??经过一年的跟踪积累和系统分析，我们精心挑选了2016年国外在武器装备研制生产中取得突破或对未来几年武器装备建设具有潜在影响的20条重大动向，供国防制造技术领域相关人员参阅。
1．通用电气公司智能工厂快速从概念走向现实
作为全球大型国防企业智能化发展的领跑者，美国通用电气公司提出“卓越工厂”建设模式，旨在通过数字化主线将各种不同的数字化数据与机器设备连接起来，实现对制造网络的实时可见、分析及优化，到2016年，已经建成3家智能工厂，并推出相应的软件整体解决方案。通用电器公司智能工厂短期内从概念走向现实，建设步伐加快，很具代表性。
2．NIST推出首个智能制造系统测试平台
2016年10月7日，美国国家标准与技术研究院（NIST）推出智能制造系统测试平台，通过推动“数字线”技术,集成已有制造工具、加工工艺和生产数据，为智能制造研发工作汇集信息、知识和经验等共享资源，帮助制造商降低成本、缩短生产时间、减少错误、提高产品质量。该测试平台主要包括三部分：①计算机辅助技术实验室，配备产品设计、制造、检测，数据管理及测试等方面的标准化软件工具；②制造实验室，配备多种数控机床和精密检测设备；③数据发布网络服务器，进行在线数据流处理、收集、存储和发布，提供可用于执行数字化制造的实时、通用兼容的“数据线”。
3．智能增强现实设备显著提升飞机装配检验效率
2016年4月，美国Spirit航空系统公司购买空客公司自行研发的SART智能增强现实工具，部署在两家空客A350 XWB商用飞机部件生产工厂，以提升机身支架的检测和质量控制效率。SART应用了空客公司开发的混合增强现实（MiRA）技术，可通过视觉检测相机在实际图像上叠加飞机三维模型，操作者可将组件安装结果与数字化设计模型进行对比，检验支架是否有遗漏、错装或损坏。检验结束时，SART会自动生成检验报告，记录检测与修理细节。SART工具已部署在空客A320、A380、A350 XWB和A400M等不同机型装配线，并在Spirit航空系统公司实现跨企业应用。采用SART工具后，空客A380机身上6～8万个支架的装配检验时间由3周减至3天，漏检率降低40%。
4．机器人首次用于导弹导引头光学系统装配
光学系统是导弹导引头的核心部件，其装配精度、成像质量对导引头性能有重要影响。2016年1月，美国雷声公司研发出世界首台导弹导引头光学系统精密自动化装配工业机器人，着力解决传统手工装配由于完全依赖工人技艺、粘结剂固化时间长而导致的装配质量一致性差、周期长等问题，将装配时间由原来的2天缩短到不足5分钟。该装配机器人由机器人本体、末端执行器、工具快换装置、软件控制系统、托盘等构成；能高质量完成光学透镜拾放、清洁、视觉检测、粘结剂注入、紫外光固化等一系列装配工艺；具有装配过程可控、装配质量一致性高、自动化程度高、大幅提高装配效率、通用性强等特点。未来，雷声公司将以该装配机器人技术为基础，进行定制开发，进行位标器平台、电子舱等导引头其他精密复杂部件自动化装配，以提高导弹生产效率。
5．美国太空增材制造技术首次实现商业应用
2016年3月， NASA和太空制造公司在国际空间站上安装了首台实用型“增材制造设备”（AMF），开始为国际空间站制造实用物品，为地面商业用户提供制造服务，8月，商业订单已达20余份，包括打印航天器零部件、医用研究设备部件等。太空增材制造技术能够在太空快速制造出在轨作业所需的零部件和工具，实现“即需制造”，避免等待航天发射带来的时间延误和火箭整流罩尺寸的限制，减少其对地面制造的依赖，解决未来载人深空探测任务按需和应急货物原位制造和供应问题。
