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

2015年“兩會”期間，李克強總理在政府工作報告中提出，要實施《中國制造2025》，堅持創(chuàng)新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉變?yōu)橹圃鞆妵�。航空制造業(yè)作為《中國制造2025》中明確指出需要重點發(fā)展的十大領域之一，目前正處于產業(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，來自國內外飛機設計制造領域的150余位專家、學者和企業(yè)負責人參加了研討。會議期間，與會者就我國民用航空制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、難題和挑戰(zhàn)，全球航空產業(yè)發(fā)展的特點及趨勢等問題進行了熱烈討論。

“工業(yè) 4.0”時代
“工業(yè)正再次成為全球經濟穩(wěn)定與發(fā)展的驅動力�！闭搲�伊始，國務院發(fā)展研究中心產業(yè)經濟部研究員王忠宏就“經濟新常態(tài)下的中國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展特點”發(fā)表主題演講。他指出，以高新技術為引領的高端裝備制造業(yè)處于價值鏈高端和產業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，是推動工業(yè)轉型升級的引擎。根據(jù)工信部的有關規(guī)劃，到2015年，我國高端裝備制造業(yè)的銷售收入將超過6萬億元，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%，使之成為國民經濟的支柱產業(yè)。 根據(jù)《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，航空裝備、衛(wèi)星及應用、軌道交通裝備、海洋工程裝備、智能制造裝備等五大領域是現(xiàn)階段我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重點方向。 德國航空工業(yè)協(xié)會（BDLI）空中運輸、裝備和材料部部長斯蒂芬·寶迪（Stefan Berndes）博士在論壇上解讀“工業(yè)4.0”概念及其對航空制造業(yè)的影響時表示，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)。

對民航業(yè)而言，如何以智能方式進行集成，用資本進一步提高產效以及附加值，將成為尋求和獲得客戶的最終途徑。過去幾年，很多歐洲的航空企業(yè)已經在產品設計和開發(fā)，甚至適航方面，進行了大量嘗試。未來需要進一步協(xié)同，集成打造更加簡潔、透明的數(shù)字化供應鏈平臺。 寶迪強調，在集成整個供應鏈的同時，需要研發(fā)新的解決方案。在航空服務行業(yè)，智能服務可以通過“智能4.0”來提高。
例如，通過增強零部 件的可追蹤性，提高客戶與制造商之間的連接性；通過升級飛機上各種部件的傳感器，提高服務水平等。 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：“航空是國家工業(yè)實力的體現(xiàn)，‘中國制造2025’未來一段時間的主攻方向就是智能制造。國家出臺智能制造專項，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)在五個方面：一是供應鏈集成。二是全價值鏈端到端的集成。三是縱向繼承和網絡化制造系統(tǒng)，是指智能工廠內部所有資源的柔性調配。四是工作場所中新的社會基礎結構。當大量工作不需要人工實現(xiàn)的時候，產業(yè)工人新的角色應如何定位。五是賽博物理系統(tǒng)。

“目前，歐洲、美國大部分實現(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’，有的還沒有進行互聯(lián)互通，還沒有進行數(shù)字化處理。我國航空工業(yè)的智能技術和行業(yè)發(fā)展要兼顧行業(yè)發(fā)展水平，設定不同層次的智能化目標，優(yōu)化實踐智能制造理論，完成系統(tǒng)事先預應用。針對智能決策和智能工藝過程進行深入、系統(tǒng)地研究�！睘榇�，劉亞威提出我國航空工業(yè)智能制造的5個路徑：首先是實現(xiàn)智能機床。之后，再將其連接成一個小的智能生產線。

再之后，數(shù)條生產線以及小供應鏈融合內部流動建成智能車間。接著，在大工廠之間實現(xiàn)各個車間的動態(tài)集成，實現(xiàn)智能工廠。最后，就是整個企業(yè)進行互聯(lián)，包括供應鏈集成智能物流服務、需求動態(tài)集成網絡等。 在主題為“飛行器設計和制造一體化”的小組討論上，當談到如何看待“工業(yè)4.0”實施的第一步時，中航工業(yè)西飛項目總工藝師邱晞表示，“工業(yè)4.0”離不開兩大概念，一個是云，另一個是智能。 其中，云制造一定是多供應商協(xié)同的，全方位的，不僅包括原材料供應商，還應包括相應的成品系統(tǒng)供應商、機體結構供應商等。

