美歐航天制造智能化發(fā)展分析

作者：中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 孫紅俊

近年來,，在全球新一輪科技革命和工業(yè)革命融合促動(dòng)下,，波音,、洛馬,、雷神,、空客等美歐先進(jìn)航天企業(yè)積極布局智能工廠，創(chuàng)新研制生產(chǎn)模式,，深化機(jī)器人與增材制造裝備技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)數(shù)字孿生/數(shù)字線索,、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù)與航天研制生產(chǎn)緊密融合,，加速航天制造業(yè)智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型。

雷神公司智能工廠建造的“看我”微小衛(wèi)星

一,、布局智能工廠,，創(chuàng)新航天研制生產(chǎn)模式
洛馬、空客,、雷神等軍工巨頭通過升級(jí)改造現(xiàn)有工廠設(shè)施或新建工廠等方式,，布局智能工廠，推進(jìn)新一代信息技術(shù)、增材制造,、智能裝備等應(yīng)用,，創(chuàng)新衛(wèi)星、導(dǎo)彈等武器裝備研制生產(chǎn)模式,，引領(lǐng)美歐航天制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,。例如，洛馬于2017年8月投資3.5億美元啟動(dòng)衛(wèi)星制造“門廊中心”智能工廠建設(shè),，將采用快速可重構(gòu)數(shù)字化生產(chǎn)線,，配備滿足ISO 8級(jí)水平的高空清潔車間，旨在形成敏捷,、高效,、高精度的大中小多尺度衛(wèi)星柔性制造能力，并于2018年7月完成“門廊中心”基礎(chǔ)建設(shè),。雷神2014年開始考慮使用導(dǎo)彈智能工廠發(fā)展兼具導(dǎo)彈與微小衛(wèi)星制造能力的智能工廠,，重點(diǎn)投資建設(shè)了作為小衛(wèi)星工作單元的光學(xué)測試、射頻通信測試,、太陽光模擬器等專業(yè)測試設(shè)施,。2018年12月，雷神導(dǎo)彈智能工廠生產(chǎn)的“看我”（SeeMe）計(jì)劃微小衛(wèi)星成功發(fā)射,。

二,、推進(jìn)機(jī)器人應(yīng)用，提升航天制造自動(dòng)化智能化水平
為滿足航天武器裝備高效研制生產(chǎn)需求,，美歐先進(jìn)航天企業(yè)推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用,，并逐步擴(kuò)展到航天自動(dòng)化智能化裝配、增減材混合制造與檢測,、太空裝配與制造等領(lǐng)域,。

研發(fā)裝配機(jī)器人助推航天核心零部件集成。美歐先進(jìn)航天企業(yè)積極研發(fā)航天核心零部件裝配機(jī)器人,，旨在形成高精度自動(dòng)化裝配能力,，提升裝配質(zhì)量和效率。例如,，泰雷茲•阿萊尼亞公司航天正建設(shè)的衛(wèi)星太陽帆板自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線,，將采取機(jī)器人裝配、在線測試與檢測,、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新技術(shù),，推進(jìn)生產(chǎn)車間的人機(jī)融合，有望大幅提高生產(chǎn)效率和制造柔性,。

發(fā)展兼具增減材制造能力的智能化混合制造機(jī)器人,。美歐先進(jìn)航天企業(yè)通過發(fā)展智能化增/減材混合制造機(jī)器人,，以期實(shí)現(xiàn)先用增材制造快速自動(dòng)化打印，再通過自主切削加工確保精度及質(zhì)量,，加速增材制造推廣應(yīng)用,。例如，洛馬建成世界上首臺(tái)“多機(jī)器人增減材混合設(shè)備”,，該設(shè)備由兩個(gè)機(jī)器人串行工作,，具備增材制造、減材加工和工藝過程監(jiān)測,、尺寸檢查,、熱測量等多種功能，適用于多種材料加工,，目前已通過衛(wèi)星零部件制造的驗(yàn)證,。