6．NASA大力发展太空装配技术
2016年，NASA投资2000万美元，授权太空制造公司等，实施“多功能太空机器人精密制造与装配系统”项目，旨在研发装有多个机械臂的空间站3D打印机，实现在轨3D打印、拆卸零部件和集成装配一体化功能，未来五年，有望实现通信卫星发射器等大型结构在轨制造集成一体化。NASA和劳拉太空系统公司提出已结合“蜻蜓”项目，对太空装配商业应用价值进行了研究，并指出，通过“蜻蜓”项目，验证了在地球静止轨道通信卫星任务执行阶段进行天线在轨装配的可行性。此外，还提及在“蜻蜓”项目中，使用了超轻机器人进行在轨天线装配，并在太空装配过程中采用经过国际空间站装配验证的方法来保障机构连接的精度和热稳定性。轨道ATK公司作为NASA “太空机器人组装与服务商业基础设施”计划第一阶段的主承包商，将在为期两年的时间里，联合NASA兰利研究中心和格伦研究中心以及美国海军研究实验室，研发机器人在轨模块化组装技术，用于下一代太空望远镜和太阳能驱动太空运输与通信设备的在轨组装。
7．纳米级3D打印取得重要进展
近年来，3D打印技术发展迅速，并且在微纳米结构成形方面优势突出。2016年，纳米级3D打印技术取得多项进展。美国橡树岭国家实验室等在聚焦电子束诱导沉积（FEBID）技术的基础上，将仿真与实验相结合，开发出仿真引导成形路径的工艺，用于3D打印纳米结构的集成设计和构建，显著提高纳米级3D打印精度与可控性。美国家航空航天局（NASA）开发了等离子3D纳米打印技术，用于柔性表面。维也纳理工大学利用FEBID 3D打印技术制造出纯金纳米结构，其电阻率也从每厘米1欧姆降低为每厘米8.8微欧姆，接近块状黄金的电阻率，或将对纳米等离子体和生物电子器件领域产生重大影响。德国高校开发出利用基于双光子聚合的激光直写技术制造定制的纳米级原子力显微镜探针的技术。
8．4D打印制造出形状可变结构
根据英《科学报告》发表的成果，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室以共聚合物、大豆油和碳纳米纤维制成的可编程形状记忆聚合物为原料，将3D打印和形状记忆折叠方法与导电材料相结合，首次打印出在一定温度下可短暂改变形状的产品，并可根据材料的化学组分确定形状改变和相关温度。目前，该实验室已利用这种制造技术打印出受热时能“由弯曲变直”并且导电的结构、受热时能打开或关闭的盒形结构等。未来该技术有望用于制造可展开的太阳能电池阵列或天线等。
9．3D打印陶瓷材料可耐受1700℃高温
2016年1月，美国加利福尼亚HRL实验室称，利用3D打印技术制成了复杂、耐热、超硬陶瓷组件，其技术核心是一种聚合物树脂制剂；通过采用立体光刻（SLA）增材制造工艺，利用激光一层层固化介质，生成具有复杂外形的零件，然后放入高温加热炉中进行烧制，树脂热解，均匀收缩成高密度陶瓷。该材料可承受超过1700℃的温度，且比类似材料的强度高10倍，可广泛应用于从喷气发动机、高超声速飞行器部件到微机电系统复杂零件和电子器件封装等方面。目前研究团队正在推动该技术的商业化。
10．世界首台“全增材制造”电动泵液体火箭发动机即将投入使用
2016年3月，美国火箭实验室公司宣布，为“电子”号小型火箭研制的“卢瑟福”发动机通过地面点火试车，性能指标满足2017年火箭商业发射需要。“卢瑟福”是世界首台采用电动泵送推进剂的液体发动机，主要部件全部采用电子束熔融增材制造成型，包括发动机的再生冷却燃烧室、泵、主推进剂阀、喷注器等，可3天完成生产，便于发动机快速、批量制造，满足小型运载火箭高频度、快速发射需要。
