劉廣杰+白歐

摘要：航空工業(yè)是一個國家綜合國力和核心競爭力的重要體現(xiàn)，對國民經(jīng)濟(jì)其他產(chǎn)業(yè)具有很強(qiáng)的輻射帶動作用。與其他高端裝備制造業(yè)面向的對象只是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高端部分不同，幾乎整個航空裝備產(chǎn)業(yè)鏈都是高端裝備和新材料的范疇，因此發(fā)展航空裝備對一國制造業(yè)的整體提升有重大意義。

關(guān)鍵詞：航空工業(yè)；智能制造

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.30.092

航空工業(yè)是一個國家綜合國力和核心競爭力的重要體現(xiàn)，對國民經(jīng)濟(jì)其他產(chǎn)業(yè)具有很強(qiáng)的輻射帶動作用。與其他高端裝備制造業(yè)面向的對象只是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高端部分不同，幾乎整個航空裝備產(chǎn)業(yè)鏈都是高端裝備和新材料的范疇，因此發(fā)展航空裝備對一國制造業(yè)的整體提升有重大意義。

航空工業(yè)的產(chǎn)品研制周期長、成本高、風(fēng)險大，且市場空間有限、寡頭壟斷嚴(yán)重，因此企業(yè)的市場研究和定位尤其重要。據(jù)波音公司在巴黎航展上最新發(fā)布的市場展望報告顯示，未來20年內(nèi)，全球?qū)⑿枰?1030架飛機(jī)，總價值達(dá)6.1萬億美元。其中單通道飛機(jī)需要29530架新飛機(jī)；中國新增飛機(jī)總數(shù)將達(dá)到6810架，總價值超過1萬億美元。面對如此廣闊的市場需求，各大航空制造商也是一再提升產(chǎn)能，加速生產(chǎn)。而智能制造作為加速實現(xiàn)這一目標(biāo)的有力武器，從關(guān)鍵技術(shù)到標(biāo)準(zhǔn)體系，都需要逐步建立和增強(qiáng)；智能裝備作為實現(xiàn)智能制造的必要條件，其性能以及智能化水平也決定著智能制造的發(fā)展高度。

1我國航空工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

新中國成立以來，我國航空工業(yè)取得了長足進(jìn)步，但與國際先進(jìn)水平相比，仍存在較大差距，例如產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、規(guī)模效應(yīng)尚未充分體現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展能力不強(qiáng)，市場機(jī)制有待完善；航空產(chǎn)品種類偏少，技術(shù)水平不高，市場競爭力不強(qiáng)；航空發(fā)動機(jī)、機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備、原材料和元器件等受制于國外。

航空工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游包括制造各種航空零部件所需的金屬非金屬等原材料及成型材料，金屬材料主要有：結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、以航空鋁材為代表的各類合金材料等；非金屬材料包括航空陶瓷、特種橡膠和碳纖維等。下游則由飛機(jī)整機(jī)制造、航空發(fā)動機(jī)制造和航空維修三大部分構(gòu)成。航空工業(yè)零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平制約著航空工業(yè)的發(fā)展水平。由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的整體性能長期以來無法達(dá)到航空工業(yè)對性能、效率和質(zhì)量等的要求，航空工業(yè)所采用的數(shù)控機(jī)床以各類進(jìn)口機(jī)床為主。

鑒于上述狀況，我國政府提出“中國制造2025”強(qiáng)國戰(zhàn)略，并將航空航天裝備作為重點發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，通過在航空工業(yè)的實施智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，解決航空工業(yè)由于整體智能化水平不高所帶來的質(zhì)量和效率不高的問題，降低由于整體規(guī)模相對較小帶來的成本制約。智能制造體系在航空工業(yè)中的實施，要求設(shè)計、制造、服務(wù)等航空制造全流程亟待用智能制造的技術(shù)和體系加以整合和提升。為此，持續(xù)推進(jìn)以智能為核心的“產(chǎn)品設(shè)計、制造與服務(wù)一體化”是航空制造業(yè)未來的發(fā)展方向。

