新格局下航空業(yè)的生存之道

董幗雄

盡管過去的2020年，對于全球航空業(yè)來說，是極為困難的一年，但行業(yè)并沒有停下創(chuàng)新的腳步。相反，在這場危機(jī)之下，供應(yīng)鏈企業(yè)開始思考如何通過技術(shù)創(chuàng)新來重新尋找自己在行業(yè)內(nèi)的地位。其中，一些企業(yè)正在向著“能夠?qū)Σ粩嘧兓男枨笞龀隹焖夙憫?yīng)，并按需生產(chǎn)”的理想目標(biāo)來進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，一些企業(yè)開始投身基于環(huán)保理念的跨領(lǐng)域合作。盡管不同的企業(yè)有著不同的發(fā)展思路，但有一點(diǎn)可以確定的是，在行業(yè)處于低谷、產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新一輪格局重組的當(dāng)下，創(chuàng)新技術(shù)或?qū)⒃谄渲谐洚?dāng)極為關(guān)鍵的角色。

航空新材料的低成本應(yīng)用

盡管2020年年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情對于行業(yè)來說是一個(gè)突發(fā)事件，但這場疫情對于行業(yè)的影響或?qū)⑹情L期的。其中一個(gè)最為明顯的特點(diǎn)就是，生產(chǎn)成本已經(jīng)成為了制造商越來越關(guān)心的話題。

以復(fù)合材料為例，如今這一新型材料在飛機(jī)制造中扮演著越來越重要的角色，但居高難下的生產(chǎn)成本一直是困擾行業(yè)的難題。如今，一場疫情讓企業(yè)開始加快通過合作的方式來共同探討復(fù)合材料的低成本制造。

其中，波音公司正在牽頭進(jìn)行一項(xiàng)名為“快速高性能制造技術(shù)”項(xiàng)目（RAPM），行業(yè)內(nèi)知名的材料供應(yīng)商索爾維等都參與了這一項(xiàng)目。波音希望通過這一項(xiàng)目把一些復(fù)合材料零件成形時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)，從而通過高效工作來降低生產(chǎn)成本，最終達(dá)到復(fù)合材料在某些零件上的生產(chǎn)成本可以與傳統(tǒng)的鋁合金材料競爭的目的。

在這一項(xiàng)目中，波音和材料供應(yīng)商一起成功探索了幾種飛機(jī)上典型零件的低成本制造方法，也大膽對工藝進(jìn)行了改進(jìn)和完善。比如，在試驗(yàn)過程中波音使用了英國Surface Generation公司的“生產(chǎn)加熱和成形規(guī)范控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了加熱加壓的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，波音在降低制造成本的同時(shí)，還通過技術(shù)創(chuàng)新提高了零件的質(zhì)量，如在制造熱固性的預(yù)制件時(shí)，為防止褶皺現(xiàn)象采用彈簧框壓模技術(shù)等。

在歐洲，歐盟和空客試圖通過采用低成本非熱壓罐（OAA）制造技術(shù)、樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）技術(shù)來降低新材料的制造成本。

空客與模具企業(yè)阿爾派、設(shè)備制造商克勞斯瑪菲等合作，在奧地利政府的資助下啟動(dòng)了一個(gè)名為“斯巴達(dá)”的項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，空客通過采用使用數(shù)字化技術(shù)的新一代RTM技術(shù)生產(chǎn)了A350艙門框架。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，這個(gè)門框高2米的飛機(jī)艙門的整個(gè)制造過程大約需要三天時(shí)間，并需要很多復(fù)雜的多件套工裝。但在采用了創(chuàng)新的RTM技術(shù)后，整個(gè)生產(chǎn)成形時(shí)間縮短至4小時(shí)。

歐盟啟動(dòng)了一個(gè)名為“面向小型飛行器優(yōu)化的復(fù)合結(jié)構(gòu)”的項(xiàng)目，其中一個(gè)目標(biāo)是通過集成的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化的液體成形方法來降低支線飛機(jī)等小型飛行器的生產(chǎn)成本。知名的比亞喬公司、赫氏公司等都是該項(xiàng)目的參與者。在這一項(xiàng)目中，反饋指示機(jī)器人、更加自動(dòng)化的鋪層技術(shù)等被大量使用，旨在打造一個(gè)具備自適應(yīng)控制系統(tǒng)的復(fù)合材料生產(chǎn)新模式，從而大大壓縮生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。

從上述這幾個(gè)項(xiàng)目中，我們不難發(fā)現(xiàn)，如今歐盟等國家的企業(yè)都在從1～2米的框、梁等結(jié)構(gòu)入手，通過技術(shù)創(chuàng)新，探索將復(fù)合材料引入主結(jié)構(gòu)制造的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。從長遠(yuǎn)來看，如果這些探索最終能夠投入生產(chǎn)的話，那么窄體客機(jī)和支線飛機(jī)每年上千架的產(chǎn)量將為制造商節(jié)約巨大的生產(chǎn)成本。尤其是A320和737系列飛機(jī)的很多零件都是幾十年前設(shè)計(jì)的，工藝水平也相對落后，如果這些創(chuàng)新技術(shù)能夠投入使用的話，將大大提高生產(chǎn)效率。

