3D打印、大數(shù)據(jù)以及航空航天等領(lǐng)域的制造趨勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）指的是不斷增長的物理對(duì)象網(wǎng)絡(luò)，這些物理對(duì)象都嵌入了傳感器，以實(shí)現(xiàn)彼此之間的連接和數(shù)據(jù)交換。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）包括工業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這些設(shè)備能夠提供極大的數(shù)據(jù)集，可通過計(jì)算分析來揭示模式，趨勢(shì)和關(guān)聯(lián)，統(tǒng)稱為大數(shù)據(jù)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案已經(jīng)改變了制造業(yè)的發(fā)展模式，第四次工業(yè)革命和工業(yè)4.0這樣的術(shù)語現(xiàn)在經(jīng)常被用來形容這種轉(zhuǎn)變。盡管許多行業(yè)已經(jīng)接受了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，但這些行業(yè)或許遠(yuǎn)沒有如航海和國防等領(lǐng)域一樣發(fā)生如此大幅度地變化，或者可以說是沒有產(chǎn)生如后者這樣令人印象深刻的結(jié)果。

根據(jù)聯(lián)合市場(chǎng)研究公司在2017年的一份報(bào)告，全球物聯(lián)網(wǎng)收入最大的一部分來自北美航空航天和國防市場(chǎng)。2016年，航空航天和國防市場(chǎng)的全球物聯(lián)網(wǎng)估值為1900萬美元，預(yù)計(jì)到2023年這一數(shù)值將達(dá)到4000萬美元，從2017年到2023年的復(fù)合年增長率（CAGR）增長率為11.8％。

該報(bào)告指出，物聯(lián)網(wǎng)傳感器和控制器的成本持續(xù)下降是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)硬件、軟件和服務(wù)越來越多被采用的主要因素。成本降低的原因包括來自互聯(lián)網(wǎng)滲透率的整體增長以及自動(dòng)化和分析需求的增長等多個(gè)方面。

在Jabil新加坡工廠生產(chǎn)的6臺(tái)惠普公司型號(hào)為4210 的3D打印機(jī)可用于大批量生產(chǎn)；圖片來源：惠普公司。

航空航天和國防市場(chǎng)的主要大型參與者，包括空中客車公司，波音公司，通用航空公司，洛克希德馬丁公司，諾斯羅普公司和UTC公司等，通過大量使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案加快并優(yōu)化了零部件的生產(chǎn)過程。這些方案包括具有預(yù)測(cè)性維護(hù)功能的傳感器和軟件；生產(chǎn)中增加使用自動(dòng)化和增材制造（AM）技術(shù)；在數(shù)字線程上運(yùn)行增強(qiáng)質(zhì)量系統(tǒng)；使用數(shù)據(jù)連接制造過程中傳統(tǒng)孤立元素的通信框架，并提供整個(gè)制造生命周期中的資產(chǎn)匯總視圖。

改變傳統(tǒng)供應(yīng)鏈
能夠提供連接式解決方案的公司在航空航天制造業(yè)中越來越受歡迎。其中一家這樣的公司——Jabil，就能夠提供設(shè)計(jì)，制造，集成，測(cè)試和供應(yīng)鏈管理等服務(wù)。

起初，Jabil公司專注于高混合，中低產(chǎn)量的產(chǎn)品。但現(xiàn)在，該公司正在利用惠普的多射流熔融3D打印機(jī)進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

自2016年公開推出多射流熔融3D打印技術(shù)以來，惠普公司已經(jīng)與航空航天和其他大批量市場(chǎng)建立了重要的合作伙伴關(guān)系。2017年，惠普和德勤聯(lián)盟宣布建立更加靈活的制造供應(yīng)鏈，并在整個(gè)制造生命周期內(nèi)優(yōu)化效率。在2018年，惠普和Jabil聯(lián)合報(bào)道稱Jabil的來自惠普公司的多射流熔融3D打印機(jī)的安裝量增加了一倍，在美國和新加坡，多射流熔融3D打印機(jī)的數(shù)量已經(jīng)由原來的6臺(tái)增長到了十多臺(tái)。

“Jabil在29個(gè)國家擁有共計(jì)100多家工廠，并一直致力于開發(fā)各種各樣的產(chǎn)品，”來自惠普3D打印公司副總裁兼客戶和市場(chǎng)開發(fā)全球主管Scott Schiller說道：“由于全球遍布足跡龐大，在制造過程中，如果需要從A點(diǎn)到B點(diǎn)，傳統(tǒng)供應(yīng)鏈則需要大量的時(shí)間，費(fèi)用和資源，因?yàn)檫@其中所涉及的距離和物理工作量都很大”。

Jabil和惠普最終達(dá)成一致看法，這個(gè)問題的理想解決方案是分布式制造。

“Jabil將分布式制造定義為能夠使產(chǎn)品更接近最終客戶的消費(fèi)點(diǎn)，”Jabil數(shù)字制造副總裁John Dulchinos說道：“分布式制造不再依賴大型集中式工廠生產(chǎn)產(chǎn)品，而是利用規(guī)模較小，地域分散的設(shè)施來改變產(chǎn)品的生產(chǎn)方式并將其交付給市場(chǎng)”。