2基于智能裝備、智能車間、智能工廠的智能制造體系

在航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能制造體系有助于提升航空制造業(yè)的競爭力。實現(xiàn)智能制造體系的關(guān)鍵點則在于各種基礎(chǔ)技術(shù)的突破和多種智能裝備的使用。智能制造體系的實施是按照智能裝備、智能車間、智能工廠的層次實現(xiàn)的。本章對三者與智能制造體系的關(guān)系加以闡述。

2.1智能裝備——智能制造的基石

數(shù)控機(jī)床是航空零部件加工的主要裝備。航空零部件加工工藝復(fù)雜、材料難加工且質(zhì)量要求高，加工過程伴隨著刀具與工件受熱變形、振動導(dǎo)致的絲杠、導(dǎo)軌的損耗與刀具磨損等問題，直接關(guān)系到工件加工精度。民用航空裝備制造對于高檔數(shù)控機(jī)床的需求十分迫切，特別是高速度、高精度、高剛度、大扭矩、多軸聯(lián)動以及智能化的數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控機(jī)床的智能化體現(xiàn)在兩個方面：一是在數(shù)控機(jī)床上集成了多種傳感器，例如對發(fā)熱、振動、磨損等因素的感知，實現(xiàn)對機(jī)床狀態(tài)與環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)控、預(yù)警以及補(bǔ)償?shù)裙δ?；二是在?shù)控機(jī)床上集成了網(wǎng)絡(luò)接口，用于對機(jī)床運(yùn)行信息與工況數(shù)據(jù)的實時采集與存儲，在遠(yuǎn)程的控制室或者云端實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時查看、自主分析與決策。傳統(tǒng)的設(shè)備中，機(jī)床信息與工況數(shù)據(jù)無法記錄與上傳，而往往這些數(shù)據(jù)具有潛在的價值，基于這些數(shù)據(jù)能夠掌握機(jī)床的加工進(jìn)度、精度信息、備件狀態(tài)等。實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的智能化，符合航空制造業(yè)對制造精度、可靠性和穩(wěn)定性的需求，因此，智能裝備是提升航空制造業(yè)整體實力的要素之一。

我國航空制造業(yè)多依賴于進(jìn)口數(shù)控機(jī)床，使用時，國外數(shù)控系統(tǒng)也僅有少量功能和少量參數(shù)對國產(chǎn)機(jī)床開放和使用，并且現(xiàn)場調(diào)試過程也對國內(nèi)技術(shù)人員保密。使用進(jìn)口設(shè)備難以做到機(jī)床數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，無法實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時掌握與共享，阻礙了生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)的協(xié)同運(yùn)行。我國國產(chǎn)機(jī)床中以沈陽機(jī)床的i5系列智能機(jī)床為代表的新一代智能機(jī)床，面向工業(yè)4.0的設(shè)計理念，一舉解決數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)問題。有了自主可控的數(shù)據(jù)通道，用戶能夠?qū)崟r掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)（加工進(jìn)度、機(jī)床狀態(tài)、損耗狀態(tài)等），并且通過基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析與管理，實現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維等高級功能，降低設(shè)備故障率，提高了產(chǎn)品的良品率，整體上節(jié)約了時間和成本。

2.2基于智能裝備互聯(lián)互通的智能車間

智能車間是在智能裝備的基礎(chǔ)上，采用多種物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)（射頻識別、紅外傳感器、激光掃描、定位系統(tǒng)等）將物品、設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，通過網(wǎng)絡(luò)的方式將其即時信息發(fā)送到后臺信息處理系統(tǒng)，而各大信息系統(tǒng)可互聯(lián)形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)。從而可達(dá)到對制造過程實施跟蹤、監(jiān)控等智能化管理的目的。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了人與物之間的信息溝通，在此基礎(chǔ)上對人、機(jī)、料、法、環(huán)等制造要素全面精細(xì)化感知，形成科學(xué)自主決策的生產(chǎn)模式?；趯ιa(chǎn)現(xiàn)場裝備信息與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與分析，以及環(huán)境溫度、濕度、安防等信息的感知，在原材料的庫存、排產(chǎn)、包裝與出庫，裝備之間生產(chǎn)節(jié)拍的配合與協(xié)同，產(chǎn)能的分配與協(xié)同等方面做出自主的、科學(xué)的決策，保障生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。endprint

