當(dāng)航空制造業(yè)遇上“工業(yè) 4.0”3D打印技術(shù)將發(fā)揮極其重要作用

2015年“兩會(huì)”期間,，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出，要實(shí)施《中國(guó)制造2025》,，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ),、綠色發(fā)展,，加快從制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)。航空制造業(yè)作為《中國(guó)制造2025》中明確指出需要重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一,，目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大變革期,。

在以“工業(yè)4.0”、“智能制造”為主題的民用航空工業(yè)論壇暨第六屆航空制造系列論壇中,，來(lái)自國(guó)內(nèi)外飛機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的150余位專家,、學(xué)者和企業(yè)負(fù)責(zé)人參加了研討。會(huì)議期間,，與會(huì)者就我國(guó)民用航空制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,、難題和挑戰(zhàn)，全球航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)及趨勢(shì)等問(wèn)題進(jìn)行了熱烈討論,。

“工業(yè) 4.0”時(shí)代
“工業(yè)正再次成為全球經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定與發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力,。”論壇伊始,，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)部研究員王忠宏就“經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下的中國(guó)高端裝備制造業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)”發(fā)表主題演講,。他指出，以高新技術(shù)為引領(lǐng)的高端裝備制造業(yè)處于價(jià)值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié),，是推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的引擎,。根據(jù)工信部的有關(guān)規(guī)劃，到2015年,，我國(guó)高端裝備制造業(yè)的銷售收入將超過(guò)6萬(wàn)億元，在裝備制造業(yè)中占比提高到15%,；到2020年,，這一占比將提高到25%，使之成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),。 根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,，航空裝備、衛(wèi)星及應(yīng)用,、軌道交通裝備,、海洋工程裝備、智能制造裝備等五大領(lǐng)域是現(xiàn)階段我國(guó)高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向,。 德國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì)（BDLI）空中運(yùn)輸,、裝備和材料部部長(zhǎng)斯蒂芬·寶迪（Stefan Berndes）博士在論壇上解讀“工業(yè)4.0”概念及其對(duì)航空制造業(yè)的影響時(shí)表示,，航空航天行業(yè)將發(fā)展成為“工業(yè)4.0”的一種特定形態(tài)。

對(duì)民航業(yè)而言,，如何以智能方式進(jìn)行集成,，用資本進(jìn)一步提高產(chǎn)效以及附加值，將成為尋求和獲得客戶的最終途徑,。過(guò)去幾年,，很多歐洲的航空企業(yè)已經(jīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，甚至適航方面,，進(jìn)行了大量嘗試,。未來(lái)需要進(jìn)一步協(xié)同，集成打造更加簡(jiǎn)潔,、透明的數(shù)字化供應(yīng)鏈平臺(tái),。 寶迪強(qiáng)調(diào)，在集成整個(gè)供應(yīng)鏈的同時(shí),，需要研發(fā)新的解決方案,。在航空服務(wù)行業(yè)，智能服務(wù)可以通過(guò)“智能4.0”來(lái)提高,。
例如,，通過(guò)增強(qiáng)零部 件的可追蹤性，提高客戶與制造商之間的連接性,；通過(guò)升級(jí)飛機(jī)上各種部件的傳感器,，提高服務(wù)水平等。 中航工業(yè)發(fā)展研究中心研究員劉亞威這樣談及“工業(yè)4.0”與航空制造業(yè)碰撞出的火花：“航空是國(guó)家工業(yè)實(shí)力的體現(xiàn),，‘中國(guó)制造2025’未來(lái)一段時(shí)間的主攻方向就是智能制造,。國(guó)家出臺(tái)智能制造專項(xiàng)，航空作為離散業(yè)的代表,，占有重要位置,。” 劉亞威指出,，“工業(yè)4.0”主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：一是供應(yīng)鏈集成,。二是全價(jià)值鏈端到端的集成。三是縱向繼承和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng),，是指智能工廠內(nèi)部所有資源的柔性調(diào)配,。四是工作場(chǎng)所中新的社會(huì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)大量工作不需要人工實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,，產(chǎn)業(yè)工人新的角色應(yīng)如何定位,。五是賽博物理系統(tǒng)。

