11項關鍵先進制造技術,六項航空最前沿科技解讀！

01

【增材制造】

Additive Manufacturing

普遍稱為3D打印的增材制造 已經(jīng)成為新一輪工業(yè)革命的旗幟。它明顯不同于以往，專業(yè)人士和愛好者都可用上，但增材制造不過是未來幾年有望給很多東西的制造方式帶來重大變革的一系列新興技術之一。甚至增材制造也非僅限于3D打印。

一項剛剛嶄露頭角的工藝名叫“冷噴涂”，就是通過噴嘴噴射金屬顆粒，由于速度很高，這些顆粒會相互結(jié)合、組成形狀。通過精確控制噴嘴，機器操作員就可以像利 用3D打印機打印一樣制造出齒輪之類的三維金屬物體。物體就像是通過噴繪畫出來的一樣，哪怕是用鈦之類的不常見金屬，也都是可以完成的。

02

【傳感、測量和過程控制】

Advancing Sensing, Measurement,

and Process Control

幾乎所有先進制造技術都有一個共通的東西：它們都由處理巨量數(shù)據(jù)的電腦驅(qū)動。正因如此，那些捕捉并記錄數(shù)據(jù)的東西才如此重要，如監(jiān)測濕度的傳感器、確定位置的GPS跟蹤器、測量材料厚度的卡尺等。這些設備不僅越來越多地用于智能手機的智能化，還使得智能、靈活、可靠、高效的制造技術成為可能。

在一座現(xiàn)代化的工廠里面，傳感器不僅有助于引導日益靈敏的機器，還提供管理整個工廠的運營所需要的信息。產(chǎn)品從誕生到送達都可以跟蹤，某些情況下還可以跟蹤 到送達之后。在這個過程中，一旦有問題出現(xiàn)，比如在噴漆室的濕度不適宜噴涂的時候，傳感器就會偵測出來，向機器操作者發(fā)送警報信號，甚至是向工廠管理者的 手機發(fā)送警報信號。

03

【材料設計、合成與加工】

Advanced Materials Design,

Synthesis, and Processing

新機器將需要新材料，新材料將使新式機器的制造成為可能。隨著將材料細分到原子或分子層級、幾乎不需要經(jīng)過漫長的實驗室步驟就可以進行操縱的進展出現(xiàn)，涂層、復合材料和其他材料的開發(fā)正在加快。

借鑒人類基因組計劃取得的廣受認可的成功，能源部等美國政府機構(gòu)去年發(fā)起成立了材料基因組計劃(Materials Genome Initiative), 其目標是將確定新材料、把新材料推向市場所需要的時間縮短一半。

目前這個過程可能需要耗時幾十年，比如鋰離子電池技術是20世紀70年代?？松?Exxon)的一名員工首次構(gòu)想出來的，但一直要到90年代才開始商業(yè)化。這個計劃涉及的部分工作，便是讓該領域內(nèi)散落在世界各處、兩耳不聞窗外事的研究人員共享創(chuàng)意和創(chuàng)新。

04

【數(shù)字制造技術】

Visualization, Informatics,

and Digital Manufacturing Technologies

工程師和設計師使用電腦輔助的建模工具已經(jīng)有些年頭，不僅用于設計產(chǎn)品，還以數(shù)字方式對產(chǎn)品進行檢測、修正、改良，常常省略了更費錢、更費時的實體檢驗過 程。云計算和低成本3D掃描儀（現(xiàn)在用iPhone就可以做一次簡單的3D掃描）正在將這些方法從尖端實驗室里搬出來，使之進入主流，讓創(chuàng)業(yè)者能夠用上。

Autodesk制作了一套免費的的全功能CAD軟件“123 Design”，汽車制造商一度要用大型計算機才能完成的事情，個人拿這套軟件就可以做了。

05

【可持續(xù)制造】

Sustainable Manufacturing

其目標即便不好實現(xiàn)，理解起來也還是很容易的，就是將每一丁點物質(zhì)、每一焦耳能量最大化地用到生產(chǎn)當中，盡可能地減少浪費。高能效制造是其中的一個重點領域。

