我国航空复材的“工业化时代”“自动化”进程正在加速 - 广州工业自动化展

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“自动化”进程正在加速

随着复合材料、增材制造在国产民机上的应用比例越来越高，在“生产端”的体现便是引入更多自动化设备。以复材的批量生产为例，随着碳纤维复合材料零部件的尺寸、厚度不断增加，工艺上对铺贴的精度要求越来越高，而且还是不同的方向铺贴。为了确保质量、减少人为因素，从手动铺带到自动铺带/铺丝就成了行业的必然趋势。

　　以此为起点，后续如复材零部件的转运、加工、检测等工序也在向着自动化迈进。

　“数字化”是行业趋势

近日，在第八届航空材料与制造工艺国际论坛（下文简称航材论坛）上，来自波音、西门子等企业的专家重点关注了生产制造环节的自动化、数字化。

　　比如增强现实AR技术在装配上的应用，利用人工外骨骼等设备来助力人工作业、降低作业强度，通过人机交互技术来充分发挥人工和机器人/自动化设备的各自优势，通过自动化系统的仿真来提高生产效率、降低系统的故障率，通过数字化工具搭建生产标准流程，对流程仿真、模拟、验证进行量化分析并得出优化建议等。

　　数字化在航空材料领域的应用，不单单是这些制造阶段，上溯到前设计阶段也是离不开“数字化”的助力与赋能。

　　设计人员可通过数字化工具（比如有限元分析软件、辅助设计软件、工业软件等）来加强对新材料、新工艺的了解，将其优势与缺陷全方位地展现出来，进而提高开发速度、缩短开发周期、降低开发成本，助力工程师更高效地找到结构设计与材料性能上的最优解。

　　向着“数字化”的迈进，还包括与大数据、AI人工智能、机器学习等近年新兴数字技术相结合。比如面对模拟仿真工作、试验过程中产生的海量数据，通过数字技术来帮助技术人员更高效地完成对数据的整理、分析等工作。

　　不仅如此，这场席卷航空制造业的“数字化”正从设计、制造等阶段，不断外延拓展。比如在关乎一型航空产品成败的适航审定阶段，目前国外在适航审定思路上就正从传统的“一构型一检”向着数字化工具之下的模拟和分析方法转变。而随着这条“数字化”必由之路的不断延伸，它正在将设计、制造、装配、测试、适航认证、维护、改型升级等全链路环节逐步打通、融合，形成“一体化”。

　国产航空复材的“工业化时代”

　　通过论坛上专家的报告发言，我们已经了解到国产民机在复材、增材制造上的应用迈出了第一步，比如C919上复材应用比例达到了12%。但数字背后的另一个事实是这些复材的原材料都还是来自国外。所以，在未来的CR929上，中国商飞表示在使用进口原材料的同时也将使用国产材料，“将国产材料纳入到了整个研制过程中”。

　　不过，相较于国外航空复材上万吨的年产量，我国航空复材产量规模偏小，尚未进入大批量的工业化生产阶段。对此，与会相关专家都在强调，工艺性能、PCD文件（“材料生产过程控制文件”）是国产航空复材能否迈过工业化批产这一关的关键所在。否则会导致质量稳定性不佳（表现为不同批次材料成分或性能波动较大、报废率高、生产效率不高、加工成本上涨乃至是无法装机应用等）。有专家指出“一些国产航空材料获得了批准，但PCD准备上不够或是推广的不好，产品的稳定性较差”。

　　可见，一款航空复材的成功，不单单是在实验室阶段有着出色的性能参数和获得认证批复，还要看当它的“工艺性能”，在进入到批量工业化生产阶段后能否有着各批次的质量稳定，同时还兼顾了生产效率、生产成本等。

　“打造复合材料产业链”

对于我国航空制造业来说，在航材领域的目标不单单是国产航空复材的大批量工业化生产，还在于“打造复合材料产业链”，培育形成全产业链上下游的核心供应商，包含材料的供应商、原材料的供应商和工艺材料的供应商等，它们的材料要覆盖主要材料规格，质量持续达标稳定、严格遵循认证标准、具备国际竞争力。

　　这些材料既包括复材核心的T300级的碳纤维、T800级碳纤维、玻璃纤维等，也包括复材制造过程中所需的工艺材料、辅助材料等。

　　此外，还有这条产业链中尤为重要的一环——设备供应商，包括生产设备、铺贴设备、成型设备、加工设备、检测设备等。目前相关的关键性国产设备正经历从“解决有无”到“好用与否”的蜕变，而这也是制造商与国产设备供应商间的紧密协同、“双向奔赴”、不断迭代的过程。

　　展望未来，随着国产设备的“蜕变”日臻完善，国产航空复材的产量不断提升并更大范围地使用，将给国产军民机带来性能与经济性上的优势。

　道阻且长，行则将至

但这样的“国产化”之路绝非坦途，要直面前方坎坷，冲破技术迷雾，不断攻克一个个难题和挑战，不断向前不断取得新的突破。

　　这其中既包括我国民机在复材、增材制造上的应用相较于波音、空客还有不小差距，也包括技术领域与一流之间对标时，在基础理论、关键工艺技术、高端装备、核心元器件、商用软件和产业应用等多方面存在的差距与短板。

　　而这样的前路，又将是不断超越自我的求索之路，不断向前、不断拓展边界。需要我们不断增强对材料的认识、认识它的特性与缺憾，不断挖掘性能潜力，并梳理创立与之配套的一系列规范、准则、要求、标准和体系等。

　　特别是相比于业界对铝、钛等传统航空材料特性、工艺、缺陷等方面的相对全面了解，不论中外对复合材料、增材制造都还有着太多未知和迷雾，都需要大量的基础研究、更进一步的科研来“掌握它的缺陷”。由此才能最大限度地释放出新一代航空材料、制造工艺对航空技术的强大推动力。

　　放眼我国航空材料、航空制造技术的前路，是追赶、是超越、是求索、是创新，这是我国航空制造业转型升级的必由之路。前路虽“道阻且长”，但“道阻且长，行则将至；行而不辍，未来可期。”

文章来源：百家号

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