クレーンで吊り上げられ、最終組み立てに向かうF-35A。ロッキード・マーティン
テキサス州フォートワースにある最大のFACOと、イタリアのカメリと日本の名古屋にある2箇所の小規模FACOである。ロッキード・マーチンによれば、156機という年間生産機数には海外のFACOも含まれているが、大部分はフォートワースで製造され、カメリは年間約15機、名古屋は10機以下である。
「エレクトロニック・メイト・アンド・アラインメント・システム・ステーション（EMASS）は、4つの主要な構造が組み合わされる場所です」とハウズは説明する。「基本的には、4つの主要な部品があり、レーザーアライメントを使用してそれらを整列させ、一緒に取り付けようとしています」。
メイト工程では、レーザーガイド付きアライメント治具を使用して、航空機の主要部品を3回組み合わせます。最初の1回目は、部品を合わせてギャップを測定する。その後、シム（公差のギャップを埋めるためのアルミニウム片）が製作されたら、それを取り付けるために再び分離される。その後、機体を再びひとつにまとめ、シムと相手側構造物の両方に穴あけ加工を施す。最後にもう一度部品を分離し、穴のバリ取りを行った後、恒久的なファスナー取り付けのための3回目の最終嵌合を行う。
EMASSの後、機体は車輪に乗せられ、天井クレーンで吊り上げられ、最終的なシステムやエンジンの取り付けとともに、制御面が追加される最終組み立てへと向かう。
進化し続ける製造工程
F-35Aの製造が始まって20年が経過し、F-35の製造方法は大きく変わった。たとえば、不合格となるような欠陥を検出するために設計されたレーザー超音波検査（Laser Ultrasonic Technology：レーザーUT）装置によるカーボンファイバー製翼表皮やその他の複合材部品の検査などである。レーザーUTは、従来の水結合超音波検査機よりも10倍速い速度で部品を検査する。
「フォートワースにあるロッキード・マーティンの先端製造技術チームのメンバーであるジョン・オルソンは、「低観察性プラットフォームの要件は、すべての主要な嵌合インターフェースと、航空機の外型ライン上のすべてのパネルと表皮に極めて厳しい公差を強いるものです。オルソンは、また次のように語っている。また、多くの作業にロボットを使用しています。例えば、航空機に2万個以上の穴をロボットで開けたり、製造ラインと航空機の最終仕上げ施設の両方で、低視認性コーティングを施工するロボットを使用しています。
フォートワースの生産ラインに並ぶF-35の
列。ロッキード・マーティン
「生産能力も大きく変わりました」とオルソンは言う。「スピードと品質の向上、そして技術投資の機会の必要性を認識した。時間を節約し、品質を向上させるために、オートメーションを導入するためにお金を使う。技術改善の例を挙げればきりがないが、自動ドリルは良い例だ。彼らの仕事は、それぞれの翼を、翼単体だけを取り出して、それぞれに2,000から3,000の穴を開けることです」。
「例えば、同じ部品を何度も何十万個も作るような消費者向け製品に比べると、航空機の用途では特にロボティクスは厄介です。生産量がその支出を正当化できない場合、ロボットを使う意味がないこともあります」とオルソンは説明する。「しかし、F-35プログラムでは、複数のロボット・オートメーション・プロジェクトを成功させることができるところまで技術が向上しました。ある工程で新技術を使用することができると考えた場合、ビジネス・ケースを分析し、それが理に適っていると判断すれば、その技術を導入します」。
3Dプリンターの利用
製造基準の絶え間ない分析は、F-35製造の重要な要素である。機体内部の武器格納庫には、各種空対空ミサイルや空対地兵器を格納する必要がある。ロッキード・マーティンは、製造される各航空機にすべての武器構成が適合するかどうかを評価しなければならない。この目的のために、エンジニアは、各機体がF-35のすべての承認された兵器の許容レベルを満たしていることを確認するために、かなり変わったフィットチェック装置を作った。
「設計チームは、ありとあらゆる爆弾やミサイルの構成を1つの巨大な塊としてCAD（コンピュータ支援設計）で3Dモデルを作成した。それは奇妙なコブのような、でこぼこのようなものでした」とオルソンは言う。「それを3Dプリントして、武器庫に入る可能性のあるミサイルや爆弾の構成の外側の金型ラインを表す6つのセクションを作りました。その6つのセクションをくっつけて、物理的にベイに入れます。ベイのドアを閉め、寸法をチェックして、すべてが収まることを確認する」。
MCASユマのF-35B、1機はウェポンベイが開いている。ジェイミー・ハンター
