航空先進制造技術與制造裝備的發展與思考

2024年3月28日發(作者：描寫菊花的作文)

航空先進制造技術與制造裝備的發展與

思考

摘要：隨著我國不斷發展與建設，如今各行業都已在信息技術推動下發生巨

大改變，經營和發展建設方向呈現日益多元化趨勢。尤其是航空領域更是結合了

許多先進技術，在制造和裝備上不斷升級創新，為我國航空行業做出巨大貢獻。

闡述了航空領域先進制造技術和制造裝備的發展趨勢，分析了航空先進制造技術

的典型使用案例，針對世界各國發展制造業所做準備展開討論，并提出個人見解。

關鍵詞：航空，制造技術，制造裝備

如今各國都在互聯網影響下快速發展，尤其工業、制造業以及技術密集行業

都經過改革進入新階段。美國工業互聯網、德國工業、法國智能工廠以及歐盟智

能制造系統，這些都是新時期背景下的產物。中國也提出了2025制造計劃，標

志著全世界的工業改革都已進入轉型階段，航空領域高速發展正是其充分體現。

大多數發達國家都非常重視航空制造業發展，并且每個國家都有屬于自己的發展

計劃，這也成為各國展示自己航空強國的顯著標志。

一、航空領域先進制造技術和制造裝備發展趨勢

（一）制造裝備的相關定義

現階段關于基礎制造裝備學術界尚沒有明確定義，可認為其是制造各種機器

和設備裝備的總稱。基礎制造裝備主要描述航空航天和船舶領域工業產品的加工

檢測和裝配試驗，所有過程均有專門的設備機械，并且具備相應功能。航空裝備

產品往往要求精密度高,其整個制造加工過程涉及到的環節眾多，工藝復雜。材

料加工過程，對于工藝要求較高，加工過程非常復雜；裝配成品過程，對于裝配

精度要求較高，協調過程較為復雜。基礎制造裝備還包含數控加工、表面工程、

特種加工、焊接、塑性加工、裝配以及復合材料精密性技術技工等，輔以其他工

藝裝備可以實現更加復雜的工藝流程。經過以上制造流程生產的航空產品，需要

經過層層嚴格測試和檢驗才能進行最終的合理生產。航空制造行業的基礎制造裝

備“自動化、數字化、智能化”程度通常代表著一個國家的工業化水平。航空產

品的制造加工往往呈現出技術要求高且加工難度大的挑戰。針于某些密集加工、

特殊加工需求，通常需要根據實際需求自行設計研發相關設備，實現特殊加工的

制造需求，以及實現大型或復雜復合材料結構的制造需求。除此之外，航空產品

中很多零件往往需要經過多次加工和焊接才能形成。可以看出，基礎制造裝備是

航空先進制造的重要載體，其需求度和要求都在不斷提升。

（二）航空制造技術和設備的發展趨勢

傳統的數控加工技術通常需要結合設計模型、工藝標準和操作程序，通過人

工操作，按照特定時間和關系完成生產制度。此種加工方式，需要在完成整個操

作流程形成產品后，才能對產品質量進行檢測。在此過程中，很難掌控加工過程

中可能出現的某些不確定因素，因此可能導致航空產品中某些零件存在諸多不確

定性，即產品質量無法把控。目前，數控加工的工藝方面已經向著自動智能化方

向發展，工藝技術的智能自動化使得整個生產制造模式都已發生巨大改變。整個

加工過程，完全采用數字化技術和信息系統實施全流程檢測和監控。整個加工過

程各個加工狀態均能在數字系統中自動檢查，便于工作人員實時評估和決策控制，

同時技術人員可以按照需求自行設定相關設置，進行整個生產流程的優化設計。

隨著數字化控制系統功能日益完善，傳統數控裝備也在向著智能化過渡，這使得

數控裝備的生產加工更加穩定和高效，其中數字信息處理能力非常顯著。

（三）航空智能制造系統的發展趨勢

航空智能制造系統的使用范圍非常廣泛，如智能機器人、智能機床、智能控

制系統、傳感系統、信息采集裝置以及物流系統等。智能化的制造系統可以實現

信息的快速收集與分析，有利于生產制造過程中實施動態性監控，從而輔助工作

人員進行正確的判斷與決策。此外，對于航空先進制造技術中一些工藝與工序流

程，當原材料進入裝備加工流程，采用智能制造系統對其進行不同的程序處理，

輔以人員管理，即可形成一個完整的制造鏈。立足于數字化技術和集成控制技術，

加入智能決策系統功能，可以實現人與機器的有效連接，從而實現制造過程中裝

備和工藝的智能化。即在整個制造過程中，人和自動系統都能進行有效判斷，從

而完善加工當中的決策智能掌控力。依據航空產品類型和制造工藝的差異性，對

應的智能制造系統也會有所不同，可以根據加工材料和裝備類型的差異進行靈活

選擇。具備智能化的工藝設計和優化水平，同時具備對大數據收集處理的功能，

當智能運營掌控和在線學習工藝流程達到標準水平后，航空領域的先進制造技術

以及制造裝備便能發揮出巨大優勢。

二、航空先進制造技術的使用案例分析

（一）數字化制造技術

數字化是建立在數控模型上的一種協調性技術，有著數字化制造理念和方法，

可用于生產航空產品。數字化互換協調包括三個階段：設計、加工以及裝配。數

字化制造技術包含生產線、生產車間、數控加工范圍、各種材料的焊接工藝和安

裝工藝等。沈飛公司導管生產廠按照導管數字化要求，實現了導管全面數字化

制造，縮短了飛機的制造周期，并且數字化制造的導管精度高、質量好。西飛公

