航空制造业遇上“工业 4.0” 3D打印将发挥极其重要作用

2017-08-10 10:29 产业观察   来源:南极熊

导读2015年“两会”期间,李克强总理在政府工作报告中提出,要实施《中国制造2025》,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转变为制造强国。航空制造业作为《中国制造2025》中明确指出需要重点发展的十大领域之一,目前正处于产业发展的重大变革期。  

2015年“两会”期间,李克强总理在政府工作报告中提出,要实施《中国制造2025》,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转变为制造强国。航空制造业作为《中国制造2025》中明确指出需要重点发展的十大领域之一,目前正处于产业发展的重大变革期。

在以“工业4.0”、“智能制造”为主题的民用航空工业论坛暨第六届航空制造系列论坛中,来自国内外飞机设计制造领域的150余位专家、学者和企业负责人参加了研讨。会议期间,与会者就我国民用航空制造业的发展现状、难题和挑战,全球航空产业发展的特点及趋势等问题进行了热烈讨论。

工业4.0”时代

“工业正再次成为全球经济稳定与发展的驱动力。”论坛伊始,国务院发展研究中心产业经济部研究员王忠宏就“经济新常态下的中国高端装备制造业的发展特点”发表主题演讲。他指出,以高新技术为引领的高端装备制造业处于价值链高端和产业链核心环节,是推动工业转型升级的引擎。根据工信部的有关规划,到2015年,我国高端装备制造业的销售收入将超过6万亿元,在装备制造业中占比提高到15%;到2020年,这一占比将提高到25%,使之成为国民经济的支柱产业。根据《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,航空装备、卫星及应用、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备等五大领域是现阶段我国高端装备制造业发展的重点方向。德国航空工业协会(BDLI)空中运输、装备和材料部部长斯蒂芬·宝迪(StefanBerndes)博士在论坛上解读“工业4.0”概念及其对航空制造业的影响时表示,航空航天行业将发展成为“工业4.0”的一种特定形态。

对民航业而言,如何以智能方式进行集成,用资本进一步提高产效以及附加值,将成为寻求和获得客户的最终途径。过去几年,很多欧洲的航空企业已经在产品设计和开发,甚至适航方面,进行了大量尝试。未来需要进一步协同,集成打造更加简洁、透明的数字化供应链平台。宝迪强调,在集成整个供应链的同时,需要研发新的解决方案。在航空服务行业,智能服务可以通过“智能4.0”来提高。

例如,通过增强零部件的可追踪性,提高客户与制造商之间的连接性;通过升级飞机上各种部件的传感器,提高服务水平等。中航工业发展研究中心研究员刘亚威这样谈及“工业4.0”与航空制造业碰撞出的火花:“航空是国家工业实力的体现,‘中国制造2025’未来一段时间的主攻方向就是智能制造。国家出台智能制造专项,航空作为离散业的代表,占有重要位置。”刘亚威指出,“工业4.0”主要体现在五个方面:一是供应链集成。二是全价值链端到端的集成。三是纵向继承和网络化制造系统,是指智能工厂内部所有资源的柔性调配。四是工作场所中新的社会基础结构。当大量工作不需要人工实现的时候,产业工人新的角色应如何定位。五是赛博物理系统。

“目前,欧洲、美国大部分实现了‘工业3.0’。即使在数字化做得比较好的航空工业也存在‘工业2.0’,有的还没有进行互联互通,还没有进行数字化处理。我国航空工业的智能技术和行业发展要兼顾行业发展水平,设定不同层次的智能化目标,优化实践智能制造理论,完成系统事先预应用。针对智能决策和智能工艺过程进行深入、系统地研究。”为此,刘亚威提出我国航空工业智能制造的5个路径:首先是实现智能机床。之后,再将其连接成一个小的智能生产线。

再之后,数条生产线以及小供应链融合内部流动建成智能车间。接着,在大工厂之间实现各个车间的动态集成,实现智能工厂。最后,就是整个企业进行互联,包括供应链集成智能物流服务、需求动态集成网络等。在主题为“飞行器设计和制造一体化”的小组讨论上,当谈到如何看待“工业4.0”实施的第一步时,中航工业西飞项目总工艺师邱晞表示,“工业4.0”离不开两大概念,一个是云,另一个是智能。其中,云制造一定是多供应商协同的,全方位的,不仅包括原材料供应商,还应包括相应的成品系统供应商、机体结构供应商等。

