会议现场
10月20日, 2023先进航空制造技术高峰论坛在海克斯康(Hexagon)智慧产业园成功举办,本论坛由中国航空学会与中国航空航天工具协会主办,中国航空学会海克斯康专家服务站承办。论坛云集中国航空院、西北工业大学、上海飞机制造有限公司、海克斯康集团、海克斯康智研院及北京航空航天大学等众多海内外航空领域顶尖专家,以及行业用户及媒体代表共计150余人,11位演讲专家围绕先进航空制造技术分别作了大会报告,介绍相关研究成果,分享科学研究经验,并就如何加速推动航空装备研制与生产模式向数字化、网络化、智能化转变,解决航空制造关键难题,提高航空制造效率,高质量发展航空智能制造技术展开讨论。论坛旨在共同打造一个便捷的合作交流平台,共读中国航空航天发展历史,共析全球航空航天发展趋势,共解尖端航空航天工业技术,共拓航空航天发展智能化新征程。
航空强国战略提速
托起中国航空梦
党的二十大明确提出制造强国战略,建设现代化产业体系,推动新型工业化,建设中国式现代化成为伟大目标。在航空领域,大飞机C919的成功试飞和投入商运成为推动中国航空强国战略发展的助推器。党中央提出,要加快建设以实体经济为支撑的现代化产业体系,这关系到我国在未来发展和国际竞争中能否赢得战略主动。高效聚焦全球创新要素,推动产业智能化、绿色化、融合化,建设具有完整性、先进性、安全性的现代化产业体系同样成为航空强国的实质内涵。
赛迪研究院产业政策研究所所长王昊研究员表示,特别是在双循环格局下,我国经济呈现新动能、新赛道景象,目前已经确立了45个国家先进制造业产业集群,下一步要加大力度建设更多世界一流先进制造业集群,航空航天产业集群是其中重要内容之一,其中就有株洲市中小航空发动机集群。据悉全国打造航空航天制造产业集群的,除了株洲,无锡、沈阳、成都、南昌等地都有布局。
可以说,历经半个世纪翱翔梦,经过几代匠心奋斗史,中国终于扬眉吐气,成功实现从运10到C919大飞机的历史性跨越。2023年5月28日,无疑是中国航空事业值得铭记的一天,国人翘首以盼的C919飞机开始商业首航,C919首航到首都机场的“过水门”精彩瞬间让人无法忘怀。亲历大飞机C919诞生的上海飞机制造有限公司研究员王建华更是心潮澎湃,他对中国大飞机制造的曲折历史和当下取得的非凡成就喜不自禁。他动情地表示,“回首往事,中国的航空事业之路走得极其不平凡,从运10到C919,中国大飞机事业实现了的历史性跨越。喜看今朝,中国的大飞机征程还有更多的希望和收获,从永不放弃到四个坚持,中国航空事业后浪厚重,后继有人。今天,我们来回顾中国航空事业走过的路,借力,聚气,前行,蓬勃奋发。”
从第一代国家领导人布局大飞机事业到国外飞机制造商对我国飞机事业的冲击,再到ARJ21-700的成功研制出现转机,直到当前C919大飞机的自由翱翔,中国航空事业历经坎坷和沧桑,终修得正果。如今,我国已经具备了自主研制世界一流大型客机的能力和批量生产能力,民航制造业全产业链建设逐渐成熟完善。
正如王建华所言,一旦国产大飞机商业化能够实现有机运转,它所带来的好处,不光只是商业层面的,更是能发挥乘数效应,带动相关科技产业在关键技术上取得突破,真正帮助中国制造业实现转型升级。
航空制造新技术兴起
国产化空间不断提升
航空制造对新技术的应用越来越高,一方面要求结构整体化,另一方面还需要材料的轻量化,同时系统多电化和飞控智能化必不可少。因此,大幅度提升生产效率和资源综合利用率,缩短研制周期,改善飞机整体质量品质,成为我国民机制造的优先项,涉及到虚拟化制造、专业化生产、敏捷化加工、柔性化装配和透明化管理等系统工程。