這些供應商憑借各自能力和特色在網絡化的平臺上共享一個資源。 就智能制造而言，其核心 關鍵環(huán)節(jié)是決策，要求生產線上有相應的信息化手段。在智能制造過程中，也會涉及云制造過程。“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”這些概念都要具體落實到實際工作中，新舟700飛機項目或許是一個很好的實踐機會。 中國商飛公司ARJ21新支線飛機總設計師陳勇進一步強調，對于全球協(xié)作的ARJ21項目而言，要從大數(shù)據(jù)入口，通過搜集飛機在制造、交付、運營中所出現(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，為飛機需求提供分析支撐。

強化適航體系建設
會上，中國民航科學技術研究院航空器適航所所長路遙作了題為《民機適航取證與適航規(guī)章程序的良性互動》的主題演講。 他指出，我國適航規(guī)章體系大致分為四個層級。最高是《民航法》，作為一部國家法律，由全國人大頒布，國家主席簽發(fā)。第二級是國務院管理條例，包括《適航管理條例》、《國籍登記管理條例》等，由國務院總理簽發(fā)。第三級是民航規(guī)章或者是適航規(guī)章、標準，屬于部門和省一級政府頒布的規(guī)章，如《中國民用航空規(guī)章》由中國民用航空局頒發(fā)，由局 長簽發(fā)。第四級是對規(guī)章的支持和解釋性材料，主要包括適航管理程序和相關咨詢通告等。

路遙表示，去年年底取得中國民航局型號合格證的國產ARJ21-700飛機的審定基礎達到了美國聯(lián)邦航空局適航標準100號修正案的水平。憑借ARJ21這一型號的牽引，我國已經具備了基本完整的一整套適航管理程序，對于航空器的適航審定已經和美國、歐洲基本一致。 會上，來自中國商飛民用飛機試飛中心的副總工程師江卓遠從“現(xiàn)代民機試飛風險控制技術”等方面作了主題演講。他指出，現(xiàn)代民機試飛面臨的新形勢和新問題主要包括：更多新技術的應用，安全管理標準不斷更新，試飛理念從“通過試驗發(fā)現(xiàn)問題”、“探索未知，完善理論”轉變?yōu)椤巴ㄟ^試驗確認性能”和“驗證理論，優(yōu)化算法”。現(xiàn)代民機試飛的三大突破方向為試飛全周期規(guī)劃、試飛風險評估以及飛行中的實時支持。

針對我國適航標準和國際接軌是越緊密越好，還是保持一定距離，甚至保留一些中國特色這一問題，路遙認為，從技術上縮小差異應該成為共識。我國適航規(guī)章程序的發(fā)展首先是要減少適航標準和國際的差異，這樣更有利于我國航空產品進入國際市場。

新材料和新技術
在全球范圍內，金屬增材制造亦即金屬3D打印是當下非常熱門的領域。事實上，早在1994年，羅羅公司便開始探索用該技術制造航空發(fā)動機零件。 與會的西北工業(yè)大學教授林鑫指出，我國政府從2012年開始，逐漸規(guī)劃了3D打印技術路線圖以及中長期發(fā)展戰(zhàn)略。

在航空航天領域，金屬增材制造技術是應對追求極端輕質化和可靠化材料挑戰(zhàn)的最佳新技術途徑。特別是針對鈦合金和高溫合金，這些材料使用傳統(tǒng)熱加工和機械加工非常困難。 中航工業(yè)航空材料研究所李臻熙表示，雖然我國鈦合金發(fā)展已經歷50余年，但在航空領域的應用，尤其是航空發(fā)動機鈦合金的應用和發(fā)達國家相比存在很大差距。 林鑫介紹說，金屬高性能增材制造目前應用最廣泛的兩項技術是同步材料送進成形和粉末選取熔化成形。

前者效率高，多材料復合，無尺寸大小限制，高性能修復，但結構復雜性受限。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，增材制造更多應用于發(fā)動機，在真正航空構件上 的應用還是比較少的。最近，F(xiàn)AA已經批準第一個應用于商用航空發(fā)動機G90的3D打印零部件。盡管這個零件還是一個非重要關鍵結構件，但它將對這項技術的應用和后續(xù)的認證起到一個重要的引領作用。 林鑫強調，正如美國國家航空航天局（NASA）提出的，現(xiàn)在對于3D打印不應關注如何取代傳統(tǒng)技術，而應關注這項技術如何使以往不能制造的全新結構成為可能。

編輯：南極熊
作者：王哲
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