11．麻省理工学院推出高质量微机电系统增材制造技术
美国麻省理工学院利用桌面型高精度Asiga Pico Plus 27 打印机制造出的电喷射发射器，采用石墨烯氧化物纳米薄片，制备出高质量的微机电系统（MEMS）气体传感器，制造成本仅相当于市场上现有制造技术的百分之一，且没有质量损耗。增材制造使电喷射发射器架构设计具有更大自由，并大幅降低每个设备的生产成本、基础设施成本和相对于硅MEMS多路电喷射源的制造时间。通过制造工艺的优化，在1平方厘米的芯片上内置了多达236个供电电喷射发射器的阵列，在阵列尺寸上增加了6倍，发射器密度上增加了2倍。此项技术的推出为气体微传感器制造开辟了新的技术路径，为电喷射发射器的大规模制造奠定良好基础，初步应用包括低温无光罩微/纳米制造、海水淡化和质谱分析等。
12．美国首次面向国防领域发布增材制造路线图
2016年11月30日，美国发布《国防部增材制造路线图》报告，阐述了开发《国防部增材制造路线图》的背景、目的及方法；从“维护与维持”、“部署和远征”及“新零件/系统采办”归类列出了增材制造技术在国防部领域的应用情况；提出“文化变迁”、“劳动力发展”、“数据管理和数字线应用”等对国防部增材制造取得成功至关重要的非技术使能因素；从“设计”、“材料”、“工艺”及“价值链”四个重点领域，制订了国防范围统一的增材制造技术路线图，并详细描述了各自的目标与技术要素；为美国防部各机构在增材制造领域的协同与合作，多领域高效应用和提高系统成熟度提供了基础和框架。
13．DARPA发展变革性设计技术
2016年4月22日，美国防先期研究计划局（DARPA）宣布启动“变革性设计”（TRAnsformative DESign ,TRADES）基础研究项目，旨在解决现有设计技术与先进材料、先进制造工艺间不匹配的问题，以发挥先进材料、先进制造工艺的技术优势。目前，先进材料和尖端制造能力的发展使得产品性能和结构复杂度大幅提升，已经超过传统计算机辅助设计和物理建模可处理的极限。TRADES项目将从材料科学、应用数学、数据分析及人工智能等技术领域，寻求具有创新设计概念的建议，开发一种革命性的新型设计工具，以充分利用先进材料及制造工艺，开拓设计领域的发展空间。此外，2016年5月，DARPA还启动了“高效科学仿真加速计算”（ACCESS）计划，目标是开发新型混合计算架构，研究利用混合数字和模拟方法，使台式计算机可拥有上万次或更高的计算能力，并能够有效地用于仿真计算应用。
14．“不确定性量化方法”助力武器装备研发建模与仿真
“不确定性量化”（UQ）是利用一系列统计学、数学、可靠性工程、概率学及风险分析工具和技术来确定可能结果的一类统计方法，将其与目前的建模与仿真分析学相结合，从统计学的角度来研究工程建模与仿真的不确定性，可获得更可靠的建模与仿真评估，不仅可确定建模精度，而且能将其与降阶建模技术结合起来，用于提高计算速度和计算的保真度。由于UQ可识别和利用建模与仿真中的不确定性和未知信息，美国陆军武器研发与工程中心（ARDEC）将其作为一种可靠的方法用于武器、弹药产品开发，通过UQ可获得作战人员需要的系统性能、系统故障概率、能最大限度地提高安全性的最好方法、如何降低生命周期成本和试验成本、为适应环境和作战压力需要进行的设计改进以及使系统性能最佳的最优设置等信息，有助于降低测试成本、缩短开发周期、开发适应性强和高可靠性武器系统。
15．美国首次成功合成二维氮化镓材料
