淺談先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)支撐航天制造發(fā)展

裴雅鵬 高 雅 馮志軍

(北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100076)

1 引 言

航天制造是我國先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要代表，是我國發(fā)展航天科技產(chǎn)業(yè)和建設(shè)航天強(qiáng)國的重中之重。檢測(cè)技術(shù)作為航天制造發(fā)展的重要技術(shù)支撐，是制造過程的眼睛，是提升制造質(zhì)量和評(píng)價(jià)制造水平的重要手段。隨著航天制造技術(shù)的發(fā)展，不斷提升檢測(cè)技術(shù)和管理整體能力，構(gòu)建面向航天裝備制造全過程、全要素的測(cè)量體系，對(duì)助推航天裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)航天制造高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展，支撐航天強(qiáng)國、制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國建設(shè)具有重要意義。

2 先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)航天制造的意義

檢測(cè)是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗(yàn)及服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，為及時(shí)獲得被測(cè)、被控對(duì)象的有關(guān)信息而實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)對(duì)一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測(cè)量。檢測(cè)是先進(jìn)制造的眼睛，只有能檢測(cè)的東西，才能被制造[1]。世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把檢測(cè)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的支柱，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料的質(zhì)量檢測(cè)到生產(chǎn)工藝過程的控制，再到出廠產(chǎn)品的合格檢驗(yàn)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)來保障。企業(yè)檢測(cè)水平的高低，檢測(cè)體系的完善程度，在一定程度上影響并決定著工業(yè)制造業(yè)發(fā)展水平和產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。

航天制造具備其特有的航天先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)。例如，具有航天特色的大推力檢測(cè)技術(shù)、等離子體電流密度測(cè)試技術(shù)、真空測(cè)試技術(shù)、質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試技術(shù)、高低溫測(cè)試技術(shù)、空間位置姿態(tài)測(cè)試技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)件三維形貌測(cè)試、大部件智能對(duì)接技術(shù)、微小孔測(cè)量技術(shù)、太赫茲技術(shù)以及量子技術(shù)等，航天特色的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)解決了大量“不可測(cè)、不可檢、測(cè)不準(zhǔn)”問題，推動(dòng)了航天制造的發(fā)展，為航天智能制造提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

隨著我國航天新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)技術(shù)也提出了大量新的需求和要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)檢測(cè)的復(fù)雜度、環(huán)境、內(nèi)容要求不斷提高，從獨(dú)立的儀表、組合設(shè)備計(jì)量校準(zhǔn)發(fā)展為系統(tǒng)綜合檢測(cè)，從單一檢測(cè)環(huán)境發(fā)展為復(fù)雜綜合環(huán)境檢測(cè)，對(duì)量程、準(zhǔn)確度、專業(yè)的拓展、動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)技術(shù)需求不斷提高。

(2)隨著航天制造質(zhì)量要求不斷提升，獲取航天產(chǎn)品、零部件的性能參數(shù)檢測(cè)需要大量增加，需要大量的專用檢測(cè)裝備，這些檢測(cè)裝備是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。然而由于目前航天制造過程中專用檢測(cè)裝備還不能覆蓋檢測(cè)需求，而且已有的檢測(cè)裝備量值溯源問題不能完全解決，檢測(cè)體系需進(jìn)一步完善。

(3)航天裝備產(chǎn)品性能指標(biāo)的跨越發(fā)展以及新領(lǐng)域、新技術(shù)的發(fā)展，多領(lǐng)域復(fù)合量檢測(cè)方法需求日益增多，對(duì)相關(guān)產(chǎn)品制造檢測(cè)技術(shù)提出了新的難題，對(duì)檢測(cè)方法和手段提出了更高的要求。

