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初始发布:2024-09-12 最新更新:2024-09-12
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一个世纪的飞机梦,起飞了
一个世纪的飞机梦,起飞了。
12月9日,一架航班号为MU919的大飞机在上海浦东机场——虹桥机场“首秀”飞行。这是一个值得中国人纪念的日子——中国自行研制、具有自主知识产权的大飞机的商用交付,将有机会撬动波音、空客所主导的全球航空业格局。
对于中国人来说,国产大飞机的启航,实属不易。
中国人的大飞机梦由来已久。
1915年,麻省理工学院开设了第一期航空工程硕士,中国的留学生立马涌了上来,成为这个领域的主力军。当时一个技术杂志打趣:中国人够胆,但也挺蠢的,真以为什么都能学到。
“学”是中国人制造大飞机早期的“精髓”。
中国航空工业创建之初,就开始谋划发展航空科研事业。经过早前几年时间的研究与酝酿,在首批建立航空材料研究所、航空工艺研究所和飞行试验研究所的同时,着手设立产品设计室。
1956年,国家设立了飞机设计室、发动机设计室;次年又设立了第一个航空仪表设计室。三个设计室创建之后,就开始进行飞机与航空发动机、航空仪表自行设计的积极探索。这三个设计室的组建,标志着新中国航空工业开始探索自行设计之路。
两年的时间,他们完成了歼教-1飞机、喷发1A发动机、自动驾驶仪等一批飞机、发动机和机载设备的自行设计。歼教-1于1958年7月26日首飞成功、标志着中国航空工业迈上自主研制的新台阶。但是,要自主研制民用航空飞机,还受限于当时的条件。彼时,工业刚刚起步,缺少资金和高新技术,当飞机设计图纸派到工厂时,人们发现制造过程之艰难,远超想象。
中国人能否拥有具备自主知识产权的大飞机?如果当时问这个问题,你可能会得到两个不同的答案。有人认为,造飞机最好的办法就是“抄图纸”,其好处显而易见,时间段,见效快,只要有可供模仿的“原准机”,就可以早出仿制品;当然,也有人认为,以“以某种机为原准”只是为了图眼前事,长远去看,中国人应该拥有自主设计的大飞机。
直到1968年,国家提出自主研制“大型喷气式客机”的提议。1970年8月,三机部(航空工业部的前身)与上海联合研发“运10”大飞机,代号为“708工程”。在“运10”研制过程中,研发团队首次按照国际适航标准,翻译了数百万字的民用飞机设计规范。
1975年,“运10”设计图纸完成,设计最大起飞重量110吨,最大航程8000公里,客舱根据不同布局可分别载客124、149、178人。
1980年,整个项目以仅投入3.2亿元的代价宣告完成。“运10”首飞成功,标志着中国在“大飞机”领域实现了“零的突破”。试飞时,“运10”飞跃了青藏高原的“死亡航线”。
“运10”的研制采用了近百项新材料,一百多项新标准、新工艺,机身国产化率100%,机电和机械系统国产化率超过96%。
试飞后发现,“运10”还有很多问题需要改进,不仅需要资金投入,还需要有坚实的工业基础。由于中国工业发展起步晚、底子薄,国内缺乏能够加工机身大梁所必需的巨型模锻液压机,“运10”被搁置下来。尽管如此,但这仍为日后大飞机的研制打下了坚实的基础。
此后的一段时间,中国航空业与外资合作,引进了MD—82客机进行组装。当时的思路是提高技术水平后再行研制。在与外资合作期间,最终因为巨额的技术转让费,不了了之。
没有自主研发的核心技术,中国只能发展低附加值的航空工业,整个产业也会沦为外国公司的代工厂和加工商。
事实也是如此,在波音跃入“大飞机”时代后,半导体、计算机等技术的发展一日千里。波音、空客两大巨头将高附加值的创新业务部门,牢牢控在自己手里。在这样的背景下,全球航空产业的垂直分工趋势越发明显。
