李良琦

（中國兵器工業(yè)集團第二一○研究所，北京，100089）

0 引言

信息化戰(zhàn)爭條件下，武器裝備結(jié)構(gòu)日益復雜、對作戰(zhàn)的快速響應能力需求更加迫切，傳統(tǒng)的維修保障方式難以適應戰(zhàn)爭新要求。近年來，增材制造技術發(fā)展迅猛，對武器裝備設計、制造、維修模式產(chǎn)生重要影響，受到美國的高度重視，并將其列為未來武器裝備發(fā)展的關鍵技術，而維修保障是其重要應用方向之一。2016年，美國國防部發(fā)布了《增材制造路線圖》，面向維修與保障、部署與遠征、新部件/系統(tǒng)3大領域進行應用部署。美國參議院發(fā)布的《2017財年國防授權(quán)法案》中提出，美國防部應大力推進增材制造能力發(fā)展，以提高作戰(zhàn)維護保障的效率及可持續(xù)性。該報告也將國防部對增材制造的關注重點從研發(fā)轉(zhuǎn)移到維護保障。

2019年10月，美國防部對利用增材制造技術進行零部件維修保障情況開展了全面審查，通過對國防各部門利用增材制造技術開展武器裝備維修保障 工作的執(zhí)行情況、應用成效進行了評審，并對后續(xù)發(fā)展提出建議。

1 國防多部門協(xié)作推進增材制造部署工作

近年來，美國逐步形成從國家、國防部和各軍種層面的增材制造研發(fā)應用工作體系。在國家層面，美國設有國家科學制造中心（NCMS），負責增材制造技術的開發(fā)和技術規(guī)劃，自2015年起開始研究增材制造在裝備維護保障方面的應用。在國防部層面，設有國防部增材制造維護運營工作組（AMMO），它與工業(yè)部門合作，制定國防部綜合戰(zhàn)略愿景，推動增材制造技術的實施，為國防部裝備維修企業(yè)提供支持。在軍兵種層面，陸?？哲娨捕贾贫烁髯缘脑霾闹圃旒夹g發(fā)展路線圖和研發(fā)及部署應用計劃。

1.1 國防部長辦公室負責國防部增材制造戰(zhàn)略部署

2018年，負責采辦、技術和后勤的國防部副部長辦公室重組，分為負責研究與工程的國防部副部長（USD（R&E））和負責采辦與保障的國防部副部長（USD（A&S））。目前，負責研究與工程的國防部副部長（USD（R&E））和負責采辦與保障的國防部副部長（USD（A&S））共同主管國防部增材制造的部署實施。其中，USD（R&E）負責確保國防部增材制造投資與國防部優(yōu)先事項保持一致，并領導增材制造聯(lián)合指導小組（JAMSG）和增材制造聯(lián)合工作組（JAMWG），在整個國防部各部門中發(fā)布關于國防部增材制造工作的信息，為增材制造聯(lián)合投資戰(zhàn)略提供建議。USD（A&S）負責審查和制定與采辦相關的增材制造政策，以及監(jiān)督審查增材制造維護保障政策的實施情況，領導美國國防部增材制造維護運營工作小組。

圖1 R-FAB移動式設施

圖2 AH-64D主旋翼固定支架

1.2 各軍種積極制定各自的增材制造戰(zhàn)略計劃

陸軍裝備司令部是陸軍實施增材制造的主管部門。2018年11月，美國陸軍裝備司令部司令，陸軍負責采辦、后勤和技術的助理部長簽署了陸軍增材制造行動計劃，目的是制定總體戰(zhàn)略和框架，以集成陸軍增材制造能力，實現(xiàn)陸軍增材制造能力同步，確保和增強作戰(zhàn)部隊的能力。

負責艦隊戰(zhàn)備和后勤的海軍作戰(zhàn)部副部長主管增材制造在海軍維護保障中的部署實施。2017年5月，美國海軍研究、發(fā)展、試驗與評估助理部長辦公室，負責艦隊戰(zhàn)備與后勤的海軍作戰(zhàn)部長辦公室，以及海軍陸戰(zhàn)隊裝備與后勤司令部等多個部門發(fā)布了《海軍增材制造實施計劃（2.0版）》，明確將提高戰(zhàn)備和作戰(zhàn)能力作為實施增材制造的目標。

