航空先进制造技术与制造装备的发展与思考

2024年3月28日发(作者：描写菊花的作文)

航空先进制造技术与制造装备的发展与

思考

摘要：随着我国不断发展与建设，如今各行业都已在信息技术推动下发生巨

大改变，经营和发展建设方向呈现日益多元化趋势。尤其是航空领域更是结合了

许多先进技术，在制造和装备上不断升级创新，为我国航空行业做出巨大贡献。

阐述了航空领域先进制造技术和制造装备的发展趋势，分析了航空先进制造技术

的典型使用案例，针对世界各国发展制造业所做准备展开讨论，并提出个人见解。

关键词：航空，制造技术，制造装备

如今各国都在互联网影响下快速发展，尤其工业、制造业以及技术密集行业

都经过改革进入新阶段。美国工业互联网、德国工业、法国智能工厂以及欧盟智

能制造系统，这些都是新时期背景下的产物。中国也提出了2025制造计划，标

志着全世界的工业改革都已进入转型阶段，航空领域高速发展正是其充分体现。

大多数发达国家都非常重视航空制造业发展，并且每个国家都有属于自己的发展

计划，这也成为各国展示自己航空强国的显著标志。

一、航空领域先进制造技术和制造装备发展趋势

（一）制造装备的相关定义

现阶段关于基础制造装备学术界尚没有明确定义，可认为其是制造各种机器

和设备装备的总称。基础制造装备主要描述航空航天和船舶领域工业产品的加工

检测和装配试验，所有过程均有专门的设备机械，并且具备相应功能。航空装备

产品往往要求精密度高,其整个制造加工过程涉及到的环节众多，工艺复杂。材

料加工过程，对于工艺要求较高，加工过程非常复杂；装配成品过程，对于装配

精度要求较高，协调过程较为复杂。基础制造装备还包含数控加工、表面工程、

特种加工、焊接、塑性加工、装配以及复合材料精密性技术技工等，辅以其他工

艺装备可以实现更加复杂的工艺流程。经过以上制造流程生产的航空产品，需要

经过层层严格测试和检验才能进行最终的合理生产。航空制造行业的基础制造装

备“自动化、数字化、智能化”程度通常代表着一个国家的工业化水平。航空产

品的制造加工往往呈现出技术要求高且加工难度大的挑战。针于某些密集加工、

特殊加工需求，通常需要根据实际需求自行设计研发相关设备，实现特殊加工的

制造需求，以及实现大型或复杂复合材料结构的制造需求。除此之外，航空产品

中很多零件往往需要经过多次加工和焊接才能形成。可以看出，基础制造装备是

航空先进制造的重要载体，其需求度和要求都在不断提升。

（二）航空制造技术和设备的发展趋势

传统的数控加工技术通常需要结合设计模型、工艺标准和操作程序，通过人

工操作，按照特定时间和关系完成生产制度。此种加工方式，需要在完成整个操

作流程形成产品后，才能对产品质量进行检测。在此过程中，很难掌控加工过程

中可能出现的某些不确定因素，因此可能导致航空产品中某些零件存在诸多不确

定性，即产品质量无法把控。目前，数控加工的工艺方面已经向着自动智能化方

向发展，工艺技术的智能自动化使得整个生产制造模式都已发生巨大改变。整个

加工过程，完全采用数字化技术和信息系统实施全流程检测和监控。整个加工过

程各个加工状态均能在数字系统中自动检查，便于工作人员实时评估和决策控制，

同时技术人员可以按照需求自行设定相关设置，进行整个生产流程的优化设计。

随着数字化控制系统功能日益完善，传统数控装备也在向着智能化过渡，这使得

数控装备的生产加工更加稳定和高效，其中数字信息处理能力非常显著。

（三）航空智能制造系统的发展趋势

航空智能制造系统的使用范围非常广泛，如智能机器人、智能机床、智能控

制系统、传感系统、信息采集装置以及物流系统等。智能化的制造系统可以实现

信息的快速收集与分析，有利于生产制造过程中实施动态性监控，从而辅助工作

人员进行正确的判断与决策。此外，对于航空先进制造技术中一些工艺与工序流

程，当原材料进入装备加工流程，采用智能制造系统对其进行不同的程序处理，

辅以人员管理，即可形成一个完整的制造链。立足于数字化技术和集成控制技术，

加入智能决策系统功能，可以实现人与机器的有效连接，从而实现制造过程中装

备和工艺的智能化。即在整个制造过程中，人和自动系统都能进行有效判断，从

而完善加工当中的决策智能掌控力。依据航空产品类型和制造工艺的差异性，对

应的智能制造系统也会有所不同，可以根据加工材料和装备类型的差异进行灵活

选择。具备智能化的工艺设计和优化水平，同时具备对大数据收集处理的功能，

当智能运营掌控和在线学习工艺流程达到标准水平后，航空领域的先进制造技术

以及制造装备便能发挥出巨大优势。

二、航空先进制造技术的使用案例分析

（一）数字化制造技术

数字化是建立在数控模型上的一种协调性技术，有着数字化制造理念和方法，

可用于生产航空产品。数字化互换协调包括三个阶段：设计、加工以及装配。数

字化制造技术包含生产线、生产车间、数控加工范围、各种材料的焊接工艺和安

装工艺等。沈飞公司导管生产厂按照导管数字化要求，实现了导管全面数字化

制造，缩短了飞机的制造周期，并且数字化制造的导管精度高、质量好。西飞公

司在新支线项目研制中采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、

工艺数字化定义、工装数字化定义技术，实现了关键工装工艺的数字化设计和主

要零件的数字化制造。数字化制造技术是确保项目研制成功的关键技术，是提升

整体制造技术水平，适应航空产品多品种市场需求的必然趋势。