比如，制造業(yè)工程師常常會說到“無燈”工廠的潛力，這種工廠在黑暗中持續(xù)運轉(zhuǎn)，不需要加熱或制冷，因為它們基本上都是由機器人或其他機器操作。隨著規(guī)模更小、高度自動化的本地工廠變得更加普遍，再制造和回收或許會變得更加重要，本地供應的材料也會更受重視。

06

【納米制造】

Nano manufacturing

一納米等于一米的10億分之一，所以納米制造的意思就是能夠在分子、甚至原子層面操縱材料。預計納米材料將來會在高效太陽能電池板、電池的生產(chǎn)過程中發(fā)揮作 用，甚至會在基于生態(tài)系統(tǒng)的醫(yī)學應用當中發(fā)揮作用，比如在體內(nèi)安置傳感器，可以告訴醫(yī)生癌癥已經(jīng)消失。未來幾代的電子設備和運算設備或許也會非常依賴于納 米制造。

07

【柔性電子制造】

Flexible Electronics Manufacturing

比如坐在上面的時候會產(chǎn)生彎曲的平板電腦，與體溫連線、在你需要的時候提供制冷的衣服等。這些柔性技術已經(jīng)在向主流進發(fā)，預計會定義下一代的消費設備和運算設備，成為未來10年增長最快的產(chǎn)品門類之一。但這需要極為先進的制造工藝。

08

【生物制造】

Biomanufacturing and Bioinformatics

該領域利用生物有機體或生物有機體的一部分以人工方式生產(chǎn)產(chǎn)品，如開發(fā)藥物和復方藥。它可以用到很多領域，比如能效的提高、納米制造新方法的創(chuàng)造等。

09

【工業(yè)機器人】

Industrial Robotics

工業(yè)機器人可以每天24小時、每周七天地運轉(zhuǎn)，精度可重復且越來越高，時間上可以精確到幾百分之一秒，空間上可以精確到人眼都看不到的程度。它們精確地匯報進展，在接受效率測試的時候做出改進，如果安裝了先進的傳感系統(tǒng)，還會變得更加靈巧（它們也很少發(fā)牢騷）。

隨著機器人變得越來越普遍，它們的經(jīng)濟性也在提高：據(jù)麥肯錫全球研究院(McKinsey Global Institute)的一份報告，1990年以來與人工相比的機器人相關成本已經(jīng)下降高達50%。另外，隨著生物技術和納米技術的進步，預計機器人能夠做 的事情將越來越精巧，如藥品加工、培植完整人體器官等。

10

【先進成形與連接技術】

Advanced Forming and

Joining Technologies

當前大部分機器制造工藝基本上還是依靠傳統(tǒng)技術、特別是針對金屬的技術，如鑄型、鍛造、加工和焊接等。但專家認為，這個領域的創(chuàng)新時機已經(jīng)成熟，可以用新的方法來連接更多種類的材料，同時提高能源和資源效率。比如冷成型技術就有可能作為一項修復技術或先進焊接技術而發(fā)揮重大作用。

11

【先進的生產(chǎn)和檢測裝備】

Advanced Manufacturing

and Testing Equipment

美國提出這六項航空最前沿科技

僅有幾個國家才有能力掌握

洛克希德?馬丁公司的官網(wǎng)