空軍生命周期管理中心產(chǎn)品支持工程部是空軍實施增材制造的主管部門。該部門在2016年10月制定了戰(zhàn)略計劃，提出將采用標準流程和設備部署增材制造?？哲妼ξ磥淼脑妇笆悄軌螂S時隨地、利用各種設備按需生產(chǎn)零部件。

美國海軍陸戰(zhàn)隊負責設施與后勤事務的副司令辦公室主管海軍陸戰(zhàn)隊增材制造的部署實施。該辦公室發(fā)布了實施增材制造的指南和政策，并于2018年1月提出將增材制造部署到整個海軍陸戰(zhàn)隊中。海軍陸戰(zhàn)隊系統(tǒng)司令部負責跟蹤和記錄使用增材制造生產(chǎn)的設備和物品，并建立數(shù)字資源庫，使海軍陸戰(zhàn)隊可以共享他們的增材制造信息。

1.3 國防后勤局為美軍各部門提供支持

國防后勤局計劃使用增材制造來解決與老舊部件維修相關的采辦問題，并致力于增材制造數(shù)據(jù)的存儲，及其在軍方各單位間的共享。國防后勤局后勤作戰(zhàn)部門制定了相關的政策和規(guī)程，定義了供應鏈的運行，并對國防后勤局為軍隊采購的物品進行了描述。國防后勤局還負責開發(fā)相應的工藝和規(guī)程，旨在將增材制造集成到供應鏈中，向國防部各部門提供增材制造技術數(shù)據(jù)以供其安全訪問、獲取及共享。

2 美軍利用增材制造技術進行維修保障取得多項成果

圖3 傳統(tǒng)工藝與增材制造的MH-60R直升機聲吶外殼對比

近年來，國防部長辦公室制定了相關政策，成立了多個工作組來協(xié)調(diào)各軍種和國防后勤局之間的工作，至少有81個軍工廠、維修基地和野外駐地采用了增材制造技術，生產(chǎn)了數(shù)千個零部件和工具（如冷卻管道、夾子、扳手等），縮短了維修時間，減輕了缺乏傳統(tǒng)制造資源對武器裝備受損部件的影響，此外還對現(xiàn)有部件進行了改進。

2.1 國防部長辦公室制定增材制造戰(zhàn)略規(guī)劃，協(xié)調(diào)各部門開展工作

自2017年以來，國防部長辦公室通過領導多個工作組，與軍方和國防后勤局就增材制造的價值和使用加強了溝通。例如，增材制造聯(lián)合工作組確定了2019財年和2020財年8個增材制造發(fā)展的優(yōu)先事項，包括數(shù)據(jù)共享、最佳實踐、解決網(wǎng)絡安全問題，以及對增材制造部件和工藝進行資格鑒定和認證等。2019年3月，負責采辦與保障的國防部副部長辦公室發(fā)布了臨時指南，明確了國防部長辦公室、軍隊和國防后勤局在國防部采用增材制造進行部件維修方面的責任。此外，負責研究與工程的國防部副部長辦公室通過與美國國家增材制造創(chuàng)新機構(gòu)（America Makes）合作，開展增材制造項目資助。

2.2 陸軍利用增材制造技術實現(xiàn)遠征戰(zhàn)地按需制造

截至2019年2月，至少有19個陸軍基地正使用增材制造補充現(xiàn)有的供應鏈，提高士兵的戰(zhàn)備能力，包括維修庫、工程指揮部和部隊。美國陸軍開發(fā)了一種名為“利用增材制造實現(xiàn)戰(zhàn)場快速制造（R-FAB）”的移動式設施（如圖1所示），通過在遠征戰(zhàn)地使用增材制造來提高士兵的戰(zhàn)備能力，快速修復受損零部件。例如，陸軍利用R-FAB設計并生產(chǎn)了AH-64D阿帕奇直升機主旋翼固定支架（如圖2所示），僅僅花費9個小時，成本為3.21美元。如不及時更換支架，AH-64D的其他部件可能會因此發(fā)生損壞，據(jù)此估算，利用增材制造技術能夠為陸軍節(jié)省大約2萬美元的成本。

圖4 增材制造生產(chǎn)的C-17飛機冷卻風道

2.3 海軍利用增材制造技術實現(xiàn)艦船上零部件生產(chǎn)