困境中積極布局綠色飛行技術(shù)

除了生產(chǎn)制造工藝的探索之外，2020年飛機(jī)制造商還在積極布局綠色飛行技術(shù)，無論是空客還是波音，在這方面都有大動(dòng)作。

盡管深陷危機(jī)，但波音并沒有停止對其“生態(tài)演示驗(yàn)證機(jī)”項(xiàng)目的推進(jìn)工作。2020年7月，波音宣布采用阿提哈德航空的一架787-10飛機(jī)為第七架飛行測試平臺(tái)，完成飛機(jī)降噪技術(shù)和先進(jìn)的空中交通管制技術(shù)驗(yàn)證工作。

波音生態(tài)演示驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目2010年正式啟動(dòng)，該項(xiàng)目通過與行業(yè)、政府合作，采用客運(yùn)和貨運(yùn)飛機(jī)為平臺(tái)，評估與安全性和效率有關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)。該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是瞄準(zhǔn)整個(gè)航空生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)步，對可提高效率、降低噪音、改善飛行體驗(yàn)的技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證、改進(jìn)和應(yīng)用。

2020年在該項(xiàng)目的降噪技術(shù)驗(yàn)證方面，波音與美國國家航空航天局（NASA）密切合作，描繪出了787的噪音特征圖。之后，波音在787飛機(jī)上配備了222個(gè)“動(dòng)態(tài)壓力傳感器”，其中214個(gè)安裝在機(jī)身上，8個(gè)安裝在賽峰的起落架上。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用這些傳感器以及地面上的1006個(gè)附加聽聲器陣列，檢測飛行過程中787的噪聲，從而提供了飛機(jī)上噪聲源的映射圖，由此就能夠準(zhǔn)確指出飛機(jī)上噪聲的來源，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，在測量了787的基準(zhǔn)聲音之后，波音還與賽峰起落架系統(tǒng)合作，評估賽峰的低噪聲起落架整流罩對于降噪的作用。波音表示，這些測試結(jié)果將幫助確定這款整流罩在波音787和其他飛機(jī)上使用的可行性。在空中交通管制技術(shù)驗(yàn)證方面，波音通過演示驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目驗(yàn)證了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性。波音表示，這項(xiàng)技術(shù)取代了語音通信，使飛行路線和相關(guān)數(shù)據(jù)能夠以數(shù)字方式從ATC系統(tǒng)傳輸?shù)斤w機(jī)（甚至直接傳送到飛機(jī)飛行管理計(jì)算機(jī)）和航空公司的運(yùn)營中心，幫助管制員在緯度、經(jīng)度、高度和時(shí)間四個(gè)維度上更好地管理空中交通，更可以通過提高飛機(jī)航路效率來幫助航空公司節(jié)省燃油，降低運(yùn)營成本。

空客在2020年出其不意地公布了全球首款零排放民用飛機(jī)的三種概念機(jī)型。從空客公布的信息中可以看出，這些概念機(jī)不僅各自代表了實(shí)現(xiàn)零排放飛行的不同方法，更體現(xiàn)了空客試圖通過探索各種技術(shù)途徑和空氣動(dòng)力學(xué)構(gòu)型來實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)行業(yè)未來發(fā)展的雄心壯志。

一直以來，空客都致力于通過新技術(shù)應(yīng)用和新產(chǎn)品研發(fā)來全力支持歐盟在《歐洲航空愿景2050》報(bào)告中提出的環(huán)保目標(biāo)。E-Fan項(xiàng)目就是其中一個(gè)典型的代表，但由于電池技術(shù)的發(fā)展沒有達(dá)到預(yù)期的速度，再加上受到疫情影響，空客暫停了該項(xiàng)目，并把重心轉(zhuǎn)移至通過氫來解決航空業(yè)的碳排放問題。當(dāng)然空客的這一決定與歐盟2020年出臺(tái)的一系列報(bào)告明確了氫在航空業(yè)的應(yīng)用前景有著密切的關(guān)系。法國政府為支持空客的這一決定也豪擲了百億歐元。

根據(jù)空客團(tuán)隊(duì)的規(guī)劃，2021年公司將先研制一款氫動(dòng)力地面驗(yàn)證機(jī)，用于解決有關(guān)氫動(dòng)力生態(tài)系統(tǒng)特有的一些復(fù)雜技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。到2024年，空客才會(huì)最終決定氫能動(dòng)力飛機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并在2025年內(nèi)實(shí)現(xiàn)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的首次飛行。如果進(jìn)展順利，2035年首架氫能飛機(jī)將投入商業(yè)運(yùn)營。

