航空先进制造技术与制造装备的发展与思考

　　[摘要]随着现代科学技术的发展，航空制造业也发生了巨大的变化。为满足现代航空业发展的需求，先进制造技术得以广泛的应用和发展。先进制造技术不断创新和发展，使得航空业的产品具备高性能、高轻型、高可靠性、高舒适型及长寿命和低成本，成为发展主流。基于此，本文主要对航空先进制造技术与制造装备的发展进行分析与探讨。

　　[关键词]航空先进制造技术；制造装备；发展；思考

　　中图分类号：V261文献标识码：A文章编号：1009-914X（2017）46-0182-01

　　1、前言

　　高度发达的航空制造技术，已经成为衡量一个国家综合经济实力与科技发展水平的重要标志。上世纪中期以来，随着以机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统为基础的先进制造业（AdvancedManufacturingTechnology）的空前發展；新技术、新工艺、新产品竞相问世，航空工业制造技术与制造装备的发展水平和规模，近年来处于整个制造业的前沿，起着领航和导向的作用。

　　2、先进航空制造技术与制造装备的应用

　　航空先进制造技术是传统制造技术与微电子、计算机、自动控制等高新技术相融合，集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、管理学等新成就于一身的新兴制造技术，产品主要向高性能、高轻型、高可靠性、高舒适型、高安全性以及长寿命和低成本的方向发展和革新。

　　近年来，国内先进航空制造技术的发展，主要体现在以下3个领域：复合材料加工、电子元器件设计与安装和新型金属加工成型技术。复合材料领域，如可大幅度降低涡轮发动机净质量和燃料消耗的高温陶瓷基复合材料，轻型航空结构复合材料，具有弹道防护功能的复杂几何形状的制造加工技术。电子元器件设计与安装领域，诸如宽禁带与碳化硅装置、锂电池、MEMS的先进封装与加工技术。金属加工成型领域，诸如材料的加工、铸造、锻造以及连接技术，包括飞行器的轻质薄壁件的加工成型与高强度钛合金、高温合金等的制造工艺技术。现代精密电子元器件设计与机械加工中，对精度要求极高，如飞机陀螺仪中的精密轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等，均需达到纳米级别。要缩短航空产品的研制周期、提高产品的设计品质、降低产品装备的全生命周期成本和提高产品研制的经济可承受性，全过程信息化与数字化技术是一个有效的解决途径。

　　航空产品十分复杂，存在着机、电、液、气、热、控等多领域耦合，在设计时需要对其功能、结构、性能、装配提供统一的建模机制；并在模型的基础上，针对实际产品的特征和需求，用多学科解耦体系和优化技术，获得高精度、高性能和高性价比的产品设计模型。采用虚拟样机技术、数字化工艺技术与虚拟和柔性装配技术，对航空产品进行虚拟环境下的装配生产和品质评估，不仅可以缩短产品的研制周期，而且还能为航空产品的高品质装配、批量化生产、使用与维护提供有效的保证。航空产业的快速发展，离不开先进的航空制造技术，如在航空发动机、飞机驾驶舱薄壁舱壳、机载相控布阵雷达天线等复杂仪表结构件的制造过程中所采用的超高速精密加工机床，其主轴转速达到6万r/min甚至更高，功率50kW，加工精度可达到纳米级别。

　　航空材料构件的服役环境极端苛刻，对材料性能的要求极高，如输油管道中的精微齿轮轴承及钛合金阀门、涡轮发动机中的涡轮叶片与涡轮盘、飞行员座椅弹射器中的弹触器等关键部件，要保证其高性能及高稳定性，必须经过先进的精密化学热处理工艺或精密真空热处理工艺，才能满足使用要求。针对特殊材料（如特软、特硬、脆、耐磨、难切削）、特殊形状尺寸（特大、特小、特薄、特复杂）或其它特殊条件约束下使用的工件，航空制造业先后发展了电火花加工、电化学加工、高能束加工、超声波加工、液体喷射加工、化学加工与复合加工等特种加工技术。