「これは積層造形の素晴らしい例で、私たちは今でもフィットチェックの一部にこのような製造方法を使用しています。しかし、それはかなり不便な方法でした。そこで、ベイに設置する3Dレーザースキャナーに移行しました。ベイ全体をスキャンし、実際の店舗と設計仕様を比較した自動レポートを提供します。少しはみ出しすぎている部品などがあれば教えてくれます。私たちはすべてのジェット機をチェックするために、このスキャンを行っています」。
フォートワースのF-35チームは、生産プログラムで適切な場合には新技術を活用してきた。
「私たちはまた、単純な意思決定が得意な人工知能（AI）の利用も始めました。例えば、各航空機のある部分について行う品質チェックがあり、データに基づき、仕様に正確に一致していなければなりません。そのため、品質チームによるレビューが必要なのですが、現在ではそのためにAIを使用しています。また、他の検査についてもAIを検討しています。例えば、検査対象の画像を使用し、AIがそこにあるべきでないと考えるものを強調表示するといったことです。つまり、品質管理ソリューションです。
「AR（拡張現実）を使う分野もあります。タブレット端末をかざしたり、ゴーグルをかけたりすることで、機体にオーバーレイ表示された情報を見ることができる。これは現在、新しい手順のトレーニングツールとしても使用しています。特にトレーニングには効果的でここ数年、全体的なトレーニングにかなりの時間を費やしてきました。フォートワースには実際の航空機部品や3Dモックアップがある教室があり、新しい訓練生が製造現場に出る前に安全な環境で穴あけなどを行えるようになっています」。
F-35の生産ラインを動かしている従業員チームは、F-35に命を吹き込む重要なリソースである。適切な人材、適切なスキルセット、そしてF-35の特注訓練を受け入れる能力を持つ人材の採用は不可欠である。
「理想的には、航空宇宙と防衛の経験と教育を受けた人材を求めています」とハウズは言う。「F-35の生産システムのニーズに特化したトレーニング教材を開発し、使用することで、私たちは自らの才能を成長させることができるのです。経験の有無にかかわらず、各従業員は工場に配属される前に数週間の初期トレーニングと評価を受けます。その後、年1回の訓練と特定の技能訓練で補われ、タッチ・ワークとサポート・チームの継続的な育成を可能にしています」。
F-35の改良
すでに述べたように、F-35プログラムは時間をかけて進化し、改善するという考え方で考案された。ロッキード・マーティンは、C2D2（Continuous Capability Development and Delivery）と呼ばれる原則を採用している。航空機に関する新たな要件が顧客と請負業者によって要求され、合意されると、同社は開発エンジニアリングを開始し、実験室と運用環境の両方で能力をテストする。
要件の開発が成熟し、変更のための最終的なソリューションになると、エンジニアリング変更がリリースされ、生産統合のためのリードタイムが組み込まれる。
ブレークインが設定されると、すべての漸進的な変更が各エンジニアリング図面、プロセス仕様書、または材料仕様書に対して行われる。その後、エンジニアリング文書がリリースされ、電子作業指示チームが更新された指示を工場に提供する。その結果、ブレークインの尾翼番号の変更が航空機に実施される。
飛行試験
完成し、ステルス・コーティングが機体に施されると、各F-35はフォートワースのラン・ステーションに移動し、製造受け入れ飛行の準備が整う。ラン・ステーションはF-111以前から使用されている格納庫で、工場に隣接して横一列に連続して設置されており、隣接する海軍航空基地フォートワース統合予備基地の誘導路と滑走路にアクセスできるようになっている。
「我々は機体の状態、機体の構造を知っている」。ロッキード・マーティンのF-35テストパイロット、スコット・"シャーク"・マクラーレンは言う。「ソフトウェアの状態もわかっているし、エドワーズ空軍基地（カリフォーニア州）やパトゥーセント・リバー海軍航空基地（メリーランド州）でのテストも終えている。そのため、飛行試験で新型機をここに運び出すと、まず一連の地上試験を行う。
「機体を始動させると、独自のシステムチェックを行い、その状態をフィードバックしてくれる。私は機体がどこにあるべきかを知っているので、それらの（情報の）断片を組み合わせ、リスクレベルを少し上げて滑走路の端までタキシングアウトすることができる。私はすべてのプロセスを経て、今いる場所のリスクを理解し、次のステップに進む自信が持てるまで前進しない。それが私たちのフライトテストのメンタリティであり、機体が準備万端であることを確認するために、全プロファイル、全チェックリストを確実にこなすためのビルドアップなんだ。
