增材制造在高原寒區(qū)裝備維修保障中的應(yīng)用研究

張成龍

摘要：本文通過系統(tǒng)梳理近幾年增材制造在國內(nèi)外裝備維修保障領(lǐng)域的應(yīng)用情況，指出在裝備維修保障中應(yīng)用增材制造技術(shù)具有精確修復(fù)、保障高效、制造快速等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提出了增材制造在高原寒區(qū)裝備維修保障中的應(yīng)用對(duì)策，對(duì)于解決兩高地區(qū)裝備維修保障任務(wù)重。零部件供應(yīng)難度大等問題提出理論研究。

關(guān)鍵詞：增材制造；高原高寒地區(qū)；裝備維修

增材制造（Additive Manufacturing），是一種以數(shù)字模型又件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或者塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”。世界各國對(duì)于增材制造技術(shù)十分重視，將其在廣泛應(yīng)用于船舶制造、航空航天、裝備維修、武器研發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域，在縮短武器研制周期、提高材料利用率、強(qiáng)化戰(zhàn)場(chǎng)保障能力等方面發(fā)揮出巨大作用。

一、增材制造在裝備維修保障領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

增材制造技術(shù)的突出特點(diǎn)在裝備維修領(lǐng)域具有巨大潛力，世界軍事強(qiáng)國都加緊推進(jìn)其在裝備維修保障的實(shí)踐與應(yīng)用，我國也在不斷探索增材制造技術(shù)在裝備維修的應(yīng)用推廣，并已經(jīng)取得了良好效果。

（一）外軍應(yīng)用情況

外軍在應(yīng)用增材制造技術(shù)保障本國武器裝備方面做了多種實(shí)驗(yàn)和嘗試。2014年美軍一架AV-8B “鷂”式飛機(jī)在美海軍兩棲攻擊艦上進(jìn)行硬著陸時(shí)損壞了鼻錐處的一個(gè)結(jié)構(gòu)框架，維修小組使用增材制造技術(shù)將受損部件及時(shí)修復(fù)，保證戰(zhàn)機(jī)快速修復(fù)并恢復(fù)工作。韓國InssTek公司使用增材制造技術(shù)為韓國空軍成功完成了F-15K戰(zhàn)斗機(jī)鐵合金發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩和鉆合金空氣密封件的修復(fù)工作，該方法制造的零件加工時(shí)間短，完全滿足安全性、可靠性等使用要求2016年，以色列空軍維修單位（AMU）利用增材制造技術(shù)，制造強(qiáng)度相當(dāng)于鋁的塑料聚合物零部件修復(fù)老舊的F-15戰(zhàn)斗機(jī)，使翻新后的飛機(jī)恢復(fù)戰(zhàn)斗力。

（二）我軍應(yīng)用情況

隨著我國增材制造產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展成熟，利用增材制造技術(shù)成功解決了我國多種新型武器裝備研發(fā)和制造過程中遇到的問題和困難，對(duì)我國裝備發(fā)展起到了關(guān)鍵性的助推作用。在“第二屆軍民融合高科技成果展”中，由西安交通大學(xué)牽頭，聯(lián)合華中科技大學(xué)和空軍裝備部武漢汽車修理廠共同研制的“戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境增材制造維修保障系統(tǒng)”參加展覽，該系統(tǒng)集多種功能于一體，具有技術(shù)集成高、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、適用范圍廣等特點(diǎn)，能夠極大解決我軍實(shí)戰(zhàn)化條件下裝備維修諸多問題，有望成為我軍下一代戰(zhàn)場(chǎng)快速應(yīng)急搶修保障裝備。

二、增材制造在裝備維修保障領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

增材制造技術(shù)具有高效、便攜、節(jié)約、精準(zhǔn)等特點(diǎn)，對(duì)于解決傳統(tǒng)裝備維修保障遇到的困難和問題有先天優(yōu)勢(shì)。

（一）解決保障過量和保障不足問題

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，信息化武器裝備的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)于裝備損壞的情況很難預(yù)測(cè)，維修所需的配件種類、數(shù)量更是難以估計(jì)，經(jīng)常出現(xiàn)維修用不上的零部件有較大富余，需要用的卻不夠用的情況。利用增材制造技術(shù)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地將所需的配件打印出來，有助于解決裝備配件倉庫管理問題，減少不必要的資源浪費(fèi)。

（二）快速制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)配件

增材制造是層層打印，積累疊加制造出產(chǎn)品，因此，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝制造難度大的配件具有先天優(yōu)勢(shì)，并往制造通過計(jì)算機(jī)直接控制，對(duì)于復(fù)雜配件的生產(chǎn)速度比傳統(tǒng)制造速度更快在未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)上，技術(shù)保障人員可以隨時(shí)使用攜帶的增材打印機(jī)，快速打印出所需部件進(jìn)行裝配，即便是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件也能夠短時(shí)間內(nèi)造出，縮短武器裝備應(yīng)急搶修時(shí)間，及時(shí)讓受損裝備重新投入戰(zhàn)場(chǎng)。