司在新支線項目研制中采用數字化產品定義、數字化預裝配、產品數據管理、

工藝數字化定義、工裝數字化定義技術，實現了關鍵工裝工藝的數字化設計和主

要零件的數字化制造。數字化制造技術是確保項目研制成功的關鍵技術，是提升

整體制造技術水平，適應航空產品多品種市場需求的必然趨勢。

（二）復合材料制造技術

復合材料大型結構件、各類飛行器和大型飛機結構件的制造，現在越來越多

采用自動鋪放技術。自動鋪放技術是一種采用預浸料的自動化制造技術，包括自

動鋪帶技術和自動鋪絲技術。自動鋪帶機最早由美國Vought公司開發制造，隨

著自動鋪帶技術日趨完善，目前已發展成為帶有雙超聲切割刀和縫隙光學探測器

的十軸鋪帶機，其工作效率可達手工鋪疊的數十倍。自動鋪絲機最早由美國波音

公司開發研制，法國和德國相繼研制出六軸六絲束和七軸三絲束的自動鋪絲機。

自動鋪帶技術主要用于機翼和大型飛機機身壁板的制造，效率極高，例如美國的

B1、B2轟炸機的大型復合材料結構，F-22戰斗機機翼，波音777機翼、水平和

垂直安定面蒙皮均大量采用自動鋪帶技術。自動鋪絲技術主要用于大曲率機身和

復雜曲面成型，如四代機的雙曲翼身融合體、S形進氣道，B747、B767發動機進

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氣道整流罩試驗件，A380尾端均采用自動鋪絲技術。自動鋪放技術是發達國家工

業快速發展的顯著性標志，目前已經成為發達國家航空復合材料構件的標準先進

制造工藝。

（三）數字化柔性裝配技術

飛機數字化柔性裝配是飛機數字化制造的一個重要環節，包括飛機裝配工藝

技術、柔性裝配工裝技術、激光跟蹤測量技術、計算機數字控制技術、機器人全

閉環定位技術、移動定位平臺技術和裝配仿真控制技術等。數字化裝配技術最

早是由波音公司創設出來，其運用裝配孔的股價定位裝配技術來簡化流程，運用

柔性工裝對設備進行柔性化裝配，最后結合自動化裝配系統形成一套移動生產裝

配系統。采用柔性定位技術，可適應一定程度的零件結構變化，同時減少傳統剛

性定位方式導致的定位應力。主要的柔性檢測技術包括：激光準直儀、激光雷達

掃描儀和激光跟蹤儀等。虛擬裝配仿真技術綜合考慮了零件的幾何信息、裝配工

藝參數、工裝信息、工作指令等相關信息，可以作為飛機柔性裝配系統的數字化

支撐平臺，保證裝配的高柔性、高可靠性、高效率。數字化柔性裝配技術代表了

當今飛機制造業的發展方向，其廣泛應用將推動全球飛機制造業向模塊化、集成

化、智能化、經濟化及綠色化方向發展。

（四）特種新工藝技術

航空產品中某些零部件因為所在位置特殊、或是本身具備特殊功能，因此具

有特殊的加工工藝需求。對于難切削材料，可以采用特種加工技術進行加工處理。

該技術對于復雜構件的型腔、型面、型孔、微小孔等的加工均具有明顯優勢。對

于飛機、發動機中對焊接有特殊要求的結構件，可以采用特種焊接技術。該技術

可以實現精密微型器件的焊接，以及本身難焊接或異種金屬的焊接加工。對于航

空發動機等關鍵零部件的隔熱、防腐蝕、阻燃等特殊防護需求，可以采用特種涂

層技術實現相關功能。針對微細加工需求，通過將微細電火花、微細超聲、微細

電解加工工藝集中在一個流程中，從而形成一套特種微細加工工藝系統的方式，

滿足相關需求。特種加工工藝，滿足了航空產品中零部件的特殊加工需求，是航

空制造業中不可或缺的先進制造技術。

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三、世界各國制造業發展計劃

美國企業在工業生產中充分結合大數據，利用軟件智能化交互，使其中的系

統設施和運營都得到優化。融合互聯網之后，將大數據、云計算和物聯網與現代

制造業有機結合，使生產工業的數據收集、分析和執行都在特定網絡中實現。

2012年，美國政府提出振興制造業戰略計劃，首先用于能源、航空航天和商務領

域，以公私合營的模式開創了制造新格局。2014年，部分創新企業采用數字設計

和制造將智能機器和物理系統安全技術融入到飛機生產制造中，這也成為當時航

空領域研究的重點。2014年末，美國的生產制造業啟動了智能制造創新機構競標，

提出制造智能化需結合先進的傳感器檢測和控制儀器，與智能科技和實踐結合到

一起，提高了加工生產效率，節約了成本。德國西門子公司提出第4次工業革命，

即將虛擬網絡技術用于制造業和物流業，打造智能化工廠。中國政府2015年提

出了《中國制造2025》，將信息技術和制造業深度融合，以智能自動化為主流，

推動中國制造業發展并向強國領域過渡。目前，我國航空航天領域取得的驕人成

績，為我國建設成為工業強國打下了堅實基礎，創造了有了條件。

四、總結

目前，世界各國都在向著工業“自動化、數字化、智能化”快速發展和持續

建設，中國也在航空行業經過長期運營實現了巨大突破。未來發展仍有許多未知

挑戰，只有不斷努力才能進一步促進我國航空領域帶動國家進入強國范疇。

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