　　3、航空领域制造技术及装备发展趋势

　　3.1数控加工工艺转向智能加工工艺的实现

　　传统数字化加工过程是根据设计模型和工艺要求确定加工工艺及程序，基于空间和时间的确定性关系来完成产品制造，加工状态是依靠人员监控、事后检测来确认的，难以实时掌握加工过程中工况变化并及时调整，导致航空产品零部件质量一致性不稳定、表面质量状态波动大。智能加工工艺将形成一种实时优化调整模式，制造过程中增加对加工过程、时变工况的在线监测，利用智能化技术对获取的加工过程状态信息进行实时分析、评估和决策，实现对加工过程的自主学习和决策控制；通过自主学习形成工艺知识库，支持工艺设计与程序设计过程，实现工件加工工艺的自主决策设计和优化。

　　3.2传统数控装备向智能装备及智能制造单元转变

　　传统数控装备是按确定的空间关系和程序逻辑运转的，随着数控系统计算处理能力的不断提升和功能部件不断发展完善，数控装备的加工效率、稳定性、灵活性及信息处理能力有了极大的提高，基于工况的自主处理能力日趋增强。航空制造领域的智能装备及智能制造单元主要包括智能机床、智能机器人、智能控制装置与系统、传感识别与信息采集装置和智能物流系统等，能够对制造过程中运动、功率、转矩、能量和信息等状态进行实时监测，并实现基于规则的自主决策与自适应控制。

　　3.3智能制造系统将是航空先进制造技术的具体体现

　　航空产品制造包含一系列工艺过程和工序过程，原材料进入由工艺装备、经过不同的工序或工艺处理等集成控制系统、物流系统和工作人员等组成的全价值链制造系统，形成符合设计要求的产品。以数字化技术为基础，以集成控制技术为核心，引入智能处理决策功能，构建出基于智能化装备、智能化工艺、传感网络、智能决策处理系统及人机互联的智能化制造系统，使制造智能由个体智能跨越到整体智能，提升大数据量、高自动化环境下人们对制造数据、加工状态和调整决策的掌控能力依据航空产品类型和主体制造工艺不同，智能制造系统范畴而有所差异，可分为切削加工、钣金成形、复合材料构件制造和整机装配等不同类型，但他们均应具备智能化工艺设计与优化、工艺装备功能数据、制造数据、产品测量数据的采集与知识库的建立、数据分析与信息流的配置、传感网络与实时处理、智能化运行管控与在线学习和工艺流程优化等基本能力。

　　3.4纳米制造及仿生制造技术

　　随着我国未来国防战略对战机作战性能要求的不断提高，诸如隐身功能、超音速巡航、高机动性等，纳米制造技术作为纳米技术开发的重点之一，融合了其它各种“学科”的关键技术，可用于发动机中的单晶高温叶片、复合结构隐身材料的涂层以及机载微电子芯片等关键航空部件的生产过程。仿生技术主要应用于飞机的整体结构设计，模仿生物形态、结构和飞行控制原理设计制造出功能更突出、效率更集中，并具有高度仿生形貌特征的航空飞行器。

　　4、结语

　　当前我国航空先进制造技术与国外相比，还存在着基础薄弱、设计研发手段滞后、自主创新能力不强以及产品研发与生产过程严重脱节等差距。航空先进制造技术不是一门具体的、单一的科学技术，而是一个集成的、多学科的、综合程度较高的一门技术，其发展需要一个相当长的时间进行理论完善和技术进步，需要我们不断地借鉴国外的先进技术，进一步细化、完善和学习，以提高我国的航空制造技术和生产管理经验。

　　参考文献 

　　[1] 杨卫民.高分子材料先进制造的微积分思想[J].中国塑料，2010，7（24）：1-6. 

　　[2] 郭恩明.航空先进制造技术发展趋势[J].航空制造技术，2007（Z1） 

　　[3] 高青.性制造技术的发展现状及趋势研究[J].太原科技，2008（7）.

    作者：刘剑超