2016年8月，美国宾夕法尼亚大学首次合成二维氮化镓材料。该材料由石墨烯辅助的“迁移增强包封生长工艺”制成，具备优异的电子和光学性能。二维氮化镓材料属于超宽禁带半导体材料，具有电子迁移率高、击穿电压高、热导率大、抗辐射能力强、化学稳定性高等特点，将给电子元器件发展带来新的机遇。利用二维氮化镓材料，可制作大功率微波器件等电子器件及多光谱红外光电探测器、深紫外激光器等光电器件。一旦用于军事领域，将大幅提升雷达探测、光电侦察、电子对抗等装备的战技性能。
16．微点阵结构超轻金属实现快速批量生产
2015年10月，美国休斯研究实验室（HRL）利用“自动传布光敏聚合物波导法”（SPWT）工艺制造出微点阵镍材料。该工艺是目前唯一满足该材料微点阵结构设计精度，实现低成本、高效率制备的方法。这项工艺的成熟解决了微点阵镍材料的批产难题。SPWT的工艺流程是：用紫外光将光敏聚合物固化，制备出微观尺度上孔洞均匀的微支架结构；采用化学镀的方法在微支架结构上镀上一层厚度可控的超薄金属膜；在利用刻蚀技术去除支架，最终形成由100纳米壁厚的空心管组成的微点阵材料。SPWT工艺的成熟将显著提高微点阵镍材料的产品批次稳定性、降低制造成本、提高生产效率，实现微点阵材料在武器装备上的大规模应用。
17．生物制造受到高度重视
生物制造已经成为发达国家抢占新一轮科技革命的制高点。美国多次将生物制造列为优先发展领域，并持续加强研发投入。2016年4月，美国发布《先进制造：联邦政府优先技术领域速览》报告，将生物制造确定为重点发展的新兴制造技术；12月，美国防部牵头组建的“先进组织生物制造”创新机构正式成立，专注人体组织生物制造，早期项目重点关注高通量培养技术、3D生物制造、生物反应器、实时监测/感知及检测技术。美、欧在生物制造应用研究方面取得诸多进展，采用全自动化数字制造流程成功研制出首个全3D打印内置结成传感器的器官芯片，可模仿原生组织的结构和功能，为体外组织工程、毒理学和药物筛选研究开辟了新的途径；低成本、无毒超疏水纳米仿生涂层材料，利用带有蜘蛛基因的微生物制造的高强蜘蛛丝，基于土壤细菌基因改造的合成纳米线等技术有望应用于国防领域。
18．欧美开发高效低耗复合材料制造技术
由谢菲尔德大学的先进制造研究中心和波音公司共同开发的复合材料制造技术在能源消耗上降低超过50%，生产成本减少超过45%，部分消耗品和原材料的再循环率提高到了95%。欧洲6个国家的9家公司和研究机构参与该项研究，集中在成形、加工、装配和再循环等领域，目标是确保任一领域不出现浪费和低效。使用复合材料极大减少了成本和环境影响，技术成果正在向工业部门转移。
19．新型耐热金属涂层用于“伊丽莎白女王”号航母飞行甲板
泰恩公司和莫尼特涂料公司联合开发的保护性涂料，主要成分为铝和钛，能够耐受1500℃的高温，可使航母飞行甲板承受F-35B“闪电II”型战斗机喷出的高温高速尾焰。新航母飞行甲板面积19000平方米，其中约2000平方米将铺设该新型耐热涂层，目前已开发出能在10000℃高温下通过等离子射流喷涂粉末金属的机器人喷涂工艺。耐热涂层喷涂工作将在新航母开展海试前完成。
20．英国实现抗辐照、耐高温钢材搅拌摩擦焊
英国焊接研究所采用搅拌摩擦焊技术成功对氧化物弥散强化（ODS）钢进行焊接，这种ODS钢采用传统熔焊方式无法实现。搅拌摩擦焊在焊接过程中能够使被焊材料不发生熔化，也不会出现传统熔焊中氧化物颗粒上浮的现象，使得ODS钢在焊后性能不会减弱。英国焊接研究所已焊接大量OSD钢样品，具有优异抗高温蠕变性能和抗辐照损伤性能，适于核反应堆及发电设备等处于极端高温环境的结构件。
（来源：国防制造）????
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