12月3日，在嫦娥五号探测器软着陆月球不到一天后，一段关于“仙女”住所的短视频便开始刷屏，外加一张高清的月球景观图像——这张照片让西方为之惊叹，还有媒体表示美国应积极与中方接触，甚至邀请中方宇航员前往美国主导的国际空间站。

  嫦娥五号的问世，使得我国成功成为世界上继美国和苏联之后，第三个成功实现无人入月球采样的国家。近年中国探月工程的连战连捷，表明国内航天事业发展喜人，这自然离不开政策、人才及市场的驱动。有数据显示，2020年我国航天市场规模将突破1万亿；在今后的五年内，市场规模将以每年23.5%的速度迅猛发展。预计到2024年，商业航天市场规模将达到2.4万亿。

  技术含量极高的航空航天领域，其产品加工过程并不“高级”——目前仍是劳动密集、工序繁复、工况恶劣、辅以大量工装夹具并以手工制造为主。

“高级”行业，生产“落后”？

  与传统制造行业不同，航空航天产品制造具有尺寸大、结构复杂、性能指标精度高、载荷重、环境洁净度高以及材料特殊等特点，摒除人工作业、全面应用自动化并不是一件易事，它们对自动化中工业机器人的结构、性能、动作流程和可靠性等都提出了很高的要求。

  尽管如此，自动化对于效率的提高仍非常有效。

  也许你不知道~基于工业机器人的航空航天飞行器部件装配钻铆系统，采用机器人自动钻铆技术与装备，制孔效率可达到人工制孔的6~10倍。

  一般来说，在航空航天制造领域，工业机器人不仅要完成典型的点胶、焊接、喷涂、热处理、搬运、装配以及检测等作业，还要进行钻孔、铆接、密封、修整、复合材料铺敷、无损探伤等特种作业任务。

  为什么航天制造自动化会是“刚需”？

  l 航空航天产品制造效率提升的迫切需求

  由于航空航天产品的种类多，属于多品种、变批量混线加工的生产模式，柔性化较差。目前，部件装配、电缆装配、水平测量等多道工序手工作业，辅助半自动化工装设备，纯手工的物流方式和半数字化的车间管理方式，严重制约着航空航天产品生产效率的提高。

EI公司的舱门装配辅助定位机器人

  l 制造质量提升迫在眉睫

  目前，国内外航空航天产品的整体质量和技术水平相差不多。我国航空航天产品相关结构件的制造工艺近年来有大幅度突破，但涉及到总装车间的装配自动化、柔性化和智能化程度，仍然与国外有一定的差距。

  l 生产周期要求高

  工艺设计环节：航空航天产品制造目前多依靠工艺人员看图纸、凭经验进行工艺设计的方式，工艺设计周期较长，缺乏模拟仿真难以保障工艺的准确性，实际验证缺乏系统化；

  产品装配：航空航天产品装配过程中，手工作业工序多，人工技能要求高，延长了新型号产品的生产周期，降低了产品装配质量；

  质检：质量检测和记录基本采用手工方式，没有数据管理和分析系统，难以进行质量问题追溯、难以采集数据进行分析处理提高装配质量。

  以机身喷涂为例，自动化优势明显吗？

  表面喷涂是现代飞机制造过程中最耗时的环节之一，例如一架空客A380飞机的待喷涂面积达3150m2，机身表面仅白色涂层的重量就接近500kg，需要约30名涂装人员工作超过10天才能完成一个架次的喷涂。另外，人工喷涂作业不但质量不稳定，还会对从业人员身体健康造成巨大伤害。相比之下，采用机器人进行自动化喷涂则在喷涂效率、喷涂一致性、安全环保等方面具有独到的优势。

  然而，由于航空产品大多尺寸庞大，远超常见工业机器人的工作空间，故需要经过专门设计、改造或集成的喷涂机器人，其技术复杂度较高，因此应用还不广泛。

  国外技术进展——

机器人飞机精整系统

 l 目前在该领域国外最具代表性的技术成果是洛克希德·马丁公司为F-35战机研制的机器人飞机精整系统（RoboticAircraft Finishing System，RAFS），该系统由飞机定位系统、涂料输送系统、三坐标导轨、3个六轴喷涂机器人以及离线编程系统等组成，可完成F-35整个机身外表的自动化喷涂。

机器人喷涂车间

移动式工业机器人系统

  而面向商用或军用飞机喷涂任务，美国西南研究院（Southwest Research Institute ，SwRI），采用Vetex 公司的麦卡纳姆轮全向移动平台、莫托曼工业机器人以及尼康的iGPS 系统构造了移动式工业机器人系统MR ROAM 2，其末端精度能够达到0.5 英寸，可以满足目前喷涂应用要求。如果采用惯性传感器，其精度有望达到1mm 甚至更高。

军机表面涂层激光剥离系统

 卡耐基梅隆大学国家机器人工程中心（NREC）、CTC 公司以及空军研究实验室采用移动式工业机器人构成军机表面涂层激光剥离系统（见下图）。该系统根据机型大小对机器人进行灵活编组，不仅代替了传统的机械摩擦或化学腐蚀去除法，避免了有害废料和空气污染，还降低了工作量和处理时间。

采用移动式工业机器人进行飞机涂层

  国内技术进展——

  国内近年来在自动化喷涂设备研制方面进展迅速。如清华大学机器人与自动化技术及装备研究室先后研制了一系列具有自主知识产权的超长特种喷涂机器人和大型多机器人喷涂系统，在喷涂机器人结构、控制、测量、软件、工艺和系统集成方面形成了一定的研究特色和技术优势，并已经取得了工程应用。

清华大学研制的大型多机器人喷涂系统THPT-3

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