飞机结构完整性对影响飞机安全使用和成本费用的机体结构强度、刚度、耐久性、损伤容限和功能等总要求极高。结构完整性是一个集科学、技术及工程为一体的问题,新技术手段的发展正为结构完整性研究注入强大动力。国内外航空结构完整性的重点研究方向包括:数字工程、裂纹扩展与寿命预测、寿命提升与维护、结构健康监测、无损检测与维修、复合材料结构完整性、先进材料与结构和全尺寸试验技术等。各项技术挑战不断引发技术革新,特别是随着人工智能、大数据、云计算等新兴技术不断涌现,以“数智融合”为典型特征的生产方式变革在提高生产效率、推动产业升级方面成效显著,成为主要工业国家竞相追逐的战略选择,数字工程(DigitalEngineering)在促进国防工业快速发展方面的作用日益受到关注。研究表明,结构完整性贯穿于飞机研制到使用全生命周期,新型飞行器研制对结构完整性提出了更多的需求和更高的要求,数字工程的发展为航空结构完整性研究注入新的活力。由于经过验证的数据是结构完整性和数字工程的基础,因此有必要加强设计、制造、验证、使用、维修等方面广泛的交流和合作,利益相关者共享模型、共享数据、共享资源,持续完善航空结构完整性评估的数字方法和工具。
表面完整性研究同样是一个重要命题,很欣喜的是,我国表面完整性研究正迈向新阶段,已经实现了大型风扇叶片的表面完整性高效铣削,也实现了压气机叶片的喷丸强化参数形性协同优化。表面完整性的未来发展展望是智能化表面完整性控制、功能表面与结构完整性一体化、结构完整性与安全性一体化。
可预测工程分析技术驱动智能数控加工成为新课题,数字化制造呈现大数据赋能、软件驱动、网络化环境的新特征,特别是产品设计驱动、加工难度剧增和数字化赋能引发新技术挑战。从发展趋势看,可预测工程分析技术应重点关注多专业联合仿真、多工序连续仿真等领域,以准确预测加工变形、表面缺陷成因。特别是数控加工工艺综合优化方法和工具解析了工件数控加工工艺、加工系统、工艺参数和切削用量之间的相互作用机理,具有较高的工程应用价值。
在大型复杂外形整体壁板成型技术方面,随着飞机更新换代对轻质、高效结构需求的牵引,我国喷丸成形技术用30年左右的时间内历经四个阶段,完成了技术上的三次跨越,实现了从技术跟随到创新引领的转变!如今,我国整体壁板喷丸成形技术研究成果已应用于大运系列、C919、 ARJ21和AG600等9型飞机的研制和生产,为我国新一代军民用飞机整体性能的提升发挥了不可替代的作用。而在蠕变时效成形技术研究方面,我国已经建立起一套针对整体壁板蠕变时效成形从零件外形精度及材料性能控制的方法体系,形成一套从材料制备、成形过程控制到形性调控的技术体系,国内首次实现网格式整体壁板蠕变时效成形,后续有望进一步扩展应用到多种机型的机翼上壁板和机身壁板,更好地满足低成本整体壁板制造和超大尺寸壁板轻量化制造的需求。
强遇冷发动机薄壁管材成型技术及本构建模是北京航空航天大学强对预冷高超声速发动机的重点研究领域,已经研制出国内首台强预冷换热器样机,技术指标达到国际先进水平。
同样在满足航空轻量化需求方面,如何提高复合材料效率至关重要,变刚度复合材料结构设计与形性制造成为关键。其中,基于3D打印与自动铺丝相结合的异形加筋变刚度复合材料制造技术成为一种选择,两种工艺的结合有效兼顾了加筋板成型质量与效率。
可以说,随着国内对航空制造技术的研究深入,我国在航空制造产业链供应链国产化提升空间有望进一步提升,并实现更高水平的自主可控。正如中国航空学会秘书长姚俊臣在致辞时表示,随着数字化和智能化技术的不断发展,航空智能制造技术正成为国内外研究的热点,如何在当今新一代信息技术与先进制造技术深度融合的时代背景下,加速推动航空装备研制与生产模式向数字化、网络化、智能化转变,发展先进航空制造能力,是航空智能制造创新发展的时代命题。
赋能航空制造
海克斯康不遗余力
如何促进航空制造效率,促进行业的数字化、网络化、智能化和高端化发展是关键之举,海克斯康航空专家Aziz先生指出,航空制造市场正面临巨大机遇,未来20年飞机制造量有望翻番,特别是研发可持续发展的飞行器对于重塑城市交通至关重要。在技术创新层面,需要实现从设计工程到生产制造、质量检测和MRO(维护、维修及运行)全过程的虚拟和真实世界的融合,特别需要在航空结构件自动化检测、机身虚拟装配、全机结构及系统动力学验证等领域实现突破,从而实现全面连接人员、技术和数据的加速创新,最终完成一次性成功交付。
