智能制造技术的发展趋势及航空领域需求

智能制造技术的发展趋势及航空领域需求

刘勋辉

陕西理工大学，陕西，西安，710089

摘  要：2015年5月，国务院印发《中国制造2025》规划，明确提出将智能制造作为制造强国战略十年行动纲领的主攻方向；航空工业领域代表了一个国家的综合国力和竞争力，而几乎整个航空装备产业链都是高端装备的范畴，传统制造技术必将无法满足未来航空制造领域的需求，智能制造技术在代表高端制造业的航空领域必将发挥重要作用。

关键词：智能制造；航空工业；中国制造2025；

1 前言

制造业是国民经济发展的支柱工业,是决定国家发展水平最基本因素之一。制造业 的发展先后经历了手工制作、 泰勒化制造、 自动化制造、 集成化制造、 并行规划设计及敏捷化制造等阶段[[1]]。十八世纪以来，第1次工业革命实现了人体能的延展；二十世纪初，第2次工业革命，制造业进入了电气时代，实现了基于劳动分工的大批生产，提升了群体协作的能力；七十年代初，电子技术和IT技术在制造业中开始得到应用，第3次工业革命实现了制造过程中准确处理能力的提升。至此，制造业的进步由释放劳动者的体能向释放脑力转变，制造业也从适应针对地区市场的少品种大批量生产的模式，开始了向适应针对全球市场的大规模定制生产模式的转变[[2]]。此次转变意义重大，航空制造产业有2个重要的特点：一，产品小批量但品种异常繁多；二，制造全球化且市场全球化。传统的制造技术只适应大批量少品种的地区化生产，在航空领域的生产中显然有较大的局限性。

过去，我国经济发展道路主要是依赖要素资源投入的粗放式道路，制造业产品附加值低。随着我国经济发展形势进入新常态，转入中速增长期，制造业面临不断增强的环境、资源等外部约束，企业制造成本不断上升，且缺乏核心竞争力，我国原本作为“世界工厂”的国际地位和优势将逐渐向制造成本更低的东南亚、南亚国家倾斜，此时粗放型的老路必然无法适应时代的要求。当前形势，对中国制造业既是挑战也是机遇，由“中国制造”向“中国创造”的转变，是我国制造业必须思考的问题。为此，经李克强总理签署，国务院于2015年5月19日正式印发《中国制造2025》规划，将其作为实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，规划中明确提出将智能制造作为主攻方向，坚持创新驱动、智能转型。智能制造是我国制造业摆脱高损耗、低效率困局，提高制造业竞争力，实现＂制造强国＂的必由之路[[3]]。

2 智能制造的概念

智能制造的概念最早出现在1988年美国一本名为《manufacturing intelligence》的书上，作者在书中设想了一种，完全没有人为控制，由机器独立完成小批量生产的过程，这个过程就是智能制造。

智能制造（IM）是智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS）的总称[[4]]。

智能制造技术是指在制造工业中，通过计算机来模拟人类的制造智能活动，对制造问题进行分析判断和决策处理，旨在解放或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承和发展。智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程、人机智能等学科相互渗透和融合的一种综合技术。

智能制造系统是通过软件和机器人等建立对人类制造技术和人类的模拟，实现机器在没有人工干预的状态下完成生产。

3 智能制造的发展趋势

智能制造是制造业未来发展趋势的代表，自从1988年智能制造概念被首次提出之后，立即引起世界各国的广泛关注和高度重视。1989年，日本提出了IMS；韩国将IMT列入了1991年其提出的“高级先进技术国家计划”；美国提出“先进制造业国家战略”“工业互联网”；德国提出“工业4.0”等等，以及我国的“中国制造2025”“互联网+制造”，其本质和核心都是智能制造。

上世纪90年代，我国也开始了智能制造相关的研究。1992年，国家自然基金委员会组织了多所高校访问新加坡，与国力新加坡大学和南洋理工学院签订了智能制造相关的5个领域的合作协议。经过二十余年的发展，我国在该方面的技术和人才得到了提升。“十二五”以来，国家对智能制造的投资和扶持力度也在加大，我国由“制造大国”向“制造强国”的转型如火如荼。