客觀來看，對于空客來說最難的恐怕是讓合作伙伴相信，是時(shí)候采用新能源了。這是因?yàn)閷τ谕瞥鋈履茉吹娘w機(jī)，并不是空客一家愿意投入數(shù)十億歐元就可以解決問題的，還需要合作伙伴的大力支持。這其中不僅包括發(fā)動(dòng)機(jī)制造商這樣的傳統(tǒng)合作伙伴，更需要整個(gè)航空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的積極配合。但目前看來，還沒有合作伙伴對此明確表態(tài)，相反不少企業(yè)認(rèn)為，空客和歐盟擬定的時(shí)間期限或許過于樂觀了。

5G、機(jī)器人從概念變現(xiàn)實(shí)

在突發(fā)疫情的沖擊下，航空產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)開始反思如何通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品共線生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線，能夠增進(jìn)工廠管理生產(chǎn)的更多數(shù)字化工具、更為精簡的自動(dòng)化內(nèi)部流程、智能化數(shù)據(jù)化的管理結(jié)構(gòu)，于是5G技術(shù)、智能機(jī)器人等被企業(yè)視為新格局下的生存之道。

如今，地面5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，盡管在商用飛機(jī)上還未能在空中實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)連接，但航空業(yè)正在大力推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。

美國空中互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商Gogo公司正在開發(fā)一種新型天線和調(diào)制解調(diào)器，并已經(jīng)于2020年完成了地面點(diǎn)建設(shè)和飛行測試工作，根據(jù)計(jì)劃將在2021年年底實(shí)現(xiàn)世界上第一個(gè)機(jī)上連接5G空對地網(wǎng)絡(luò)。

在機(jī)場和航空維修企業(yè)，5G技術(shù)在2020年也進(jìn)一步得到了推廣與應(yīng)用。2020年，諾基亞通過使用其數(shù)字自動(dòng)化云端到端私有無線網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算平臺(tái)，在德國漢堡部署了一個(gè)5G專用無線網(wǎng)絡(luò)，漢莎技術(shù)公司利用該網(wǎng)絡(luò)開展了一項(xiàng)名為“虛擬臺(tái)板”檢查項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，漢莎的維修工程師利用5G網(wǎng)絡(luò)就可以在所在地的工廠內(nèi)通過遠(yuǎn)程虛擬協(xié)同的方式對發(fā)動(dòng)機(jī)零件進(jìn)行檢查。同時(shí)，諾基亞還在與比利時(shí)的移動(dòng)運(yùn)營商合作，計(jì)劃在布魯塞爾機(jī)場使用相同的技術(shù)探索機(jī)場5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

除此之外，業(yè)界還開始研究如何使5G技術(shù)成為無人機(jī)、電動(dòng)出租飛行、空中交通管理部門以及無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商之間數(shù)據(jù)和信息的共享媒介。NASA更是直言將進(jìn)一步探索5G在低空空域的數(shù)據(jù)共享，為此NASA已經(jīng)贊助了多個(gè)用于開拓先進(jìn)空中機(jī)動(dòng)（AAM）市場中通信、導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展需求項(xiàng)目。

考慮到后疫情時(shí)代，成本將成為制造商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一，機(jī)器人的應(yīng)用將進(jìn)一步加大。為此，產(chǎn)業(yè)鏈中的相關(guān)配套企業(yè)已經(jīng)開始提前進(jìn)行新技術(shù)的布局。

例如，法國知名的Coriolis公司為了進(jìn)一步提高大型結(jié)構(gòu)件市場復(fù)合材料的制造效率，開發(fā)了全新的C5自動(dòng)鋪絲機(jī)。該設(shè)備是當(dāng)前最先進(jìn)、最靈活的干纖維鋪放系統(tǒng)之一，充分滿足了飛機(jī)制造商對于幾何形態(tài)極為復(fù)雜的零部件的生產(chǎn)需要。

此外，德國航空航天中心還首次測試了機(jī)器人的雙工位生產(chǎn)法，兩臺(tái)機(jī)器人在具有重疊工作區(qū)域的軌道上同時(shí)鋪設(shè)飛機(jī)機(jī)翼外殼纖維。為了最終實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)方式，德國航空航天中心還聯(lián)合多家企業(yè)啟動(dòng)了名為GroFi的項(xiàng)目，即多機(jī)器人AFP/ATL制造單元項(xiàng)目。顯然，這種多機(jī)器人鋪設(shè)模式是倍速提高生產(chǎn)效率的有效方式，如果這一方式最終得以應(yīng)用，標(biāo)志著航空復(fù)合材料制造技術(shù)朝著低成本、高效率邁出了巨大的一步。