淺談先進檢測技術(shù)支撐航天制造發(fā)展

裴雅鵬 高 雅 馮志軍

(北京航天計量測試技術(shù)研究所，北京 100076)

1 引 言

航天制造是我國先進制造領域的重要代表，是我國發(fā)展航天科技產(chǎn)業(yè)和建設航天強國的重中之重。檢測技術(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)量和評價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、全要素的測量體系，對助推航天裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進航天制造高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展，支撐航天強國、制造強國、質(zhì)量強國建設具有重要意義。

2 先進檢測技術(shù)對航天制造的意義

檢測是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗及服務等各個領域，為及時獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實時或非實時對一些參量進行定性檢查和定量測量。檢測是先進制造的眼睛，只有能檢測的東西，才能被制造[1]。世界工業(yè)發(fā)達國家都把檢測作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的支柱，從產(chǎn)品設計、原材料的質(zhì)量檢測到生產(chǎn)工藝過程的控制，再到出廠產(chǎn)品的合格檢驗，每個環(huán)節(jié)都需要大量的檢測數(shù)據(jù)來保障。企業(yè)檢測水平的高低，檢測體系的完善程度，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檢測技術(shù)。例如，具有航天特色的大推力檢測技術(shù)、等離子體電流密度測試技術(shù)、真空測試技術(shù)、質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量測試技術(shù)、高低溫測試技術(shù)、空間位置姿態(tài)測試技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)件三維形貌測試、大部件智能對接技術(shù)、微小孔測量技術(shù)、太赫茲技術(shù)以及量子技術(shù)等，航天特色的先進檢測技術(shù)解決了大量“不可測、不可檢、測不準”問題，推動了航天制造的發(fā)展，為航天智能制造提供了準確的數(shù)據(jù)支撐。

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

(1)對檢測的復雜度、環(huán)境、內(nèi)容要求不斷提高，從獨立的儀表、組合設備計量校準發(fā)展為系統(tǒng)綜合檢測，從單一檢測環(huán)境發(fā)展為復雜綜合環(huán)境檢測，對量程、準確度、專業(yè)的拓展、動態(tài)在線檢測技術(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)檢測需要大量增加，需要大量的專用檢測裝備，這些檢測裝備是保障產(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裝備還不能覆蓋檢測需求，而且已有的檢測裝備量值溯源問題不能完全解決，檢測體系需進一步完善。

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

3 航天制造檢測現(xiàn)狀和問題

3.1 航天制造檢測現(xiàn)狀

航天制造是我國先進制造領域的重要代表，為支撐航天制造技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)已建立一定的計量檢測管理體系(見圖1)，并形成了一些計量測試技術(shù)成果，專業(yè)的計量檢測機構(gòu)基本覆蓋集團各大區(qū)域和廠所，計量檢測在支撐航天制造發(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 航天科技集團計量檢測管理及計量測試體系Fig.1 China areospace science and technology corporation measurement management and testing system

3.2 航天制造檢測存在的問題

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

(1)航天制造檢測體系還不夠完善

我國航天制造盡管具備一定檢測基礎，但大部分產(chǎn)品在設計、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，對過程檢測覆蓋要求也逐步提高。而航天產(chǎn)品從產(chǎn)品設計源頭對保證質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)識別不全，甚至嚴重缺失，識別的關(guān)鍵參數(shù)又因為缺少檢測手段而沒有檢測，管理過程缺少對這些關(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體系還不夠完善，與我們建設航天強國、質(zhì)量強國的要求還有差距[4]。

(2)檢測對航天裝備制造重要性的認識程度還有差距

檢測對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，也提出“科技要發(fā)展，計量須先行”要求，這些說法都說明了檢測對航天事業(yè)發(fā)展的重要性。在建設航天強國過程中，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檢測技術(shù)發(fā)展的重要性認識程度并不深刻，測量對質(zhì)量支撐作用的認識還有待提升，并沒有把檢測技術(shù)落后導致產(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口加工制造設備，忽視了檢測技術(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)測量不覆蓋，測量不準確，測量手段落后，測量數(shù)據(jù)無法應用等問題，而這些檢測工作環(huán)節(jié)的缺失都會影響航天制造質(zhì)量的提升。

(3)檢測技術(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)很多仍然以勞動密集型傳統(tǒng)工業(yè)為主，不僅資源消耗高、自動化程度低，檢測水平不高，多停留在簡單的計量器具檢定和校準層面。隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級發(fā)展，原來單一式、固定式或分立式計量器具，已難適應系統(tǒng)化、集約化生產(chǎn)控制和管理需要[5]。原有測量系統(tǒng)多無法反映動態(tài)情況，生產(chǎn)關(guān)鍵控制點的測量信息滯后，各個環(huán)節(jié)都存在著一些測不到、測不全、測不準以及自動化程度低、定性檢測等問題，在線實時檢測能力缺乏，無法支撐航天產(chǎn)品質(zhì)量量化控制要求，檢測技術(shù)發(fā)展與航天技術(shù)發(fā)展不相適應。

