自动化复合材料生产 应对航空航天爆发性需求
航空航天业面临未来二十年产能爆发式需求:波音空客预测需40,000架民航客机(现役约25,000架);美军研发低成本短寿命无人机蜂群;首批空中出租车预计2023年投运。这些概念均高度依赖复合材料满足航程与速度指标,将极大考验现有产业基础。
现状痛点
当前复合材料产业基于手工铺叠或自动化铺叠设备(机器利用率仅20-50%),数字化程度低,仅在资产追踪等痛点局部试点,鲜有企业构建全企业级工业4.0环境。
两大变革方向
一、复合材料自动化必须成主力:正确实施将减少资本投入与熟练工需求。
二、拥抱工业4.0获取可执行洞察:从制造装配数据中挖掘价值。
关键研究主题
- 制造科学工具
未来状态: 面向制造的设计民主化工具集,依据制造生命周期节点协同评估权衡空间。
潜在方案: 融合AI/ML、自动化、数据、分析、制造与产品。构建集仿真、3D可视化、分析、协作于一体的计算机系统,建立全制造过程虚拟表征。 - 低成本敏捷制造与加工
未来状态: 深度理解低成本工艺能力,设计受限于已识别工艺,设计周期缩减50%。生产线可快速重构应对激增需求与产品组合变化。
潜在方案: 下一代自动化。优化AFP/ATL设备应用。针对热固/热塑复杂件的机器人手工铺叠成型方案。协作机器人。可重编程/重定位集成的柔性机器人系统。 - 检测
未来状态: 非干扰在线传感器,替代适用于制造态与服役态的验证试验。
潜在方案: 从"检测"转向"测量"。需制造仿真与在线测量、服役结构仿真与测量,满足法规要求。用工业4.0工具掌握零部件/组件状态,而非仅追踪。
SME已成立复合材料自动化技术社区应对上述需求,笔者为成员之一,欢迎各界参与讨论。
自动化控制系统