2004年,科技部开始组织讨论重新上马大飞机项目。时隔二十年,中国的大飞机重新走上了自主创新之路;2007年,中国重启大飞机项目。2009年1月6日,正式发布了首个单通道常规布局150座级大型客机机型,代号“COMAC919”,简称“C919”。
自主研发并实现国产化,对中国航空工业的整体发展能起到极大的带动作用。为此,国家制定了明确的总体规划和蓝图,助力大飞机核心技术攻关。
飞机无法像地面运输工具那样便于停靠维修,因此,对零部件和材料的要求非常高,不仅稳定性极强,还能承受极高温和极低温的快速变换冲击,具有很好的抗电磁性,可有效避免电磁信号的干扰。
经过长期的投入和研发,中国在航空航天材料方面取得了重大突破:第一次大范围使用了第三代铝锂合金,第一次在主承力结构、高温区、增压区使用了复合材料,成为世界上第一个突破飞机钛合金大型主承力结构件激光增材制造技术,并实现了装机工程应用的国家。
公开数据显示,C919大飞机机体结构中使用了大量的新材料。近十年来,随着技术的突破和产品的国产化,加上合资办厂等方式,大飞机国产化率已达到约60%。
诸多新技术的应用,提高了大飞机的使用效能,与国外已运营的同类型飞机相比,C919具备了后发优势。
作为高端制造的代表,大飞机的制造极其复杂。一架大飞机的制造,是数百万个精密零部件的“组合”。自2018年起,联想陆续以各类AR智能解决方案解决大飞机制造中遇到的各类问题。
比如,联想研究院上海分院运用多年来在XR、AI技术领域的积累沉淀,结合飞机制造的专业知识,实现飞机线缆连接器装配智能辅助、功能试验智能辅助、复杂结构件和系统件的安装检查;基于人工智能技术,实现结构件安装情况检查;基于远程协助技术,研究车间设备维护远程协助功能。
以智能装配为例,在大飞机制造和装配的过程中涉及大量线缆,国产大飞机其机身中有700多线束,固定线束零件3000多种,零件总数超过15万个,需要将每一根线准确地插接在对应的孔位中。而且接线工作往往在狭小空间内进行,每个工位都需要三位工人协同工作,分别担任操作、指导、检测的角色。联想研究院基于5G和联想晨星AR头戴式设备,研发了具有连接器智能识别及毫米级空间定位技术,以及连接器及型谱图人工智能自主学习技术,构建了基于AR 及计算机视觉的端到端应用解决方案。在应用了来自联想晨星的AR智能解决方案后,80孔的连接器端接,原先三个人两个小时才能完成的工作量,现在一个人二十分钟就能完成。
此外,飞机杭电检测是飞机出厂前必须经历的一种严格的航空电子设备检查和测试,对飞机的可靠性和飞行安全至关重要。航电检测是搭载在AR平台之上,面向飞机航电检测场景下的基于AI图像检测算法研发的辅助检测系统。它能够在现场环境中以合理的方式一步步指导检测人员点按复杂的面板,无需检测人员具备足够的知识和经验,也能够快速而准确地识别屏幕信息进行效果核验,无需反复查阅资料和图像比对。此外,这套系统赋能下的现场作业,可以进行全程监管,能够在相当程度上减少人为失误。
飞机需要喷漆的零件高达数百种,在传统自动化喷涂实践中,机械臂示教和调试要花费几周时间,选择人工喷漆的话又很难保证一致性,且喷涂环境对工人的身体健康具有一定的危害性。而通过融入了AR、人工智能等技术的联想晨星工业机器人X1,就解决了此问题。X1机器人会对整个车间进行空间扫描感知,数据在边缘侧的虚拟机上实时三维建图和渲染,并通过容器化的SLAM技术,导航定位,移动至指定的喷漆间。之后,机器人的双目立体相机将操作台的工件和周边情况实时采集到边缘服务器。边缘服务器随后将3D视频流实时推送到AR眼镜。而工人通过AR眼镜和手柄远程操纵机器人同步执行喷漆,手感完全等同于亲临现场,真正实现远程环境下的自动化精准作业。
当前,中国“智造”已迈入新的阶段。过去这些年,我们见证了中国科技产业的崛起和超越,也经历了数字化从“少数人”变成今天的“大多派”。
今天,就像大飞机的装配、喷漆一样,数字化的力量正在改变着高端制造业。
* 芯流智库杨健楷亦对此文有贡献