（二）复合材料制造技术

复合材料大型结构件、各类飞行器和大型飞机结构件的制造，现在越来越多

采用自动铺放技术。自动铺放技术是一种采用预浸料的自动化制造技术，包括自

动铺带技术和自动铺丝技术。自动铺带机最早由美国Vought公司开发制造，随

着自动铺带技术日趋完善，目前已发展成为带有双超声切割刀和缝隙光学探测器

的十轴铺带机，其工作效率可达手工铺叠的数十倍。自动铺丝机最早由美国波音

公司开发研制，法国和德国相继研制出六轴六丝束和七轴三丝束的自动铺丝机。

自动铺带技术主要用于机翼和大型飞机机身壁板的制造，效率极高，例如美国的

B1、B2轰炸机的大型复合材料结构，F-22战斗机机翼，波音777机翼、水平和

垂直安定面蒙皮均大量采用自动铺带技术。自动铺丝技术主要用于大曲率机身和

复杂曲面成型，如四代机的双曲翼身融合体、S形进气道，B747、B767发动机进

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气道整流罩试验件，A380尾端均采用自动铺丝技术。自动铺放技术是发达国家工

业快速发展的显著性标志，目前已经成为发达国家航空复合材料构件的标准先进

制造工艺。

（三）数字化柔性装配技术

飞机数字化柔性装配是飞机数字化制造的一个重要环节，包括飞机装配工艺

技术、柔性装配工装技术、激光跟踪测量技术、计算机数字控制技术、机器人全

闭环定位技术、移动定位平台技术和装配仿真控制技术等。数字化装配技术最

早是由波音公司创设出来，其运用装配孔的股价定位装配技术来简化流程，运用

柔性工装对设备进行柔性化装配，最后结合自动化装配系统形成一套移动生产装

配系统。采用柔性定位技术，可适应一定程度的零件结构变化，同时减少传统刚

性定位方式导致的定位应力。主要的柔性检测技术包括：激光准直仪、激光雷达

扫描仪和激光跟踪仪等。虚拟装配仿真技术综合考虑了零件的几何信息、装配工

艺参数、工装信息、工作指令等相关信息，可以作为飞机柔性装配系统的数字化

支撑平台，保证装配的高柔性、高可靠性、高效率。数字化柔性装配技术代表了

当今飞机制造业的发展方向，其广泛应用将推动全球飞机制造业向模块化、集成

化、智能化、经济化及绿色化方向发展。

（四）特种新工艺技术

航空产品中某些零部件因为所在位置特殊、或是本身具备特殊功能，因此具

有特殊的加工工艺需求。对于难切削材料，可以采用特种加工技术进行加工处理。

该技术对于复杂构件的型腔、型面、型孔、微小孔等的加工均具有明显优势。对

于飞机、发动机中对焊接有特殊要求的结构件，可以采用特种焊接技术。该技术

可以实现精密微型器件的焊接，以及本身难焊接或异种金属的焊接加工。对于航

空发动机等关键零部件的隔热、防腐蚀、阻燃等特殊防护需求，可以采用特种涂

层技术实现相关功能。针对微细加工需求，通过将微细电火花、微细超声、微细

电解加工工艺集中在一个流程中，从而形成一套特种微细加工工艺系统的方式，

满足相关需求。特种加工工艺，满足了航空产品中零部件的特殊加工需求，是航

空制造业中不可或缺的先进制造技术。

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三、世界各国制造业发展计划

美国企业在工业生产中充分结合大数据，利用软件智能化交互，使其中的系

统设施和运营都得到优化。融合互联网之后，将大数据、云计算和物联网与现代

制造业有机结合，使生产工业的数据收集、分析和执行都在特定网络中实现。

2012年，美国政府提出振兴制造业战略计划，首先用于能源、航空航天和商务领

域，以公私合营的模式开创了制造新格局。2014年，部分创新企业采用数字设计

和制造将智能机器和物理系统安全技术融入到飞机生产制造中，这也成为当时航

空领域研究的重点。2014年末，美国的生产制造业启动了智能制造创新机构竞标，

提出制造智能化需结合先进的传感器检测和控制仪器，与智能科技和实践结合到

一起，提高了加工生产效率，节约了成本。德国西门子公司提出第4次工业革命，

即将虚拟网络技术用于制造业和物流业，打造智能化工厂。中国政府2015年提

出了《中国制造2025》，将信息技术和制造业深度融合，以智能自动化为主流，

推动中国制造业发展并向强国领域过渡。目前，我国航空航天领域取得的骄人成

绩，为我国建设成为工业强国打下了坚实基础，创造了有了条件。

四、总结

目前，世界各国都在向着工业“自动化、数字化、智能化”快速发展和持续

建设，中国也在航空行业经过长期运营实现了巨大突破。未来发展仍有许多未知

挑战，只有不断努力才能进一步促进我国航空领域带动国家进入强国范畴。

参考文献：

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[3]肖军,李勇,李建龙.自动铺放技术在大型飞机复合材料结构件制造中的应

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[4]邹方,薛汉杰,周万勇,等.飞机数字化柔性装配关键技术及其发展[J].航

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[5]王巍,高平,柏树生.飞机数字化柔性装配技术研究[J].节

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