因此,积极探索以质量为核心的航空智能制造成为海克斯康的重要使命,设计质量、制造质量、测量质量和数据利用成为密不可分的系统工程。海克斯康航空研究院王浩院长指出,当前制造业发展的突破方向需要在加大研发提高自主创新力、“智”造品质、数据驱动决策和数字化转型升级上发力,航空制造的核心发展方向包括设计工程、生产制造、计量检测、质量信息化、装配能力,海克斯康已经全面构建智能制造生态体系,打造了离散制造完整生命周期的数字孪生解决方案,真正实现中国梦、中国造。
作为智能制造领域以及工业测量领域的领军企业和全球领先的数字信息技术解决方案供应商,起源于中航集团直属企业的海克斯康经过近40年的发展,正全面落地“智能制造+智慧城市”的“双智”战略,积极布局“智能制造+工业互联网”大生态,通过构建智能制造生态系统,赋能行业数字化转型。为此,海克斯康不遗余力地推动以质量为核心的智能制造,将质量融入企业全流程,通过在设计工程、生产制造、计量检测领域专业的技术和经验,持续打造智能工厂智能解决方案,实现品质驱动生产力。
(1)设计工程解决方案:为客户提供例如材料、结构和动力学、声学、流体和热力,以及制造过程的仿真解决方案;
(2)生产制造解决方案:生成加工G代码,并在加工之前对加工进行模拟仿真,保证设计意图的实现,降低管理成本,提高生产效率;
(3)计量检测解决方案:根据客户的需求,提供丰富的计量产品,例如固定式测量设备、复合影像测量设备、便携式测量设备、在机测量和机床校准设备,以及相应的自动化集成解决方案;
(4)智慧质量解决方案:实现设备的互联互通、测量管理、横向和纵向的系统集成(ERP、MES、PLM等),实现质量大数据的收集和分析,并根据客户的质量体系要求进行管理,同时可以将供应商纳入到整个管理过程。
当下,中国正在迎来航空百年发展的重大机遇,围绕国防和商业领域航空大发展的蓝图,致力于从航空大国迈向航空制造的强国。随着国际航空技术的不断发展,航空工业新技术领域的需求也越来越多,同时国际环境复杂多变,对于航空制造过程关键技术的自主可控要求也越来越迫切。
面对航空行业的新技术(超音速)挑战,以及绿色环保及新市场的挑战,海克斯康在设计和加工方面已经考虑到了相应的解决方案的引入,不断加强在工艺仿真、声学、新材料研究、流体力学,以及将AI引入的分析软件方面的创新力度。
在海克斯康智慧产业园,“双智赋能中心”全面展示了海克斯康自主可控的一系列创新成果,可以看到中国航空制造业不断崛起背后的创新缩影。在航空制造领域,海克斯康推出了一系列解决方案,包括飞机结构件高效检测方案、航空锻铸件光学检测方案、叶片智能化检测单元、整体叶盘光学检测方案、飞机蒙皮自动化检测方案、航空电子影像解决方案等13个高效解决方案。海克斯康已经完全具备关键产品和关键技术的本地自主开发、生产和维护,可以很好地帮助客户实现从传统计量室走向车间现场,从单一的传感器走向多传感器柔性检测,以及从传统单一的人工检测和操作为主,走向产线的自动化集成解决方案。
海克斯康“双智赋能中心”展厅
而在质量信息化领域,新时代管理体系对质量管理在数字化、信息化、智能化方面均提出了须做到知、控、管、谋的战略规划目标。海克斯康不断强化和完善质量数据作为“数字孪生”的虚实结合中间载体,构建以全面质量管理体系为载体的数字化质量管控平台,打造了最佳的行业实践与全新一代的QMS系统解决方案。
王浩院长在接受采访时表示,中国正在迎来航空百年发展的重大机遇,海克斯康全面贯彻GloCal即“Global+Local”战略,着眼于从全球引进消化和吸收先进产品和技术,并以成立的海克斯康智能制造研究院为基石,实现关键产品技术的本地化。相信围绕中国航空工业发展的需要,我们将会提供和赋能航空客户更多、更先进的解决方案。
撰稿人:何发
责任编辑:朱晓裔
部门领导审核:李峥
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