“目前,，歐洲,、美國(guó)大部分實(shí)現(xiàn)了‘工業(yè)3.0’,。即使在數(shù)字化做得比較好的航空工業(yè)也存在‘工業(yè)2.0’，有的還沒(méi)有進(jìn)行互聯(lián)互通,，還沒(méi)有進(jìn)行數(shù)字化處理,。我國(guó)航空工業(yè)的智能技術(shù)和行業(yè)發(fā)展要兼顧行業(yè)發(fā)展水平，設(shè)定不同層次的智能化目標(biāo),，優(yōu)化實(shí)踐智能制造理論,，完成系統(tǒng)事先預(yù)應(yīng)用。針對(duì)智能決策和智能工藝過(guò)程進(jìn)行深入,、系統(tǒng)地研究,。”為此,，劉亞威提出我國(guó)航空工業(yè)智能制造的5個(gè)路徑：首先是實(shí)現(xiàn)智能機(jī)床,。之后，再將其連接成一個(gè)小的智能生產(chǎn)線,。

再之后,，數(shù)條生產(chǎn)線以及小供應(yīng)鏈融合內(nèi)部流動(dòng)建成智能車間。接著,，在大工廠之間實(shí)現(xiàn)各個(gè)車間的動(dòng)態(tài)集成,，實(shí)現(xiàn)智能工廠。最后,，就是整個(gè)企業(yè)進(jìn)行互聯(lián),，包括供應(yīng)鏈集成智能物流服務(wù)、需求動(dòng)態(tài)集成網(wǎng)絡(luò)等,。 在主題為“飛行器設(shè)計(jì)和制造一體化”的小組討論上,，當(dāng)談到如何看待“工業(yè)4.0”實(shí)施的第一步時(shí)，中航工業(yè)西飛項(xiàng)目總工藝師邱晞表示,，“工業(yè)4.0”離不開(kāi)兩大概念,，一個(gè)是云，另一個(gè)是智能,。 其中,，云制造一定是多供應(yīng)商協(xié)同的，全方位的,，不僅包括原材料供應(yīng)商，還應(yīng)包括相應(yīng)的成品系統(tǒng)供應(yīng)商,、機(jī)體結(jié)構(gòu)供應(yīng)商等,。

這些供應(yīng)商憑借各自能力和特色在網(wǎng)絡(luò)化的平臺(tái)上共享一個(gè)資源。 就智能制造而言,，其核心 關(guān)鍵環(huán)節(jié)是決策,，要求生產(chǎn)線上有相應(yīng)的信息化手段,。在智能制造過(guò)程中，也會(huì)涉及云制造過(guò)程,�,！爸袊�(guó)制造2025”、“工業(yè)4.0”這些概念都要具體落實(shí)到實(shí)際工作中,，新舟700飛機(jī)項(xiàng)目或許是一個(gè)很好的實(shí)踐機(jī)會(huì),。 中國(guó)商飛公司ARJ21新支線飛機(jī)總設(shè)計(jì)師陳勇進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，對(duì)于全球協(xié)作的ARJ21項(xiàng)目而言,，要從大數(shù)據(jù)入口,，通過(guò)搜集飛機(jī)在制造、交付,、運(yùn)營(yíng)中所出現(xiàn)的所有故障,，建立有效的數(shù)據(jù)源及有效的數(shù)據(jù)分析手段，為飛機(jī)需求提供分析支撐,。

強(qiáng)化適航體系建設(shè)
會(huì)上,，中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院航空器適航所所長(zhǎng)路遙作了題為《民機(jī)適航取證與適航規(guī)章程序的良性互動(dòng)》的主題演講。 他指出,，我國(guó)適航規(guī)章體系大致分為四個(gè)層級(jí),。最高是《民航法》，作為一部國(guó)家法律,，由全國(guó)人大頒布,，國(guó)家主席簽發(fā)。第二級(jí)是國(guó)務(wù)院管理?xiàng)l例,，包括《適航管理?xiàng)l例》,、《國(guó)籍登記管理?xiàng)l例》等，由國(guó)務(wù)院總理簽發(fā),。第三級(jí)是民航規(guī)章或者是適航規(guī)章,、標(biāo)準(zhǔn)，屬于部門(mén)和省一級(jí)政府頒布的規(guī)章,，如《中國(guó)民用航空規(guī)章》由中國(guó)民用航空局頒發(fā),，由局 長(zhǎng)簽發(fā)。第四級(jí)是對(duì)規(guī)章的支持和解釋性材料,，主要包括適航管理程序和相關(guān)咨詢通告等,。