3 航天制造檢測(cè)現(xiàn)狀和問題

3.1 航天制造檢測(cè)現(xiàn)狀

航天制造是我國先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要代表，為支撐航天制造技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)已建立一定的計(jì)量檢測(cè)管理體系(見圖1)，并形成了一些計(jì)量測(cè)試技術(shù)成果，專業(yè)的計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)基本覆蓋集團(tuán)各大區(qū)域和廠所，計(jì)量檢測(cè)在支撐航天制造發(fā)展方面也具備了一定的能力，在一定程度上支撐了航天制造的發(fā)展[3]。

圖1 航天科技集團(tuán)計(jì)量檢測(cè)管理及計(jì)量測(cè)試體系Fig.1 China areospace science and technology corporation measurement management and testing system

3.2 航天制造檢測(cè)存在的問題

伴隨航天科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，航天強(qiáng)國建設(shè)加快推進(jìn)，對(duì)航天制造水平和質(zhì)量要求在逐步提高，檢測(cè)技術(shù)發(fā)展也逐步呈現(xiàn)出不適應(yīng)航天制造快速發(fā)展的現(xiàn)狀，主要存在以下問題：

(1)航天制造檢測(cè)體系還不夠完善

我國航天制造盡管具備一定檢測(cè)基礎(chǔ)，但大部分產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)等階段仍然解決產(chǎn)品有無問題，現(xiàn)階段工藝已經(jīng)發(fā)展為了生產(chǎn)管理一部分，對(duì)過程檢測(cè)覆蓋要求也逐步提高。而航天產(chǎn)品從產(chǎn)品設(shè)計(jì)源頭對(duì)保證質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別不全，甚至嚴(yán)重缺失，識(shí)別的關(guān)鍵參數(shù)又因?yàn)槿鄙贆z測(cè)手段而沒有檢測(cè)，管理過程缺少對(duì)這些關(guān)鍵要素控制的環(huán)節(jié)等等，這些問題都反映了航天制造檢測(cè)體系還不夠完善，與我們建設(shè)航天強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國的要求還有差距[4]。

(2)檢測(cè)對(duì)航天裝備制造重要性的認(rèn)識(shí)程度還有差距

檢測(cè)對(duì)航天裝備制造非常重要，但也很容易被人們忽視。在我國航天事業(yè)發(fā)展初期，聶榮臻元帥曾指出國防軍工開門七件事之一就包含檢測(cè)，也提出“科技要發(fā)展，計(jì)量須先行”要求，這些說法都說明了檢測(cè)對(duì)航天事業(yè)發(fā)展的重要性。在建設(shè)航天強(qiáng)國過程中，航天制造不僅要滿足有無，更要解決高質(zhì)量發(fā)展的問題，而航天部分制造單位對(duì)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要性認(rèn)識(shí)程度并不深刻，測(cè)量對(duì)質(zhì)量支撐作用的認(rèn)識(shí)還有待提升，并沒有把檢測(cè)技術(shù)落后導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量可靠性不高聯(lián)系起來，而是一味追求高精尖的進(jìn)口加工制造設(shè)備，忽視了檢測(cè)技術(shù)能力發(fā)展，在生產(chǎn)制造過程中存在著很多產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量不覆蓋，測(cè)量不準(zhǔn)確，測(cè)量手段落后，測(cè)量數(shù)據(jù)無法應(yīng)用等問題，而這些檢測(cè)工作環(huán)節(jié)的缺失都會(huì)影響航天制造質(zhì)量的提升。

(3)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展滯后于航天技術(shù)發(fā)展需求

我國航天制造業(yè)很多仍然以勞動(dòng)密集型傳統(tǒng)工業(yè)為主，不僅資源消耗高、自動(dòng)化程度低，檢測(cè)水平不高，多停留在簡(jiǎn)單的計(jì)量器具檢定和校準(zhǔn)層面。隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)發(fā)展，原來單一式、固定式或分立式計(jì)量器具，已難適應(yīng)系統(tǒng)化、集約化生產(chǎn)控制和管理需要[5]。原有測(cè)量系統(tǒng)多無法反映動(dòng)態(tài)情況，生產(chǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)的測(cè)量信息滯后，各個(gè)環(huán)節(jié)都存在著一些測(cè)不到、測(cè)不全、測(cè)不準(zhǔn)以及自動(dòng)化程度低、定性檢測(cè)等問題，在線實(shí)時(shí)檢測(cè)能力缺乏，無法支撐航天產(chǎn)品質(zhì)量量化控制要求，檢測(cè)技術(shù)發(fā)展與航天技術(shù)發(fā)展不相適應(yīng)。

