美歐航天制造智能化發(fā)展分析

作者：中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院 孫紅俊

近年來，在全球新一輪科技革命和工業(yè)革命融合促動下，波音、洛馬、雷神、空客等美歐先進航天企業(yè)積極布局智能工廠，創(chuàng)新研制生產(chǎn)模式，深化機器人與增材制造裝備技術應用，推進數(shù)字孿生/數(shù)字線索、增強/虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術與航天研制生產(chǎn)緊密融合，加速航天制造業(yè)智能化升級轉型。

雷神公司智能工廠建造的“看我”微小衛(wèi)星

一、布局智能工廠，創(chuàng)新航天研制生產(chǎn)模式
洛馬、空客、雷神等軍工巨頭通過升級改造現(xiàn)有工廠設施或新建工廠等方式，布局智能工廠，推進新一代信息技術、增材制造、智能裝備等應用，創(chuàng)新衛(wèi)星、導彈等武器裝備研制生產(chǎn)模式，引領美歐航天制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。例如，洛馬于2017年8月投資3.5億美元啟動衛(wèi)星制造“門廊中心”智能工廠建設，將采用快速可重構數(shù)字化生產(chǎn)線，配備滿足ISO 8級水平的高空清潔車間，旨在形成敏捷、高效、高精度的大中小多尺度衛(wèi)星柔性制造能力，并于2018年7月完成“門廊中心”基礎建設。雷神2014年開始考慮使用導彈智能工廠發(fā)展兼具導彈與微小衛(wèi)星制造能力的智能工廠，重點投資建設了作為小衛(wèi)星工作單元的光學測試、射頻通信測試、太陽光模擬器等專業(yè)測試設施。2018年12月，雷神導彈智能工廠生產(chǎn)的“看我”（SeeMe）計劃微小衛(wèi)星成功發(fā)射。

二、推進機器人應用，提升航天制造自動化智能化水平
為滿足航天武器裝備高效研制生產(chǎn)需求，美歐先進航天企業(yè)推進機器人技術應用，并逐步擴展到航天自動化智能化裝配、增減材混合制造與檢測、太空裝配與制造等領域。

研發(fā)裝配機器人助推航天核心零部件集成。美歐先進航天企業(yè)積極研發(fā)航天核心零部件裝配機器人，旨在形成高精度自動化裝配能力，提升裝配質(zhì)量和效率。例如，泰雷茲•阿萊尼亞公司航天正建設的衛(wèi)星太陽帆板自動化裝配生產(chǎn)線，將采取機器人裝配、在線測試與檢測、增強現(xiàn)實等新技術，推進生產(chǎn)車間的人機融合，有望大幅提高生產(chǎn)效率和制造柔性。

發(fā)展兼具增減材制造能力的智能化混合制造機器人。美歐先進航天企業(yè)通過發(fā)展智能化增/減材混合制造機器人，以期實現(xiàn)先用增材制造快速自動化打印，再通過自主切削加工確保精度及質(zhì)量，加速增材制造推廣應用。例如，洛馬建成世界上首臺“多機器人增減材混合設備”，該設備由兩個機器人串行工作，具備增材制造、減材加工和工藝過程監(jiān)測、尺寸檢查、熱測量等多種功能，適用于多種材料加工，目前已通過衛(wèi)星零部件制造的驗證。

加速太空裝配與制造機器人創(chuàng)新發(fā)展。為滿足未來在太空按需制造零部件并實現(xiàn)自動化集成裝配的需求，美國諾格、麥克薩技術公司、太空制造公司等先進航天企業(yè)主持或參與了太空裝配、太空制造集成一體化機器人創(chuàng)新研究。例如，太空制造公司于2010年開始發(fā)展太空機器人太空制造裝配一體化技術，2019年3月，通過諾格的熱真空試驗設施，在地面模擬空間環(huán)境下成功完成太空機器人增材制造與裝配一體化能力地面驗證，即將開展全系統(tǒng)飛行試驗。

三、加速新興技術融合應用，提升航天制造競爭力
當前，增材制造、數(shù)字孿生/數(shù)字線索、增強/虛擬現(xiàn)實等快速融入航天制造領域，促動了航天制造模式的轉變。美歐先進航天企業(yè)推動新興技術在航天武器裝備設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、運行維護等全過程的融合應用，取得重大突破。

增材制造應用范圍逐步擴展到關鍵衛(wèi)星部件。洛馬、空客、泰雷茲•阿萊尼亞公司航天等先進航天企業(yè)采用增材制造技術制造衛(wèi)星部件，制造范圍已從簡單的小型支架逐步擴展到燃料貯箱、天線等大型和關鍵部件，原材料從鈦或鋁等金屬拓展到聚合物，使過去需要數(shù)年制造的產(chǎn)品可在數(shù)周內(nèi)完成。例如，洛馬首個增材制造衛(wèi)星部件為手掌大小的鈦波導支架，后續(xù)制造了“先進極高頻”通信衛(wèi)星用鋁制航電線路盒，2018年7月使用其最大的電子束增材制造設備，制造的直徑1.17米的衛(wèi)星燃料貯箱鈦合金封頭完成最后一輪測試，創(chuàng)增材制造太空部件尺寸新紀錄。

數(shù)字孿生/線索技術日益成為數(shù)字化能力建設重點方向。美歐先進航天企業(yè)以及達索、西門子等軟件提供商將數(shù)字孿生/線索技術視為能夠不斷創(chuàng)新并提高行業(yè)競爭力的關鍵技術，都在結合各自發(fā)展需求開發(fā)數(shù)字孿生解決方案。例如，太空探索技術公司等企業(yè)開始使用西門子數(shù)字化企業(yè)解決方案，將實體模型與數(shù)字模型的信息同步，能夠不斷創(chuàng)新并提高行業(yè)競爭力，預計可使運載火箭研發(fā)成本降低一半。

增強/虛擬現(xiàn)實技術日益融入航天研制生產(chǎn)全過程。美歐先進航天企業(yè)將增強/虛擬現(xiàn)實技術融入設計、生產(chǎn)、維修等研制生產(chǎn)全過程，顯著提升了生產(chǎn)線檢測設計和制造效率，降低缺陷率，促進航天裝備研制生產(chǎn)能力的提升。例如，洛馬2017年4月在衛(wèi)星生產(chǎn)線中利用增強/虛擬現(xiàn)實工具，在航天產(chǎn)品進入生產(chǎn)線之前發(fā)現(xiàn)并糾正工程失誤，預計每年節(jié)省成本約1000萬美元；2018年，宣布正使用增強現(xiàn)實頭戴設備和軟件縮短了解航天器制造工藝過程的時間，并強調(diào)增強現(xiàn)實設施已成為數(shù)字化基礎設施的重要組成部分。

轉自：星際智匯（space_707）