这些供应商凭借各自能力和特色在网络化的平台上共享一个资源。就智能制造而言,其核心关键环节是决策,要求生产线上有相应的信息化手段。在智能制造过程中,也会涉及云制造过程。“中国制造2025”、“工业4.0”这些概念都要具体落实到实际工作中,新舟700飞机项目或许是一个很好的实践机会。中国商飞公司ARJ21新支线飞机总设计师陈勇进一步强调,对于全球协作的ARJ21项目而言,要从大数据入口,通过搜集飞机在制造、交付、运营中所出现的所有故障,建立有效的数据源及有效的数据分析手段,为飞机需求提供分析支撑。

强化适航体系建设

会上,中国民航科学技术研究院航空器适航所所长路遥作了题为《民机适航取证与适航规章程序的良性互动》的主题演讲。他指出,我国适航规章体系大致分为四个层级。最高是《民航法》,作为一部国家法律,由全国人大颁布,国家主席签发。第二级是国务院管理条例,包括《适航管理条例》、《国籍登记管理条例》等,由国务院总理签发。第三级是民航规章或者是适航规章、标准,属于部门和省一级政府颁布的规章,如《中国民用航空规章》由中国民用航空局颁发,由局长签发。第四级是对规章的支持和解释性材料,主要包括适航管理程序和相关咨询通告等。

路遥表示,去年年底取得中国民航局型号合格证的国产ARJ21-700飞机的审定基础达到了美国联邦航空局适航标准100号修正案的水平。凭借ARJ21这一型号的牵引,我国已经具备了基本完整的一整套适航管理程序,对于航空器的适航审定已经和美国、欧洲基本一致。会上,来自中国商飞民用飞机试飞中心的副总工程师江卓远从“现代民机试飞风险控制技术”等方面作了主题演讲。他指出,现代民机试飞面临的新形势和新问题主要包括:更多新技术的应用,安全管理标准不断更新,试飞理念从“通过试验发现问题”、“探索未知,完善理论”转变为“通过试验确认性能”和“验证理论,优化算法”。现代民机试飞的三大突破方向为试飞全周期规划、试飞风险评估以及飞行中的实时支持。

针对我国适航标准和国际接轨是越紧密越好,还是保持一定距离,甚至保留一些中国特色这一问题,路遥认为,从技术上缩小差异应该成为共识。我国适航规章程序的发展首先是要减少适航标准和国际的差异,这样更有利于我国航空产品进入国际市场。

新材料和新技术

在全球范围内,金属增材制造亦即金属3D打印是当下非常热门的领域。事实上,早在1994年,罗罗公司便开始探索用该技术制造航空发动机零件。与会的西北工业大学教授林鑫指出,我国政府从2012年开始,逐渐规划了3D打印技术路线图以及中长期发展战略。

在航空航天领域,金属增材制造技术是应对追求极端轻质化和可靠化材料挑战的最佳新技术途径。特别是针对钛合金和高温合金,这些材料使用传统热加工和机械加工非常困难。中航工业航空材料研究所李臻熙表示,虽然我国钛合金发展已经历50余年,但在航空领域的应用,尤其是航空发动机钛合金的应用和发达国家相比存在很大差距。林鑫介绍说,金属高性能增材制造目前应用最广泛的两项技术是同步材料送进成形和粉末选取熔化成形。

前者效率高,多材料复合,无尺寸大小限制,高性能修复,但结构复杂性受限。其他的金属增材制造有电子束增材制造、等离子增材制造、还有电弧增材制造。目前,在航空航天使用还是激光和电子束的增材制造。目前,增材制造更多应用于发动机,在真正航空构件上的应用还是比较少的。最近,FAA已经批准第一个应用于商用航空发动机G90的3D打印零部件。尽管这个零件还是一个非重要关键结构件,但它将对这项技术的应用和后续的认证起到一个重要的引领作用。林鑫强调,正如美国国家航空航天局(NASA)提出的,现在对于3D打印不应关注如何取代传统技术,而应关注这项技术如何使以往不能制造的全新结构成为可能。

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