加速太空裝配與制造機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展。為滿足未來在太空按需制造零部件并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集成裝配的需求,，美國諾格,、麥克薩技術(shù)公司、太空制造公司等先進(jìn)航天企業(yè)主持或參與了太空裝配,、太空制造集成一體化機(jī)器人創(chuàng)新研究,。例如，太空制造公司于2010年開始發(fā)展太空機(jī)器人太空制造裝配一體化技術(shù),，2019年3月,，通過諾格的熱真空試驗(yàn)設(shè)施，在地面模擬空間環(huán)境下成功完成太空機(jī)器人增材制造與裝配一體化能力地面驗(yàn)證,，即將開展全系統(tǒng)飛行試驗(yàn),。

三、加速新興技術(shù)融合應(yīng)用,，提升航天制造競爭力
當(dāng)前,，增材制造、數(shù)字孿生/數(shù)字線索,、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)等快速融入航天制造領(lǐng)域,，促動(dòng)了航天制造模式的轉(zhuǎn)變。美歐先進(jìn)航天企業(yè)推動(dòng)新興技術(shù)在航天武器裝備設(shè)計(jì)研發(fā),、生產(chǎn)制造,、運(yùn)行維護(hù)等全過程的融合應(yīng)用，取得重大突破,。

增材制造應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)展到關(guān)鍵衛(wèi)星部件。洛馬,、空客,、泰雷茲•阿萊尼亞公司航天等先進(jìn)航天企業(yè)采用增材制造技術(shù)制造衛(wèi)星部件,，制造范圍已從簡單的小型支架逐步擴(kuò)展到燃料貯箱、天線等大型和關(guān)鍵部件,，原材料從鈦或鋁等金屬拓展到聚合物,，使過去需要數(shù)年制造的產(chǎn)品可在數(shù)周內(nèi)完成。例如,，洛馬首個(gè)增材制造衛(wèi)星部件為手掌大小的鈦波導(dǎo)支架,，后續(xù)制造了“先進(jìn)極高頻”通信衛(wèi)星用鋁制航電線路盒，2018年7月使用其最大的電子束增材制造設(shè)備,，制造的直徑1.17米的衛(wèi)星燃料貯箱鈦合金封頭完成最后一輪測試,，創(chuàng)增材制造太空部件尺寸新紀(jì)錄。

數(shù)字孿生/線索技術(shù)日益成為數(shù)字化能力建設(shè)重點(diǎn)方向,。美歐先進(jìn)航天企業(yè)以及達(dá)索,、西門子等軟件提供商將數(shù)字孿生/線索技術(shù)視為能夠不斷創(chuàng)新并提高行業(yè)競爭力的關(guān)鍵技術(shù)，都在結(jié)合各自發(fā)展需求開發(fā)數(shù)字孿生解決方案,。例如,，太空探索技術(shù)公司等企業(yè)開始使用西門子數(shù)字化企業(yè)解決方案，將實(shí)體模型與數(shù)字模型的信息同步,，能夠不斷創(chuàng)新并提高行業(yè)競爭力,，預(yù)計(jì)可使運(yùn)載火箭研發(fā)成本降低一半。

增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)日益融入航天研制生產(chǎn)全過程,。美歐先進(jìn)航天企業(yè)將增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入設(shè)計(jì),、生產(chǎn)、維修等研制生產(chǎn)全過程,，顯著提升了生產(chǎn)線檢測設(shè)計(jì)和制造效率,，降低缺陷率，促進(jìn)航天裝備研制生產(chǎn)能力的提升,。例如,，洛馬2017年4月在衛(wèi)星生產(chǎn)線中利用增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)工具，在航天產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)線之前發(fā)現(xiàn)并糾正工程失誤,，預(yù)計(jì)每年節(jié)省成本約1000萬美元,；2018年，宣布正使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備和軟件縮短了解航天器制造工藝過程的時(shí)間,，并強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)施已成為數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,。

轉(zhuǎn)自：星際智匯（space_707）