(4)檢測(cè)技術(shù)與制造工藝融合不夠

檢測(cè)技術(shù)要想在航天制造過程中發(fā)揮更大作用，必須要與設(shè)計(jì)、制造工藝和質(zhì)量管理等要素相結(jié)合，而不能孤立談檢測(cè)[6]。目前，航天部分制造單位檢測(cè)技術(shù)與制造工藝融合還不夠，存在多方面問題。一是部分制造單位對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)中的關(guān)鍵檢測(cè)參數(shù)識(shí)別還不夠或不準(zhǔn)確，很多重要的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)因?yàn)闆]有檢測(cè)手段而被忽略檢測(cè)。二是由于檢測(cè)智能化、信息化程度不高，即使過程檢測(cè)的數(shù)據(jù)也沒有充分應(yīng)用下一個(gè)工藝流程，逐步造成制造偏差的累積，導(dǎo)致產(chǎn)品最終不合格。三是在解決檢測(cè)手段問題中，選擇了大量的進(jìn)口高端檢測(cè)裝備，這些設(shè)備沒有充分結(jié)合實(shí)際制造工藝流程，多數(shù)出現(xiàn)“水土不服”，無法解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工藝測(cè)量問題，設(shè)備使用、維護(hù)等工作困難，針對(duì)實(shí)際制造工藝需求的專用測(cè)量手段嚴(yán)重缺失。四是在開展的計(jì)量監(jiān)督檢查過程中，并沒有把產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)情況作為管理要素，僅是檢查測(cè)量?jī)x器設(shè)備的溯源性是否覆蓋，產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)環(huán)節(jié)缺失卻無法在質(zhì)量監(jiān)督過程中暴露出來，關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)手段問題需求也未能通過管理環(huán)節(jié)系統(tǒng)提出和解決，給產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來一定隱患。

(5)多數(shù)高端精密測(cè)量手段受制于國外

西方國家對(duì)我國高技術(shù)出口限制除裝備外，主要集中在測(cè)量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面。目前我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，從國外引進(jìn)的關(guān)鍵測(cè)量?jī)x器設(shè)備比例高達(dá)90%，設(shè)備的量值溯源、高端精密測(cè)量設(shè)備幾乎完全被國外壟斷。雖然我國航天從創(chuàng)建之初就走自主創(chuàng)新的道路，但在高端精密測(cè)量技術(shù)和設(shè)備方面依賴進(jìn)口程度相對(duì)比較嚴(yán)重。加快推進(jìn)我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端測(cè)量?jī)x器設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)航天自主創(chuàng)新發(fā)展，支撐航天強(qiáng)國建設(shè)具有重要意義。

4 構(gòu)建先進(jìn)測(cè)量體系支撐航天制造的建議

先進(jìn)測(cè)量體系是保證航天裝備制造高質(zhì)量發(fā)展基礎(chǔ)保障，更是推動(dòng)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的堅(jiān)韌利器。為加快推進(jìn)我國航天強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、科技強(qiáng)國建設(shè)，提升我國先進(jìn)制造水平，必須構(gòu)建先進(jìn)的測(cè)量體系來支撐航天制造發(fā)展。

4.1 頂層系統(tǒng)謀劃，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)體系與產(chǎn)品制造過程同步實(shí)施

