3D打印、大数据以及航空航天等领域的制造趋势

物联网（IoT）指的是不断增长的物理对象网络，这些物理对象都嵌入了传感器，以实现彼此之间的连接和数据交换。工业物联网（IIoT）包括工业领域的物联网设备，这些设备能够提供极大的数据集，可通过计算分析来揭示模式，趋势和关联，统称为大数据。

工业物联网解决方案已经改变了制造业的发展模式，第四次工业革命和工业4.0这样的术语现在经常被用来形容这种转变。尽管许多行业已经接受了工业物联网，但这些行业或许远没有如航海和国防等领域一样发生如此大幅度地变化，或者可以说是没有产生如后者这样令人印象深刻的结果。

根据联合市场研究公司在2017年的一份报告，全球物联网收入最大的一部分来自北美航空航天和国防市场。2016年，航空航天和国防市场的全球物联网估值为1900万美元，预计到2023年这一数值将达到4000万美元，从2017年到2023年的复合年增长率（CAGR）增长率为11.8％。

该报告指出，物联网传感器和控制器的成本持续下降是工业物联网硬件、软件和服务越来越多被采用的主要因素。成本降低的原因包括来自互联网渗透率的整体增长以及自动化和分析需求的增长等多个方面。

在Jabil新加坡工厂生产的6台惠普公司型号为4210 的3D打印机可用于大批量生产；图片来源：惠普公司。

航空航天和国防市场的主要大型参与者，包括空中客车公司，波音公司，通用航空公司，洛克希德马丁公司，诺斯罗普公司和UTC公司等，通过大量使用工业物联网解决方案加快并优化了零部件的生产过程。这些方案包括具有预测性维护功能的传感器和软件；生产中增加使用自动化和增材制造（AM）技术；在数字线程上运行增强质量系统；使用数据连接制造过程中传统孤立元素的通信框架，并提供整个制造生命周期中的资产汇总视图。

改变传统供应链
能够提供连接式解决方案的公司在航空航天制造业中越来越受欢迎。其中一家这样的公司——Jabil，就能够提供设计，制造，集成，测试和供应链管理等服务。

起初，Jabil公司专注于高混合，中低产量的产品。但现在，该公司正在利用惠普的多射流熔融3D打印机进行大批量生产。

自2016年公开推出多射流熔融3D打印技术以来，惠普公司已经与航空航天和其他大批量市场建立了重要的合作伙伴关系。2017年，惠普和德勤联盟宣布建立更加灵活的制造供应链，并在整个制造生命周期内优化效率。在2018年，惠普和Jabil联合报道称Jabil的来自惠普公司的多射流熔融3D打印机的安装量增加了一倍，在美国和新加坡，多射流熔融3D打印机的数量已经由原来的6台增长到了十多台。

“Jabil在29个国家拥有共计100多家工厂，并一直致力于开发各种各样的产品，”来自惠普3D打印公司副总裁兼客户和市场开发全球主管Scott Schiller说道：“由于全球遍布足迹庞大，在制造过程中，如果需要从A点到B点，传统供应链则需要大量的时间，费用和资源，因为这其中所涉及的距离和物理工作量都很大”。

Jabil和惠普最终达成一致看法，这个问题的理想解决方案是分布式制造。

“Jabil将分布式制造定义为能够使产品更接近最终客户的消费点，”Jabil数字制造副总裁John Dulchinos说道：“分布式制造不再依赖大型集中式工厂生产产品，而是利用规模较小，地域分散的设施来改变产品的生产方式并将其交付给市场”。

Dulchinos和Schiller指出，分布式制造框架和快速增材制造技术的结合消除了仓库存储备件的需求。Schiller说道：“多射流3D打印技术削减了成本和时间，缩短了物流距离，缩短了产品上市时间，并通过重新构想数字供应链优化了数百万次的不同区域公司之间的互动”。

为此，Jabil还增加了使用新的基于云技术的增材制造网络以数字方式集成和简化制造流程的能力。该网络的一个目的是使部件能够在偏远的位置进行流体设计，原型制作和生产；另一个目的则是将生产工作量转移到实时最有意义的地区和市场。两者都可能成为航空航天制造供应链的福音，特别是随着更多自动化和数据驱动的制造业的不断发展。


提高测量和检测能力

海克斯康制造智能公司（Hexagon Manufacturing Intelligence）正在扩大其在航空航天工业制造领域的验证和结果可追溯性工程解决方案。作为数字制造业崛起的早期贡献者，海克斯康公司认识到100％的检测已不再足够——如今，工程师也需要接受100％的验证。

为实现这一目标，海克斯康专注于四个领域：用于检测航空航天发动机部件复杂几何形状的三维坐标测量机（CMM）；最大机身的激光跟踪器引导装配；轻质材料的非接触式激光扫描以及统计数字连接分析和信息传递。

海克斯康也是数字线程的强力支持者，该概念同样是海克斯康今年夏天在拉斯维加斯举行的年度HxGN Live会议的核心。海克斯康公司的总裁兼首席执行官诺伯特汉克Norbert Hanke在会议之前表示，数字制造的未来将非常依赖于数字线程，例如，预测产品质量等。总的来说，海克斯康已经着重教育OEM和质量专业人士，特别是航空航天业的专业人士，了解并学习企业如何将设计，工程，生产和计量共同组织成一个灵活的，数据驱动的生态系统。

此外，非接触式测量系统：例如自动3D扫描和CMM尺寸检测，已成为航空航天质量控制的标准之一。在这些方面，海克斯康，Creaform，尼康，FARO，Jenoptik和Capture3D等公司正在不断创新以满足新的需求。

如今，更多的制造商在规范允许的情况下纷纷开始放弃用于接触式测量系统的传统量具或接触探针，这是由于更好的光学元件、照相机、照明和软件非常明显的增加了技术的能力。

在生产质量和快速性方面，非接触式计量的优势更是显而易见的。这些新型测量系统具有毫米级的精度和高达每秒数百万点的速度，结合易用性，灵活性以及正在快速降低的经济成本等优势——这些都预示着非接触式测量系统将具有更高的吞吐量和更可靠的投资回报率。

工业4.0的实现
虽然，现在没有人可以肯定地说，未来制造车间将会是什么样子，对于航空航天或任何其他行业，Schiller都有一个想法。他认为，未来的工厂将拥有可以推动第四次工业革命的颠覆性技术：包括人工智能，先进机器人，大数据，纳米技术和3D打印技术等。Schiller还预测，工厂如果能够通过3D打印进行数字化转换，带来的影响将远远超出工厂范围。

“产品的设计和创新将会得到加速，供应链将有效缩短，运营也将重新设计”，Schiller说道：“制造业将实现本地化，新工作岗位将不断被创造出来，工人的技能也将获得提升，新市场将激增，新的制造业经济将出现：工厂不再是孤立的生产设施，而是一个关键的，超连接的枢纽。一个庞大的全球数字网络，将制造业带入未来”。

来源： 理化检验物理分册