虽然现阶段，由于我国与发达国家相比，智能制造技术起步较晚，注入机器人技术、人工智能技术尚存在一定差距，但在未来一段时间，在国内大量的市场需求和国家的大力推进下，将会有越来越多的人才和企业被吸引到智能制造技术中，实现对发达国家的追赶甚至超车也有可期。

4 航空领域的需求

我国航空工业在新中国成立之后，得到了长足的发展，航空制造水平已较为先进，但与老牌航空强国美俄相比仍有较大差距，缺乏核心竞争力，市场机制仍不完善，航空发动机等技术仍受制于国外。航空工业下游的整机装配制造在很大程度上受制于产业链上游的零部件制造产业的发展水平。其中航空铝材、钛合金、钢材等金属材料的加工装备——数控机床，由于国产装备长期无法满足航空制造的需要，仍然依赖国外进口。各种航空金属零部件，整体批量较小，品类繁多，研制周期长，仅适用于大批量小品类简单产品制造的传统制造技术，在航空制造领域必然水土不服。

在国务院提出的“中国制造2025”战略中，要求重点发展的10个领域，其中就包含了航空航天装备领域。同时，战略还明确指出将智能制造作为主攻方向。旨在通过智能制造发展在航空领域的应用，解决航空工业由于整体智能化水平不高所带来的质量和效率较低的问题，降低由于整体规模相对较小带来的成本问题[[5]]；

航空金属零部件的制造中，数控机床是主要装备。航空零部件结构复杂，材料去除量大，精度和质量要求高，工艺繁复，且原材料往往加工难度大。具有数控加工状态和加工参数实时监控记录和分析能力的智能制造装备和DNC技术，可以有效地解决上述难点带来的质量问题和效率问题，在数控加工过程中实现局部的智能化和机器自主化。

而在航空领域产品的制造中，传统制造技术难以解决的更大的一个问题就是设备的利用率和管理的精益化。传统制造生产线中，所有设备是刚性的，由于产品的种类繁多，生产安排非常依赖人工的安排和干预，具有较大的不确定性，设备的利用率极低。智能制造的生产线架构中，采用柔性自动化生产的方式，生产线的管控层、运行层和资源层无缝协作，可以使设备的利用率大大提升，零部件的状态与位置实时可查，用户的要求得到更好的满足，制造的可靠性和效率也随之提升，同时解放大量的管理成本和脑力劳动。

全数字化设计、制造、装配及后期维护技术在航空智能制造中也是关键的技术。全数字化三维的设计，不仅使飞机在零件制造和部件、整机装配中的自动化和智能化成为可能，而且在零部件的制造过程中的试验仿真和制造完成后的质量控制也得以智能化。飞机在产品全生命周期中得到有效的管理和控制。此外，全数字化管理在航空工业军民融合的推进中也将发挥巨大的作用。

5 结束语

本文介绍了智能制造的发展趋势以及智能制造在航空制造工业中的广阔前景。智能制造和航空制造，一个是第四次工业革命的标志，国内外尚在探索和发展阶段的新技术，一个是亟待升级转型的高端传统制造行业。在中国制造2025的战略下，在市场和技术的要求下，两者必将相互融合相互推进。智能制造将会在航空领域大放异彩。

[[1]]韩权利，赵万华，丁玉成. 未来制造业模式——智能制造[J].机械工程师, 2002.

[[2]]陶永，李秋实，赵罡. 大力发展航空智能制造 支撑高端装备制造转型升级[J].制造业自动化, 2016.

[[3]]王友发. 面向智能制造的多机器人系统任务分配研究[D].南京大学, 2016.

[[4]]韩权利，赵万华，丁玉成. 未来制造业模式——智能制造[J].机械工程师, 2002.

[[5]]刘广杰，白欧. 智能制造装备对航空工业的影响[J].现代商贸工业, 2017.