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美欧航天制造智能化发展分析

时间:2019-05-16 14:33 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:
作者:中国航天系统科学与工程研究院 孙红俊

      近年来,在全球新一轮科技革命和工业革命融合促动下,波音、洛马、雷神、空客等美欧先进航天企业积极布局智能工厂,创新研制生产模式,深化机器人与增材制造装备技术应用,推进数字孪生/数字线索、增强/虚拟现实等新一代信息技术与航天研制生产紧密融合,加速航天制造业智能化升级转型。
 
雷神公司智能工厂建造的“看我”微小卫星

一、布局智能工厂,创新航天研制生产模式
洛马、空客、雷神等军工巨头通过升级改造现有工厂设施或新建工厂等方式,布局智能工厂,推进新一代信息技术、增材制造、智能装备等应用,创新卫星、导弹等武器装备研制生产模式,引领美欧航天制造业创新发展。例如,洛马于2017年8月投资3.5亿美元启动卫星制造“门廊中心”智能工厂建设,将采用快速可重构数字化生产线,配备满足ISO 8级水平的高空清洁车间,旨在形成敏捷、高效、高精度的大中小多尺度卫星柔性制造能力,并于2018年7月完成“门廊中心”基础建设。雷神2014年开始考虑使用导弹智能工厂发展兼具导弹与微小卫星制造能力的智能工厂,重点投资建设了作为小卫星工作单元的光学测试、射频通信测试、太阳光模拟器等专业测试设施。2018年12月,雷神导弹智能工厂生产的“看我”(SeeMe)计划微小卫星成功发射。

二、推进机器人应用,提升航天制造自动化智能化水平
为满足航天武器装备高效研制生产需求,美欧先进航天企业推进机器人技术应用,并逐步扩展到航天自动化智能化装配、增减材混合制造与检测、太空装配与制造等领域。
 
研发装配机器人助推航天核心零部件集成。美欧先进航天企业积极研发航天核心零部件装配机器人,旨在形成高精度自动化装配能力,提升装配质量和效率。例如,泰雷兹•阿莱尼亚公司航天正建设的卫星太阳帆板自动化装配生产线,将采取机器人装配、在线测试与检测、增强现实等新技术,推进生产车间的人机融合,有望大幅提高生产效率和制造柔性。

发展兼具增减材制造能力的智能化混合制造机器人。美欧先进航天企业通过发展智能化增/减材混合制造机器人,以期实现先用增材制造快速自动化打印,再通过自主切削加工确保精度及质量,加速增材制造推广应用。例如,洛马建成世界上首台“多机器人增减材混合设备”,该设备由两个机器人串行工作,具备增材制造、减材加工和工艺过程监测、尺寸检查、热测量等多种功能,适用于多种材料加工,目前已通过卫星零部件制造的验证。

加速太空装配与制造机器人创新发展。为满足未来在太空按需制造零部件并实现自动化集成装配的需求,美国诺格、麦克萨技术公司、太空制造公司等先进航天企业主持或参与了太空装配、太空制造集成一体化机器人创新研究。例如,太空制造公司于2010年开始发展太空机器人太空制造装配一体化技术,2019年3月,通过诺格的热真空试验设施,在地面模拟空间环境下成功完成太空机器人增材制造与装配一体化能力地面验证,即将开展全系统飞行试验。

三、加速新兴技术融合应用,提升航天制造竞争力
当前,增材制造、数字孪生/数字线索、增强/虚拟现实等快速融入航天制造领域,促动了航天制造模式的转变。美欧先进航天企业推动新兴技术在航天武器装备设计研发、生产制造、运行维护等全过程的融合应用,取得重大突破。
 
增材制造应用范围逐步扩展到关键卫星部件。洛马、空客、泰雷兹•阿莱尼亚公司航天等先进航天企业采用增材制造技术制造卫星部件,制造范围已从简单的小型支架逐步扩展到燃料贮箱、天线等大型和关键部件,原材料从钛或铝等金属拓展到聚合物,使过去需要数年制造的产品可在数周内完成。例如,洛马首个增材制造卫星部件为手掌大小的钛波导支架,后续制造了“先进极高频”通信卫星用铝制航电线路盒,2018年7月使用其最大的电子束增材制造设备,制造的直径1.17米的卫星燃料贮箱钛合金封头完成最后一轮测试,创增材制造太空部件尺寸新纪录。

数字孪生/线索技术日益成为数字化能力建设重点方向。美欧先进航天企业以及达索、西门子等软件提供商将数字孪生/线索技术视为能够不断创新并提高行业竞争力的关键技术,都在结合各自发展需求开发数字孪生解决方案。例如,太空探索技术公司等企业开始使用西门子数字化企业解决方案,将实体模型与数字模型的信息同步,能够不断创新并提高行业竞争力,预计可使运载火箭研发成本降低一半。

增强/虚拟现实技术日益融入航天研制生产全过程。美欧先进航天企业将增强/虚拟现实技术融入设计、生产、维修等研制生产全过程,显著提升了生产线检测设计和制造效率,降低缺陷率,促进航天装备研制生产能力的提升。例如,洛马2017年4月在卫星生产线中利用增强/虚拟现实工具,在航天产品进入生产线之前发现并纠正工程失误,预计每年节省成本约1000万美元;2018年,宣布正使用增强现实头戴设备和软件缩短了解航天器制造工艺过程的时间,并强调增强现实设施已成为数字化基础设施的重要组成部分。

(责任编辑:中国3D打印机网)