Dulchinos和Schiller指出，分布式制造框架和快速增材制造技術(shù)的結(jié)合消除了倉庫存儲(chǔ)備件的需求。Schiller說道：“多射流3D打印技術(shù)削減了成本和時(shí)間，縮短了物流距離，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并通過重新構(gòu)想數(shù)字供應(yīng)鏈優(yōu)化了數(shù)百萬次的不同區(qū)域公司之間的互動(dòng)”。

為此，Jabil還增加了使用新的基于云技術(shù)的增材制造網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字方式集成和簡化制造流程的能力。該網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)目的是使部件能夠在偏遠(yuǎn)的位置進(jìn)行流體設(shè)計(jì)，原型制作和生產(chǎn)；另一個(gè)目的則是將生產(chǎn)工作量轉(zhuǎn)移到實(shí)時(shí)最有意義的地區(qū)和市場(chǎng)。兩者都可能成為航空航天制造供應(yīng)鏈的福音，特別是隨著更多自動(dòng)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造業(yè)的不斷發(fā)展。


提高測(cè)量和檢測(cè)能力

�？怂箍抵圃熘悄芄�司（Hexagon Manufacturing Intelligence）正在擴(kuò)大其在航空航天工業(yè)制造領(lǐng)域的驗(yàn)證和結(jié)果可追溯性工程解決方案。作為數(shù)字制造業(yè)崛起的早期貢獻(xiàn)者，海克斯康公司認(rèn)識(shí)到100％的檢測(cè)已不再足夠——如今，工程師也需要接受100％的驗(yàn)證。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，�？怂箍祵Ｗ⒂谒膫�(gè)領(lǐng)域：用于檢測(cè)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)部件復(fù)雜幾何形狀的三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）；最大機(jī)身的激光跟蹤器引導(dǎo)裝配；輕質(zhì)材料的非接觸式激光掃描以及統(tǒng)計(jì)數(shù)字連接分析和信息傳遞。

�？怂箍狄彩菙�(shù)字線程的強(qiáng)力支持者，該概念同樣是�？怂箍到衲晗奶煸诶�斯維加斯舉行的年度HxGN Live會(huì)議的核心。海克斯康公司的總裁兼首席執(zhí)行官諾伯特漢克Norbert Hanke在會(huì)議之前表示，數(shù)字制造的未來將非常依賴于數(shù)字線程，例如，預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量等。總的來說，�？怂箍狄呀�(jīng)著重教育OEM和質(zhì)量專業(yè)人士，特別是航空航天業(yè)的專業(yè)人士，了解并學(xué)習(xí)企業(yè)如何將設(shè)計(jì)，工程，生產(chǎn)和計(jì)量共同組織成一個(gè)靈活的，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)。

此外，非接觸式測(cè)量系統(tǒng)：例如自動(dòng)3D掃描和CMM尺寸檢測(cè)，已成為航空航天質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)之一。在這些方面，�？怂箍担珻reaform，尼康，F(xiàn)ARO，Jenoptik和Capture3D等公司正在不斷創(chuàng)新以滿足新的需求。

如今，更多的制造商在規(guī)范允許的情況下紛紛開始放棄用于接觸式測(cè)量系統(tǒng)的傳統(tǒng)量具或接觸探針，這是由于更好的光學(xué)元件、照相機(jī)、照明和軟件非常明顯的增加了技術(shù)的能力。

在生產(chǎn)質(zhì)量和快速性方面，非接觸式計(jì)量的優(yōu)勢(shì)更是顯而易見的。這些新型測(cè)量系統(tǒng)具有毫米級(jí)的精度和高達(dá)每秒數(shù)百萬點(diǎn)的速度，結(jié)合易用性，靈活性以及正在快速降低的經(jīng)濟(jì)成本等優(yōu)勢(shì)——這些都預(yù)示著非接觸式測(cè)量系統(tǒng)將具有更高的吞吐量和更可靠的投資回報(bào)率。

工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)
雖然，現(xiàn)在沒有人可以肯定地說，未來制造車間將會(huì)是什么樣子，對(duì)于航空航天或任何其他行業(yè)，Schiller都有一個(gè)想法。他認(rèn)為，未來的工廠將擁有可以推動(dòng)第四次工業(yè)革命的顛覆性技術(shù)：包括人工智能，先進(jìn)機(jī)器人，大數(shù)據(jù)，納米技術(shù)和3D打印技術(shù)等。Schiller還預(yù)測(cè)，工廠如果能夠通過3D打印進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，帶來的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工廠范圍。

“產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新將會(huì)得到加速，供應(yīng)鏈將有效縮短，運(yùn)營也將重新設(shè)計(jì)”，Schiller說道：“制造業(yè)將實(shí)現(xiàn)本地化，新工作崗位將不斷被創(chuàng)造出來，工人的技能也將獲得提升，新市場(chǎng)將激增，新的制造業(yè)經(jīng)濟(jì)將出現(xiàn)：工廠不再是孤立的生產(chǎn)設(shè)施，而是一個(gè)關(guān)鍵的，超連接的樞紐。一個(gè)龐大的全球數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，將制造業(yè)帶入未來”。

來源： 理化檢驗(yàn)物理分冊(cè)