截至2019年1月，美國23個海軍基地正在使用增材制造技術提升武器裝備維護能力，這些基地包括維修庫和作戰(zhàn)中心。海軍將增材制造技術用于艦船上零部件生產(chǎn)。例如，西南艦隊戰(zhàn)備中心利用增材制造技術生產(chǎn)經(jīng)常需要更換或易損壞的昂貴零件、維修工具，以及一些難以購買或不再生產(chǎn)零件。例如，美海軍利用增材制造技術生產(chǎn)MH-60R直升機的聲吶外殼（如圖3所示），將生產(chǎn)周期由2年縮短至1周。

2.4 空軍將增材制造用于低風險零件生產(chǎn)

截 至2019年2月，至少有35個空軍基地正在使用增材制造技術，大幅度降低老舊零件的生產(chǎn)成本。這些基地包括維護庫、工程指揮部和實驗室。目前，空軍致力于將增材制造用于低風險零件（例如輔助設備、工具和武器系統(tǒng)非關鍵組件）的生產(chǎn)，希望以此為基礎，將增材制造應用到關鍵部件的生產(chǎn)。例如，美國空軍采用增材制造技術為C-17“環(huán)球霸王”（Globemaster）III型飛機生產(chǎn)了3個冷卻風道（如圖4所示），將交貨周期縮短9個月，并有望在20年的服役周期內(nèi)節(jié)省1200萬美元。

2.5 海軍陸戰(zhàn)隊部署增材制造遠征實驗室

美國海軍陸戰(zhàn)隊正在維修站和遠征部隊使用增材制造技術，以縮短零件維修的時間，滿足戰(zhàn)場需求。2019年2月，海軍陸戰(zhàn)隊遠征部隊宣布，到2024年將部署21個增材制造遠征實驗室（如圖5所示），用于作戰(zhàn)受損裝備的修復。通過采用增材制造技術，海軍陸戰(zhàn)隊提高了戰(zhàn)備能力，大幅降低了生產(chǎn)成本。例如，海軍陸戰(zhàn)隊采用增材制造技術生產(chǎn)H-1直升機頭盔面罩支架（如圖6所示），將生產(chǎn)周期從270天縮短至10天，每個支架的成本從300美元降至0.75美元。

2.6 國防后勤局為各軍事部門部署增材制造提供支持

國防后勤局為各軍事部門部署增材制造提供支持。一是開發(fā)可判斷增材制造零件適用性的軟件，該軟件包含材料類型、尺寸、生產(chǎn)準備時間和歷史成本等數(shù)據(jù)元素，可針對每個軍事部門的需求進行查詢，并識別滿足特定條件的候選部件；二是與America Makes合作開發(fā)了“聯(lián)合增材制造模型轉(zhuǎn)換（JAMMEX）”平臺，可實現(xiàn)各軍事部門和國防后勤局之間的增材制造零件數(shù)據(jù)共享；三是國防后勤局部隊支援中心為25個軍事地點采購了增材制造設備和材料。

3 美國防部對未來發(fā)展的建議

目前，美軍各軍種和國防后勤局均采用各自的規(guī)劃和系統(tǒng)來部署增材制造，因此存在著跟蹤數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、各部門數(shù)據(jù)不共享，以及人員和資金不明確等問題，難以全面發(fā)揮國防部增材制造能力。通過全面審查，國防部提出了目前存在的問題及未來對策建議。

圖5 增材制造遠征實驗室

圖6 H-1直升機頭盔面罩支架

3.1 實現(xiàn)技術數(shù)據(jù)、投資情況以及零部件編目的標準化

目前，國防部沒有對增材制造產(chǎn)品、增材制造設備，以及增材制造投資等方面的跟蹤數(shù)據(jù)提出標準化要求。例如，各軍種在跟蹤使用增材制造生產(chǎn)的零件時，所包含的數(shù)據(jù)元素不一致，對于各部門應該在增材制造技術數(shù)據(jù)包中識別的數(shù)據(jù)元素也缺乏相應的指南。在跟蹤增材制造設備方面，美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊對所有購買的所有增材制造設備進行跟蹤，而空軍則要求各單位只跟蹤價格超過10萬美元的增材制造設備。在跟蹤增材制造投資情況方面，增材制造聯(lián)合指導小組要求軍事部門和國防后勤局報告每年在增材制造上的花費，但沒有指出哪些信息（比如研發(fā)、培訓、人員、設備或材料）應包括在支出中。在進行增材制造零部件編目時，海軍航空系統(tǒng)司令部（NAVAIR）在傳統(tǒng)制造的零部件編目基礎上補充增材制造信息，而空軍生命周期管理中心正在為使用增材制造生產(chǎn)的部件創(chuàng)建新的編號。