(4)檢測技術(shù)與制造工藝融合不夠

檢測技術(shù)要想在航天制造過程中發(fā)揮更大作用，必須要與設計、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[6]。目前，航天部分制造單位檢測技術(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設計參數(shù)中的關(guān)鍵檢測參數(shù)識別還不夠或不準確，很多重要的關(guān)鍵設計參數(shù)因為沒有檢測手段而被忽略檢測。二是由于檢測智能化、信息化程度不高，即使過程檢測的數(shù)據(jù)也沒有充分應用下一個工藝流程，逐步造成制造偏差的累積，導致產(chǎn)品最終不合格。三是在解決檢測手段問題中，選擇了大量的進口高端檢測裝備，這些設備沒有充分結(jié)合實際制造工藝流程，多數(shù)出現(xiàn)“水土不服”，無法解決現(xiàn)場實際工藝測量問題，設備使用、維護等工作困難，針對實際制造工藝需求的專用測量手段嚴重缺失。四是在開展的計量監(jiān)督檢查過程中，并沒有把產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)檢測情況作為管理要素，僅是檢查測量儀器設備的溯源性是否覆蓋，產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)檢測環(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)高端精密測量手段受制于國外

西方國家對我國高技術(shù)出口限制除裝備外，主要集中在測量技術(shù)和實驗數(shù)據(jù)方面。目前我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，從國外引進的關(guān)鍵測量儀器設備比例高達90%，設備的量值溯源、高端精密測量設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，但在高端精密測量技術(shù)和設備方面依賴進口程度相對比較嚴重。加快推進我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高端測量儀器設備開發(fā)和應用，對推動航天自主創(chuàng)新發(fā)展，支撐航天強國建設具有重要意義。

4 構(gòu)建先進測量體系支撐航天制造的建議

先進測量體系是保證航天裝備制造高質(zhì)量發(fā)展基礎保障，更是推動制造轉(zhuǎn)型升級的堅韌利器。為加快推進我國航天強國、質(zhì)量強國、科技強國建設，提升我國先進制造水平，必須構(gòu)建先進的測量體系來支撐航天制造發(fā)展。

4.1 頂層系統(tǒng)謀劃，實現(xiàn)檢測體系與產(chǎn)品制造過程同步實施

進一步提升檢測對航天裝備制造重要性認識，從航天產(chǎn)品質(zhì)量管理角度切入，圍繞管理、需求、技術(shù)、實施、監(jiān)督等方面進行全要素系統(tǒng)謀劃，構(gòu)建先進航天制造檢測體系，將檢測體系貫穿到產(chǎn)品制造全過程，從設計源頭開始與檢測同步論證和實施。通過檢測體系和管理機制建立，實現(xiàn)設計對關(guān)鍵參數(shù)識別全、檢測需求分析透、檢測手段支撐足、檢測環(huán)節(jié)壓的實、檢測監(jiān)督管得住等全過程閉環(huán)控制，提升檢測對航天制造的支撐作用。

4.2 建立供需對接機制，促進工藝檢測問題與檢測技術(shù)有效銜接

針對航天制造檢測需求與檢測技術(shù)供給不對接的問題，航天產(chǎn)品論證之初同步開展計量保證大綱編制，通過計量保證大綱明確設計、工藝、檢測等各類人員職能，從要求上保證能夠同步梳理各階段計量檢測需求和問題，計量檢測人員參與其中，能夠確保檢測需求與檢測技術(shù)及時對接，制定計劃推進實施。針對一些基礎通用檢測需求，分類分層次制定相應的對接方案，從頂層定期組織相關(guān)企業(yè)設計生產(chǎn)人員與檢測人員共同梳理一些檢測短板，梳理形成檢測支撐制造發(fā)展的重點研發(fā)計劃和項目，加大檢測技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和應用。

4.3 加強技術(shù)創(chuàng)新，推動先進檢測技術(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)鍵檢測技術(shù)問題，增強檢測儲備能力，提高檢測技術(shù)自主創(chuàng)新能力。尤其加強在現(xiàn)場、在線、動態(tài)、綜合檢測技術(shù)研究，形成高效、準確、智能檢測技術(shù)和裝備。針對一些特殊工藝檢測需求，加大專用檢測設備研制力度，確保檢測手段覆蓋產(chǎn)品制造過程。同時，也要加強前沿精密檢測技術(shù)研究，促進高端檢測裝備替代進口，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制，利用各方檢測資源支撐航天制造

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

5 結(jié)束語

先進檢測技術(shù)是支撐我國質(zhì)量強國、航天強國和科技強國的推動力。針對目前我國航天制造檢測的現(xiàn)狀以及存在的問題，提出構(gòu)建先進測量體系的設想，為后期我國航天制造產(chǎn)業(yè)中有關(guān)先進測量體系建設提供借鑒。