之前發(fā)布了“2018頂尖技術預測”，

盤點未來幾年將在國防

和軍工中發(fā)揮重要作用的6大頂尖技術。

這6大頂尖技術分別是：

“數(shù)字孿生 /Digital Twin、

高超聲速技術/Hypersonics、

機器學習和人工智能技術/Machine Learning & Artificial Intelligence（AI）、

賽博和電子戰(zhàn)/Cyber & Electronic Warfare、

自主化和人機交互協(xié)作/Autonomy & Human-Machine Collaboration、

定向能/Directed Energy。

雖說，預測中提及的這6大技術并非新鮮，或是早已技術發(fā)展十幾年甚至幾十年了，或是如“AI”這般是近年互聯(lián)網(wǎng)科技界的熱詞，總之它們算不上新鮮，也是早早被認定為“未來新技術”，但這次可是國際軍火巨頭中NO.1 的“洛?馬”來畫的重點。

數(shù)字孿生

Digital Twins

“數(shù)字孿生”這個概念是2000年以來不斷發(fā)展的新概念，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬建模、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術融合下的最前沿技術。拋開洛?馬官網(wǎng)上對“數(shù)字孿生”這個概念有些看起來“玄學”的解釋，簡單理解這個“數(shù)字孿生”就是“虛擬制造”和“現(xiàn)實生產(chǎn)”的配對與融合。

“虛擬”，目前各國的航空工業(yè)在飛機設計上的“無紙化”、“數(shù)字化樣機”已是常態(tài)，這就是在電腦上構(gòu)建了“虛擬樣機”。隨著技術進步，這個“虛擬樣機”的功能真實度越來越高，越來越接近最后造出的“物理樣機”，那么在這個“虛擬樣機”就能做更多試驗，盡早的更多的發(fā)現(xiàn)設計上的問題不足、以及改進優(yōu)化完善設計。

韓國四代機設想圖

那么，技術再提高，這個“虛擬”就不只是虛擬這個“樣機”、虛擬測試，還將提前“虛擬”制造、生產(chǎn)、工藝、維護、改進等關乎這架“飛機”全壽命周期中的各個環(huán)節(jié)。因此，當然這些“虛擬”完成后，發(fā)現(xiàn)的問題都解決好后，轉(zhuǎn)入“現(xiàn)實世界”的樣機制造、測試、量產(chǎn)、再升級等環(huán)節(jié)就會節(jié)奏效率非常之高，也就是盡可能快的將設計的產(chǎn)品投產(chǎn)裝備部隊（或者，投入市場）。

所以，這個“數(shù)字孿生”也不只是航空工業(yè)、國防工業(yè)的概念，近年來不論是傳統(tǒng)老牌工業(yè)國還是中國，都在規(guī)劃下一個時代的工業(yè)，不論是“工業(yè)4.0”還是“智能制造”，其中都少不了Digital Twins這個概念。

高超聲速技術

Hypersonics

高超聲速，這個名詞在近年來的軍事新聞中反反復復提及，這多半是因為美國和中國，前者在X-51和HTV系列的高超聲速試驗項目之后，又近一步的實用化研制SR-72高超聲速無人機，而近年來中國也進行了多次高超聲速飛行器試驗。

美國HTV-2高超聲速驗證機，外媒分析稱，中國的高超聲速與此類似。

毋庸置疑，高超聲速武器有著強大威懾力、是改變戰(zhàn)場規(guī)則的戰(zhàn)略級技術！正如，隱身技術之于戰(zhàn)斗機，將會瞬間改變戰(zhàn)場雙方的力量平衡。也顯然，正如當下獨立自主研制了四代機的國家只有美中俄，有能力支持同時研發(fā)兩款四代機的只有美國和中國。在高超聲速技術的發(fā)展上，美國和中國已經(jīng)先期拿到了門票。

與此同時，面對發(fā)展“高超聲速”所面臨的氣動外形、超高聲速風洞、熱防護、先進材料和制造工藝等技術高門檻，絕大多數(shù)已經(jīng)沒有可能與機會了。