3.2 實現(xiàn)增材制造數(shù)據(jù)的共享

實現(xiàn)增材制造數(shù)據(jù)的共享能夠消除設計和生產(chǎn)增材制造零部件時的重復工作。目前，各軍事部門采用多種方式存儲數(shù)據(jù)，如：海軍使用JTDI平臺等跟蹤生產(chǎn)增材制造零件，而空軍則采用Excel電子表格和Access數(shù)據(jù)庫進行跟蹤。此外，由于相關信息在軍事部門之間及其內(nèi)部不共享，可能導致在設計生產(chǎn)增材制造零件時重復工作，因此浪費了時間和金錢。例如，空軍和海軍都在利用增材制造技術生產(chǎn)C-130大力神飛機（C130）的零件和工具。由于設計、材料類型，以及其他技術數(shù)據(jù)不共享，兩軍都在從事同一零件的設計和開發(fā)工作。

3.3 提升各環(huán)節(jié)人員對增材制造的認識

國防部還需要通過培訓或指導的方式，提高采辦、合同簽訂、后勤等各環(huán)節(jié)人員對增材制造的理解認識。國防部臨時增材制造政策要求將增材制造納入采辦與維護保障人員的勞動力培訓中，該政策還要求各軍為參與制造的人員進行相應的增材制造培訓。海軍正在起草一份增材制造合同和采辦指南，如果獲得國防部采用，將對合同簽訂和采辦人員有所幫助。同時，國防部長辦公室應將有關增材制造的最新資訊通知各軍事部門和國防后勤局項目官員、后勤人員、承包商和國防部高級管理人員，并要求各軍種和國防后勤局不斷更新其增材制造指南。

3.4 明確所需的人員和資金支持。

目前，每個軍事部門分別實施了增材制造計劃，但各部門尚未明確所需的資金和人員。例如，陸軍正在實施5項增材制造發(fā)展計劃，要求11個陸軍部門的13個工作組參與，但陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部并不清楚陸軍對這些工作的成本預算。海軍海上系統(tǒng)司令部（NAVSEA）、空軍生命周期裝備司令部、海軍陸戰(zhàn)隊后勤司令部和國防后勤局官員表示，每個增材制造候選零件在生產(chǎn)之前都需要獲得工程師的批準，以確保零件符合軍用規(guī)范，因此國防部需要更多的工程師來滿足增材制造零件的預期需求。

4 結(jié)語

近年來，軍事發(fā)達國家采取多種舉措推動增材制造技術的發(fā)展，旨在利用該技術縮短武器裝備研制周期、降低研制成本、提高裝備性能、改進后勤保障模式。此次審查可以看出，美國非常重視對增材制造技術的政策支持及統(tǒng)籌布局，正按照路線圖的短、中、長期發(fā)展規(guī)劃一步步推動其實施。從戰(zhàn)略層面來看，美國將增材制造技術用于武器裝備維修保障作為發(fā)展的重點，并開展全面審查，與國防部增材制造發(fā)展路線圖及其重點技術領域的統(tǒng)籌布局保持一致，也是其在軍事領域首個重點發(fā)展的應用方向。從管理層面來看，美國防部注重部門間的分工協(xié)作，以確保形成合力，滿足武器裝備發(fā)展需求，建立新的后勤供應和裝備維修模式，并且采用公私合作的方式，借用私營部門的力量，全面推動增材制造技術的發(fā)展。從審查效果來看，美國防部總結(jié)了近幾年增材制造技術在維修保障中應用成果，提出了在數(shù)據(jù)標準化、基礎設施建設等方面暴露出的問題以及相關建議，為進一步拓展增材制造技術在武器裝備維護保障中的應用范圍，滿足作戰(zhàn)人員的戰(zhàn)備需求提供了改進方向。