「F-35Aの受け入れ作業には、およそ2回のフライトが必要となり、。このフライトで、準備すべてが整い、地上滑走の通常のスケジュール通りに進めば、チェックリストの全項目が終わる。ただし、F-35Bではチェック項目が多岐にわたるため、3フライトに拡大している。機体はホバリングに入り、いくつかのドアを開けたりする。でも、その間に燃料も消費する。だから、そのためのスペースを確保するために、3回目の飛行を拡大する必要があるんだ。F-35Cについては、F-35Aと非常によく似ている。約2回のフライトですべてのチェックを完了させる。
「ATAC（エアボーン・タクティカル・アドバンテージ・カンパニー）のミラージュF1がついてくれている。こちらが離陸するとき、チェイス機としてすぐそばにいて、障害が発生したときの通信などのバックアップをしてくれる。ダラス・フォートワース空域には旅客機が飛んでいるから、デコンフリクトしたい。この2つはほんの小さなことだが、チェイスがあるのは多くの理由がある」。
ここで説明した生産試験と並んで、F-35の新機能を進化させる開発試験がある。「開発、設計、実験室の仕事の多くはここフォートワースで行われ、私もその多くに参加しています」とマクラーレンは言う。「その開発プロセスの最後に、エドワーズとパックス・リバーで飛行テストに向けた（試験）航空機をアップデートする。新しいソフトウエアとハードウエアの組み合わせに必要な飛行テストの厳密さを経る。私たちはすべてのレポートを見て、製品版として送り返す。そのため、私たちはその（開発）プロセスが終了するまで、何も見ていないことになる」。
F-35の近代化 TR-3の納入開始
2018年のSDDの集大成によって、F-35の本来のベースライン能力の開発は終了した。現在行われている近代化作業はブロック4と呼ばれるもので、新造F-35をアップグレードし、2000年に当初のプログラム要件が設定されて以降に出現した脅威に対処できるようにするものである。また、プラット・アンド・ホイットニーF135エンジンを中心とした近代化作業も行われており、ブロック4以降の強化に必要な出力と冷却のニーズに対応している。
テクニカル・リフレッシュ3は、ブロック4を支える「計算馬力」を提供するために設計された、ハードウェアとソフトウェアの大規模なアップグレードである。一般にTR-3と呼ばれる同アップグレードには、より高い演算能力を持つ新しい統合コア・プロセッサ、パノラマ・コックピット・ディスプレイ、強化されたメモリ・ユニットなどが含まれる。TR-3は2023年1月に飛行試験を開始し、生産ロット15-17がTR-3のアップデートを含む最初のF-35となった。
最初のTR-3標準生産機は2023年2月に製造が開始され、機体は同年7月末までに完成する予定だった。しかし、TR-3の中核要素である新しいプロセッサーとソフトウェアの開発とテストに関連する遅れが生じたため、TR-3構成のF-35納入は一時的に保留された。しかし、チームは生産を継続し、2024年7月にF-35統合プログラム・オフィス（JPO）と連携して、F-35 TR-3構成機の納入を開始したと発表した。
この初期フェーズで納入された機体には戦闘訓練機能が含まれ、チームがTR-3の完全な戦闘能力に向けて前進する上で重要な一歩となる。今後、ロッキード・マーティンは、TR-3の挿入とブロック4の機能に関連するソフトウェアの継続的なアップデートを期待し、その過程で主要なマイルストーンとなるソフトウェアのドロップを見込んでいる。
「ロッキード・マーティンはテック・リフレッシュ3に非常に注力している」とグレッグ・デイは本誌に語った。「今日、テック・リフレッシュ3の能力の95％以上が飛行中であり、テストと評価が行われていることは重要なことだ」。
TR-3機の納入許可は、ブロック4の標準F-35が、最初は訓練形態ではあるものの、戦闘飛行隊に加わるための次の重要なステップとなる。ブロック4標準機は、F-35プログラムの新時代を示すものであり、これはプログラムにとって大きな進歩である。
重要なことは、F-35に対する世界中の顧客の関心が衰えず続いていることである。「F-35に対する継続的な関心が示されており、直近ではギリシャが20機調達を決定するなど、採用が続いています」とグレッグ・デイはコメントした。「また、韓国がF-35発注60機に増やし、現在、ルーマニアがF-35に関心を示していることから、当社は米国政府を支援しているところです」。■
Building The F-35 – One Of The Most Advanced Machines Ever Made
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