機器學習和人工智能技術

Machine Learning & Artificial Intelligence（AI）

機器學習、人工智能（AI），無需贅言了，2017年近乎就是AI元年，這一年，國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)科技公司如果不談AI那就一點不“科技”不fashion了。機器學習和人工智能，也必將成為我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在的一部分。這兩年里，“阿法狗”橫掃棋壇，封神。也是在2016年，在模擬空戰(zhàn)中人工智能程序“阿爾法”（ALPHA）“擊落”了人類飛行員美國空軍假想敵教官、空軍上校Gene Lee。那么，以此為關聯(lián)，展望未來的無人機、有人機飛行員的輔助決策中，都會越來越多了AI的身影。

“阿法狗”封神國際象棋界，同年“阿爾法”在模擬空戰(zhàn)中擊落了人類飛行員

“阿法狗”封神國際象棋界，同年“阿爾法”在模擬空戰(zhàn)中擊落了人類飛行員

賽博和電子戰(zhàn)

Cyber & Electronic Warfare

與上文中的AI不同，賽博和電子戰(zhàn)有著更鮮明的軍事屬性，對敵方電子系統(tǒng)進行破壞、拒止、欺騙、摧毀等，早已成為了現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的“常態(tài)”。如各空軍強國的裝備體系中，早就多了在戰(zhàn)斗機基礎上改裝的“電子戰(zhàn)機”。

電影《空天獵》宣傳中的中國空軍殲-10C，翼下掛載著反輻射導彈。對敵方電子設備的“硬殺傷”屬于電子戰(zhàn)機的“基本款”。當然，中國空軍已有著了專用型號電子戰(zhàn)機的裝備。

而在洛?馬公司的的描繪中，賽博和電子戰(zhàn)技術的發(fā)展將是“開放式架構(gòu)”，便于快速融入新技術，并在不斷變化的威脅面前保持領先優(yōu)勢。

自主化和人機交互協(xié)作

Autonomy & Human-Machine Collaboration

洛?馬公司所關注的“人機交互協(xié)作”，也如今日我們與手中智能手機的關系，手機越來越智能了，我們操作起來也就簡單了。

洛·馬F-35的座艙，大塊觸摸屏是人機新交互方式的技術前提之一，這種大塊觸摸屏顯，中國在珠海航展上曾有展出。

洛·馬F-35的座艙，大塊觸摸屏是人機新交互方式的技術前提之一。

這種大塊觸摸屏顯，中國在珠海航展上曾有展出。

洛?馬旗下的西科斯基公司，正在探索直升機的“自主化”，提高人機協(xié)同能力，提高在諸如運輸、消防、搜索、救援等高風險任務場景中的飛行安全性。以及，隨著飛機座艙顯控系統(tǒng)的“大屏化”、“觸屏化”，新的人機交互方式出現(xiàn)了，飛行員和操作員可以使用觸摸屏/PAD、手勢操作等來操控飛機。

定向能技術

Directed Energy

定向能技術的典型代表，當屬“激光武器”，這是自冷戰(zhàn)時期即興起的“新概念武器”。定向能武器的優(yōu)勢是，無限量“彈藥”、指向性強精度高、“零”飛行時間、發(fā)現(xiàn)即摧毀、殺傷效率高、附帶毀傷小、射速快可快速打擊多個目標，既可用于進攻，也可用于防御。

激光武器已經(jīng)從過去的戰(zhàn)略反導進一步應用下潛，成為可機動靈活的戰(zhàn)術武器。目前，中國和美國都展示過實用化的反無人機激光器。

激光武器的實用化、軍事化應用是頗早，冷戰(zhàn)時期是作為反衛(wèi)星、反導的戰(zhàn)略級武器。但如今，隨著激光武器的發(fā)展進步，激光器可以做到尺寸和重量上的小型化，由此激光武器從過去的戰(zhàn)略級固定部署變成可機動化的戰(zhàn)術武器。隨著激光武器開始走向戰(zhàn)場，增強激光武器的功率，提高激光的毀傷能力和射程，提高“嬌貴”的激光武器可維護性，將是方向。