專訪王向明：“航空業(yè)的0.1mm工程”

走入中航工業(yè)沈陽飛機設(shè)計所結(jié)構(gòu)室，映入眼簾的是墻壁和立柱上富有科幻味道的世界先進飛機結(jié)構(gòu)骨架圖。據(jù)了解，這些骨架圖已經(jīng)懸掛了十年，成為了沈陽所結(jié)構(gòu)室的一大景觀，制作者就是時任結(jié)構(gòu)室主任王向明：為了讓設(shè)計員“熟讀唐詩三百首”，他利用業(yè)余時間收集下載了這些圖庫，培養(yǎng)了一大批飛機設(shè)計專業(yè)人才。而“甘為人梯”的同時，他更多為人們所知，則是因為在“增材制造”領(lǐng)域的卓越成就。

增材制造對于航空制造業(yè)界來說并不陌生。GE、波音等公司都已先后就此技術(shù)設(shè)立研究中心，波音737MAX以及Leap發(fā)動機已經(jīng)開始使用增材制造技術(shù)進行部分零部件的批量生產(chǎn)。但鮮有人知的是，我國第一家飛機結(jié)構(gòu)實驗室：新型功能結(jié)構(gòu)研發(fā)與工程化應(yīng)用研究實驗室已經(jīng)初具規(guī)模，并且已經(jīng)推動增材制造技術(shù)應(yīng)用于我國新型戰(zhàn)機的快速研發(fā)與制造之中。出任實驗室主任的，是已經(jīng)在增材制造技術(shù)領(lǐng)域鉆研十年的中航工業(yè)沈陽飛機設(shè)計研究所副總設(shè)計師王向明。

作為航空制造業(yè)界少有的以飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)為入門專業(yè)的副總師，王向明笑稱自己是“一專多能”。所謂“一?！保菍Ｗ⒂诮Y(jié)構(gòu)整體化研究，其中一個重要的潛力領(lǐng)域便是如今大熱的增材制造技術(shù)；所謂“多能”，便是在實際工作中多方協(xié)調(diào)與投入，為重點型號的研發(fā)制造，以及標準流程制定等方面做出了巨量工作。

“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”，是廣義定義“增材制造”技術(shù)的一個應(yīng)用方向。由于航空制造業(yè)相對快速的發(fā)展以及龐大需求，大型鈦合金構(gòu)建的激光成形成為了“增材制造”領(lǐng)域的一個重要方向，也引領(lǐng)著其他制造業(yè)和創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。而這一技術(shù)的成熟度、穩(wěn)定度等指標都與應(yīng)用情況有密切關(guān)系，王向明背負著推動這一領(lǐng)域產(chǎn)研結(jié)合的重要責(zé)任。

他立足沈陽飛機設(shè)計所這一平臺，首先確定了“六大典型結(jié)構(gòu)件”增材制造技術(shù)，并且實現(xiàn)了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造，繼而推動這一技術(shù)在3個型號和項目中得到應(yīng)用，其中包括主要研究型號。因為其中整體化結(jié)構(gòu)在全部設(shè)計中占到了40%，這意味著大量應(yīng)用增材制造：兩種鈦合金，一種高纖鋼通過增材制造技術(shù)一次成型，部件涉及壁板內(nèi)外。

同時，由于整體設(shè)計需要，王向明積極推動全三維信息相關(guān)的綜合制造技術(shù)研究，建立了以“三維優(yōu)化設(shè)計、無模敏捷制造、快速柔性裝配”為核心的快速試制技術(shù)體系。他確立了適應(yīng)快速試制的“性能好、試制快、費用廉”的設(shè)計目標，采用了多個專業(yè)協(xié)同、制造技術(shù)前移的試制流程，即整體化、最優(yōu)化、增材/無?；⒕毣?shù)字化，創(chuàng)造了新機研制速度最快、重量控制最精準、整體化程度最高、零件和工裝數(shù)量最少、制造工藝最簡便、數(shù)字化程度最高等多項紀錄。

在國內(nèi)飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計大都以畫圖、幾何建模為主的時代，作為專業(yè)副總師，王向明追求“輕質(zhì)高效、長壽命、多功能、低成本、快速響應(yīng)”設(shè)計理念，不僅強調(diào)要量化設(shè)計，更注重“飛機結(jié)構(gòu)多約束優(yōu)化設(shè)計”。結(jié)構(gòu)部組建初期，他就建議所領(lǐng)導(dǎo)，成立以結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)研究為核心的“結(jié)構(gòu)綜合專業(yè)室”，這在當時的行業(yè)內(nèi)還是一件新生事物。正是基于這一專業(yè)室，使得多個型號的設(shè)計工作得以并行快速進行。

例如，為了實現(xiàn)飛機減重，他通過多方面研究和比較，選擇了國際領(lǐng)先的緣自NASA的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化軟件，在該軟件剛剛對國內(nèi)解禁的背景下，他快速組織人員進行翻譯及試用，并對內(nèi)部公式及計算方法進行分析驗證，并根據(jù)多年工作經(jīng)驗，確定了優(yōu)化設(shè)計中設(shè)計許用值，實現(xiàn)了飛機結(jié)構(gòu)減重10%的巨大收益，建立起適用于軍機研制的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程和方法；為追求裝配快速精細，他取法汽車制造界的“2mm工程”，將“0.1mm工程”引入飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，要求設(shè)計件與試制件之間差異不超過0.1mm；為了達到重量控制精準，他推動整體制造，最后設(shè)計發(fā)圖與制造成品之間的差異縮小到35千克，比國際普遍可接受的8%到20%的試制差異減少了兩個數(shù)量級；在數(shù)字化領(lǐng)域，王向明所帶領(lǐng)的團隊更是做到了55個工作日沒有一張協(xié)調(diào)單。這對打通我國軍機行業(yè)三維設(shè)計、三維制造、三維檢驗提供了示范作用。

正是由于在將預(yù)研成果應(yīng)用于制造產(chǎn)業(yè)方面的突出業(yè)績，2013年1月18日，王向明作為第二獲獎人，獲得了國務(wù)院為“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”所頒發(fā)的國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。不久，他促成了我國第一家飛機結(jié)構(gòu)實驗室的建立——基于增材制造和特種加工技術(shù)的飛機新型功能結(jié)構(gòu)研發(fā)與工程化驗證研究實驗室，并親自出任實驗室主任。

在談到這一實驗室的功能時，王向明認為實驗室的重點在于兩個方面，一是概念創(chuàng)新，二是工程化應(yīng)用。目前實驗室有核心技術(shù)兩項，專利技術(shù)七項，而相比起已經(jīng)充分實現(xiàn)的功能，王向明更著眼于未來飛行器，例如空天飛機，例如更多樣的材料等，他希望能夠使得增材制造實現(xiàn)更復(fù)雜的技術(shù)要求，例如制造更大型、復(fù)雜型結(jié)構(gòu)件，制造高精度的飛行器蒙皮，以及梯度材料的多樣結(jié)合等。有人說，這一實驗室必將成為未來我國增材制造領(lǐng)域的重點發(fā)動機。但王向明是謙虛而務(wù)實的。他希望國家對于航空制造業(yè)的創(chuàng)新與尖端技術(shù)能夠給予更多戰(zhàn)略考量：“作為技術(shù)人員，我們只是大海中的一滴水，希望國家在這方面給予更多的戰(zhàn)略布局，這樣我國高端制造業(yè)才能與西方大國比肩而立?！?/p>