路遙表示，去年年底取得中國(guó)民航局型號(hào)合格證的國(guó)產(chǎn)ARJ21-700飛機(jī)的審定基礎(chǔ)達(dá)到了美國(guó)聯(lián)邦航空局適航標(biāo)準(zhǔn)100號(hào)修正案的水平,。憑借ARJ21這一型號(hào)的牽引,，我國(guó)已經(jīng)具備了基本完整的一整套適航管理程序，對(duì)于航空器的適航審定已經(jīng)和美國(guó)、歐洲基本一致,。 會(huì)上,，來(lái)自中國(guó)商飛民用飛機(jī)試飛中心的副總工程師江卓遠(yuǎn)從“現(xiàn)代民機(jī)試飛風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)”等方面作了主題演講。他指出,，現(xiàn)代民機(jī)試飛面臨的新形勢(shì)和新問(wèn)題主要包括：更多新技術(shù)的應(yīng)用,，安全管理標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，試飛理念從“通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”,、“探索未知,，完善理論”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴ㄟ^(guò)試驗(yàn)確認(rèn)性能”和“驗(yàn)證理論，優(yōu)化算法”�,，F(xiàn)代民機(jī)試飛的三大突破方向?yàn)樵囷w全周期規(guī)劃,、試飛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及飛行中的實(shí)時(shí)支持。

針對(duì)我國(guó)適航標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際接軌是越緊密越好,，還是保持一定距離,，甚至保留一些中國(guó)特色這一問(wèn)題，路遙認(rèn)為,，從技術(shù)上縮小差異應(yīng)該成為共識(shí),。我國(guó)適航規(guī)章程序的發(fā)展首先是要減少適航標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際的差異，這樣更有利于我國(guó)航空產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng),。

新材料和新技術(shù)
在全球范圍內(nèi),，金屬增材制造亦即金屬3D打印是當(dāng)下非常熱門(mén)的領(lǐng)域。事實(shí)上,，早在1994年,，羅羅公司便開(kāi)始探索用該技術(shù)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件。 與會(huì)的西北工業(yè)大學(xué)教授林鑫指出,，我國(guó)政府從2012年開(kāi)始,，逐漸規(guī)劃了3D打印技術(shù)路線圖以及中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。

在航空航天領(lǐng)域,，金屬增材制造技術(shù)是應(yīng)對(duì)追求極端輕質(zhì)化和可靠化材料挑戰(zhàn)的最佳新技術(shù)途徑,。特別是針對(duì)鈦合金和高溫合金，這些材料使用傳統(tǒng)熱加工和機(jī)械加工非常困難,。 中航工業(yè)航空材料研究所李臻熙表示,，雖然我國(guó)鈦合金發(fā)展已經(jīng)歷50余年，但在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金的應(yīng)用和發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在很大差距,。 林鑫介紹說(shuō)，金屬高性能增材制造目前應(yīng)用最廣泛的兩項(xiàng)技術(shù)是同步材料送進(jìn)成形和粉末選取熔化成形,。

前者效率高,，多材料復(fù)合,，無(wú)尺寸大小限制，高性能修復(fù),，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜性受限。其他的金屬增材制造有電子束增材制造,、等離子增材制造,、還有電弧增材制造。目前,，在航空航天使用還是激光和電子束的增材制造,。 目前，增材制造更多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī),，在真正航空構(gòu)件上 的應(yīng)用還是比較少的,。最近，F(xiàn)AA已經(jīng)批準(zhǔn)第一個(gè)應(yīng)用于商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)G90的3D打印零部件,。盡管這個(gè)零件還是一個(gè)非重要關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件,，但它將對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和后續(xù)的認(rèn)證起到一個(gè)重要的引領(lǐng)作用。 林鑫強(qiáng)調(diào),，正如美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提出的,，現(xiàn)在對(duì)于3D打印不應(yīng)關(guān)注如何取代傳統(tǒng)技術(shù)，而應(yīng)關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)如何使以往不能制造的全新結(jié)構(gòu)成為可能,。

編輯：南極熊
作者：王哲
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