（三）緩解維修配件與工具的供應(yīng)壓力

武器裝備維修需要較多的零部件，對(duì)于軍中特有裝備維修還需要用專業(yè)的維修設(shè)備和維修工具，但是由于供應(yīng)環(huán)節(jié)中各種因素影響，所需的修理配件、設(shè)備、工具有時(shí)很難按時(shí)補(bǔ)充到任務(wù)部隊(duì)，導(dǎo)致在具體組織、實(shí)施裝備保障上增加難度，這在一定程度下影響和制約了武器裝備維修保障能力的提高。采用增材制造技術(shù)，通過預(yù)先準(zhǔn)備零部件的3D模型數(shù)據(jù)，維修人員不僅可以直接制造出所需的零部件，還可以借助網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)廠家聯(lián)系，獲得維修工具的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，并現(xiàn)場(chǎng)打印維修所急需的維修工具，縮短裝備維修配件和工具的供應(yīng)鏈條，提升保障效率。

三、增材制造在高原高寒地區(qū)裝備維修保障領(lǐng)域應(yīng)用的對(duì)策

（一）創(chuàng)新兩高地區(qū)裝備維修保障模式

利用增材制造技術(shù)有助于部隊(duì)裝備保障模式創(chuàng)新發(fā)展、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)部隊(duì)裝備保障難度大的現(xiàn)實(shí)難題。2013年，美軍在阿富汗部署兩個(gè)增材制造實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室將增材制造裝備封裝到一個(gè)長達(dá)6米為集裝箱內(nèi)，將塑料、鋼鐵和鋁等材料快速打印為戰(zhàn)場(chǎng)急需的零部件，極大地增強(qiáng)了作戰(zhàn)分隊(duì)的可持續(xù)作戰(zhàn)能力。我軍未來可以為偏遠(yuǎn)哨所地區(qū)部隊(duì)配發(fā)增材制造裝備，有助于部隊(duì)裝備日常維修保養(yǎng)，減少對(duì)后方投送的依賴，對(duì)急需的零部件能夠隨時(shí)制造，實(shí)現(xiàn)“后方投送保障”向“前線自我保障”的模式。

（二）改進(jìn)兩高地區(qū)器材供應(yīng)保障方法

近幾年，西部戰(zhàn)區(qū)部隊(duì)大量列裝新型武器裝備，出現(xiàn)新舊裝備同時(shí)存在，武器裝備型號(hào)多樣、種類繁雜，并且西部地區(qū)自然條件對(duì)裝備零配件供應(yīng)造成風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。針對(duì)困難和問題，運(yùn)用增材制造技術(shù)可以減輕任務(wù)部隊(duì)工作負(fù)擔(dān)。一是對(duì)于大量不同型號(hào)裝備，增材制造可以有針對(duì)性地制造維修零部件，提高維修保障靈活性。二是縮短各型裝備備件供應(yīng)鏈條，減輕運(yùn)輸保障部隊(duì)任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)和困難口三是有助收集我軍在兩高地區(qū)維修器材消耗數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)記錄備件打印數(shù)量。整理出不同零配件消耗量，有助制定相應(yīng)器材消耗標(biāo)準(zhǔn)，為制定預(yù)置預(yù)儲(chǔ)方案和制定應(yīng)急維修計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支持和參考

（三）用于兩高地區(qū)戰(zhàn)時(shí)受損裝備緊急搶修

邊境反擊作戰(zhàn)具有裝備搶修時(shí)間緊、后方配件難供應(yīng)、戰(zhàn)損裝備不確定等特點(diǎn)，由于戰(zhàn)時(shí)裝備維護(hù)和搶修面臨多種突發(fā)狀況，裝備維修保障力量不能準(zhǔn)確攜帶大量所需零部件，可能難以滿足戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急搶修的需求。利用增材制造技術(shù)，一線維修人員在戰(zhàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際需求，打印維修所需的維修工具或設(shè)備，必要時(shí)還可由后方設(shè)計(jì)人員根據(jù)前線維修需求臨時(shí)設(shè)計(jì)新的維修工具和設(shè)備模型，利用前線部署的增材制造設(shè)備制造需要的維修工具，進(jìn)而保證修理的及時(shí)性。

結(jié)束語

增材制造技術(shù)能夠有效減少戰(zhàn)時(shí)裝備維修保障鏈條，縮短裝備搶救搶修時(shí)間，提高受損裝備重返戰(zhàn)場(chǎng)的概率，對(duì)于瞬息萬變的邊境作戰(zhàn)起到重要技術(shù)支撐作用。

（作者單位：國防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院研究生二隊(duì)）