2.3面向區(qū)域協(xié)同的智能工廠

航空產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈都具有較高的技術(shù)含量和價值空間?；谛畔⒓夹g(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的平臺化整合，在平臺端應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)航空產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的科學(xué)組織與管理，正是開拓價值空間的必要手段。智能工廠的概念，引入了面向航空產(chǎn)品全生命周期管理的生產(chǎn)組織方式，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。智能工廠在制造過程中能進(jìn)行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。產(chǎn)品和服務(wù)的全流程把控，解決包括設(shè)計、采購、制造、供應(yīng)鏈、金融等方面的區(qū)域性協(xié)同問題。

3智能制造體系重塑中國制造新優(yōu)勢

我國正面臨著西方發(fā)達(dá)國家制造業(yè)回流與發(fā)展中國家勞動力成本走低的雙重擠壓，如何應(yīng)對挑戰(zhàn)，完成由“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)型，重塑中國制造新優(yōu)勢，是目前我們需要關(guān)注的課題。實施兩年以來，“中國制造2025”規(guī)劃的頂層設(shè)計已基本完成，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系正在逐步完善，然而智能制造作為“中國制造2025”的一部分，要真正實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的道路，我們還需要關(guān)心以下幾方面問題。

3.1實現(xiàn)基礎(chǔ)技術(shù)的自主化

《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》指出，智能制造體系的關(guān)鍵技術(shù)包含智能裝備、智能工廠、智能服務(wù)、工業(yè)軟件與大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等五個部分，而核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)（即“四基”）則必須實現(xiàn)自主化發(fā)展。

智能制造的特征在于實時感知、優(yōu)化決策、動態(tài)執(zhí)行等三個方面，而航空裝備制造業(yè)對智能精密檢測元器件、柔性高效裝配工藝、裝配質(zhì)量大數(shù)據(jù)管控等“四基”相關(guān)技術(shù)均提出很高要求。

我國在智能檢測與裝配領(lǐng)域長期研發(fā)投入不足、應(yīng)用經(jīng)驗缺乏，導(dǎo)致相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)能力薄弱，高端產(chǎn)品裝配精度檢測的基礎(chǔ)元器件與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)絕大部分依賴國外進(jìn)口，相關(guān)產(chǎn)品裝配精度控制工藝設(shè)計、裝備集成與質(zhì)量管控等完全受制于人，嚴(yán)重制約了航空裝備等高端產(chǎn)品自主研發(fā)能力與市場競爭力提升。

以航空發(fā)動機(jī)制造為例，我國正擬研制的482℃環(huán)境下的高溫振動傳感器，可用于航空發(fā)動機(jī)地面測試及飛行狀態(tài)、熱電和核電等領(lǐng)域的裝備、航天結(jié)構(gòu)等極限服役環(huán)境下高端裝備的振動測量和監(jiān)測。該技術(shù)可打破多年來國外產(chǎn)品對航空航天等領(lǐng)域高溫振動傳感器技術(shù)的壟斷，適應(yīng)中國高端智能裝備的高速發(fā)展。基于高性能的先進(jìn)傳感器，借助新一代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對制造裝備進(jìn)行信息化改造，消除數(shù)據(jù)孤島，形成以生產(chǎn)數(shù)據(jù)促進(jìn)制造裝備，提升制造裝備互聯(lián)互通、自主決策和執(zhí)行的能力，同時以大數(shù)據(jù)分析能力，形成虛擬化制造，遠(yuǎn)程運(yùn)維的能力。