進(jìn)一步提升檢測(cè)對(duì)航天裝備制造重要性認(rèn)識(shí)，從航天產(chǎn)品質(zhì)量管理角度切入，圍繞管理、需求、技術(shù)、實(shí)施、監(jiān)督等方面進(jìn)行全要素系統(tǒng)謀劃，構(gòu)建先進(jìn)航天制造檢測(cè)體系，將檢測(cè)體系貫穿到產(chǎn)品制造全過程，從設(shè)計(jì)源頭開始與檢測(cè)同步論證和實(shí)施。通過檢測(cè)體系和管理機(jī)制建立，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別全、檢測(cè)需求分析透、檢測(cè)手段支撐足、檢測(cè)環(huán)節(jié)壓的實(shí)、檢測(cè)監(jiān)督管得住等全過程閉環(huán)控制，提升檢測(cè)對(duì)航天制造的支撐作用。

4.2 建立供需對(duì)接機(jī)制，促進(jìn)工藝檢測(cè)問題與檢測(cè)技術(shù)有效銜接

針對(duì)航天制造檢測(cè)需求與檢測(cè)技術(shù)供給不對(duì)接的問題，航天產(chǎn)品論證之初同步開展計(jì)量保證大綱編制，通過計(jì)量保證大綱明確設(shè)計(jì)、工藝、檢測(cè)等各類人員職能，從要求上保證能夠同步梳理各階段計(jì)量檢測(cè)需求和問題，計(jì)量檢測(cè)人員參與其中，能夠確保檢測(cè)需求與檢測(cè)技術(shù)及時(shí)對(duì)接，制定計(jì)劃推進(jìn)實(shí)施。針對(duì)一些基礎(chǔ)通用檢測(cè)需求，分類分層次制定相應(yīng)的對(duì)接方案，從頂層定期組織相關(guān)企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)人員與檢測(cè)人員共同梳理一些檢測(cè)短板，梳理形成檢測(cè)支撐制造發(fā)展的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和項(xiàng)目，加大檢測(cè)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

4.3 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展

隨著航天技術(shù)的高速發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，檢測(cè)技術(shù)發(fā)展必須適用航天技術(shù)發(fā)展，解決關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)問題，增強(qiáng)檢測(cè)儲(chǔ)備能力，提高檢測(cè)技術(shù)自主創(chuàng)新能力。尤其加強(qiáng)在現(xiàn)場(chǎng)、在線、動(dòng)態(tài)、綜合檢測(cè)技術(shù)研究，形成高效、準(zhǔn)確、智能檢測(cè)技術(shù)和裝備。針對(duì)一些特殊工藝檢測(cè)需求，加大專用檢測(cè)設(shè)備研制力度，確保檢測(cè)手段覆蓋產(chǎn)品制造過程。同時(shí)，也要加強(qiáng)前沿精密檢測(cè)技術(shù)研究，促進(jìn)高端檢測(cè)裝備替代進(jìn)口，確保航天制造自主創(chuàng)新發(fā)展。

4.4 建立開放融合共享機(jī)制，利用各方檢測(cè)資源支撐航天制造

落實(shí)國家軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略要求，堅(jiān)持開放融合的發(fā)展思路，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用的創(chuàng)新發(fā)展模式，加強(qiáng)國際合作和交流，建立有利于創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化的機(jī)制，激發(fā)檢測(cè)科研和技術(shù)人員積極性和創(chuàng)造力，充分利用各方檢測(cè)技術(shù)和資源，形成合力，共同推動(dòng)航天制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

5 結(jié)束語

先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)是支撐我國質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國和科技強(qiáng)國的推動(dòng)力。針對(duì)目前我國航天制造檢測(cè)的現(xiàn)狀以及存在的問題，提出構(gòu)建先進(jìn)測(cè)量體系的設(shè)想，為后期我國航天制造產(chǎn)業(yè)中有關(guān)先進(jìn)測(cè)量體系建設(shè)提供借鑒。