3.2實現(xiàn)智能制造體系需要足夠的高端供給

我國現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)大而全的特點，問題在于高端供給不足。智能制造所需要的高端傳感器、高精度檢測設(shè)備往往依賴進(jìn)口。以航空葉片檢測為例，我國航空工業(yè)在發(fā)動機(jī)葉片測量方面，主要依靠進(jìn)口高精密測量設(shè)備實現(xiàn)葉片高精度的測量。如何在生產(chǎn)現(xiàn)場快速測量葉片一直是困擾我國航空工業(yè)的難題。我國需要大力推進(jìn)研究葉片測量機(jī)與生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)交互協(xié)議與方法，建立葉片加工過程各個環(huán)節(jié)對葉片質(zhì)量的影響規(guī)律，根據(jù)葉片檢測及過實現(xiàn)葉片誤差的溯源，從而調(diào)整工藝參數(shù)，提高葉片加工質(zhì)量。

3.3提高高端工業(yè)部分的行業(yè)集中度

聯(lián)合國對工業(yè)體系的分類中，所有的工業(yè)總共可以分為39個工業(yè)大類，191個中類，525個小類。我國擁有上述所有工業(yè)門類，成為世界上唯一擁有全部工業(yè)門類的國家。我國現(xiàn)有工業(yè)體系大而全，不是高精尖；完整工業(yè)體系在國家安全方面的意義顯而易見，然而中低端產(chǎn)能過剩、勞動力成本上升、國際上發(fā)達(dá)工業(yè)國家紛紛提出制造業(yè)回歸本國、其他發(fā)展中國家以較低的勞動力成本將承接更多的國際業(yè)務(wù)，對我國工業(yè)體系將面臨極大的沖擊。

為了重新形成我國作為制造業(yè)大國的競爭優(yōu)勢，我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要逐漸轉(zhuǎn)向高端，必須要有足夠的高端產(chǎn)能。在高端產(chǎn)能部分，須提高行業(yè)集中度，集中資本和技術(shù)優(yōu)勢完成“四基”關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新。以南車北車的合并的為例，這一新的世界最大軌道交通設(shè)備制造商具有技術(shù)、人力和生產(chǎn)能力等優(yōu)勢。同時，中國國務(wù)院總理李克強(qiáng)的“高鐵外交”也為新集團(tuán)帶來更多的業(yè)務(wù)。

3.4先進(jìn)制造裝備是實現(xiàn)智能制造體系的重要裝備基礎(chǔ)

智能制造是傳統(tǒng)的和新一代信息技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等）在制造全生命周期的應(yīng)用。智能制造核心是制造，信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合只是重要的輔助手段。

智能數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、智能控制裝置與系統(tǒng)、傳感識別與信息采集裝置和智能物流系統(tǒng)等，能夠?qū)χ圃爝^程中運(yùn)動、功率、轉(zhuǎn)矩、能量和信息等狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并實現(xiàn)基于規(guī)則的自主決策與自適應(yīng)控制。飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵零件的加工都需要高端數(shù)控機(jī)床的參與，針對航空零部件加工過程中毛坯去除量大、刀具磨損嚴(yán)重、原材料昂貴等問題，熱變形補(bǔ)償、刀具磨損預(yù)測、防止工件干涉等技術(shù)都是先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向。數(shù)控機(jī)床的自感知技術(shù)是提高制造精度、實現(xiàn)智能制造的基本條件。

4結(jié)語

智能制造體系是價值驅(qū)動型，航空產(chǎn)業(yè)以其高價值性將成為智能制造體系落地的主陣地?；趥鞲衅髋c智能微處理器的智能制造裝備，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，從而形成智能感知與自主決策的智能車間，圍繞航空產(chǎn)品全生命周期管理而形成的智能工廠，從單機(jī)智能，生產(chǎn)智能與行業(yè)智能三個層面建立起來的智能制造體系，打通裝備、產(chǎn)品與人的界限，以制造裝備的泛在互聯(lián)為基礎(chǔ)，基于生產(chǎn)大數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)驅(qū)動型的航空制造新模式，提升制造品質(zhì)，強(qiáng)化產(chǎn)能協(xié)同，符合航空制造業(yè)對高精度、高柔性以及高可靠性的需求，必將帶來我國航空工業(yè)整體實力的大幅提升。endprint