趙妮妮 上海飛機(jī)客戶服務(wù)有限公司技術(shù)出版物部

引言：設(shè)想在人員很少的情況下，需要在短時(shí)間內(nèi)收集某架飛機(jī)所有的信息，并提出維修方案，你怎么辦？

如果依靠傳統(tǒng)的方法，可通過查找該架飛機(jī)的基本信息、3D模型、零組件信息、航材信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、可靠性信息等，依靠多個(gè)專業(yè)的技術(shù)人員配合工作，分別開展各自領(lǐng)域的收集和分析，才能為下一步的任務(wù)提供輸入。但如果有一個(gè)始終伴隨真實(shí)飛機(jī)的“影子飛機(jī)”，包含了完整的真實(shí)飛機(jī)信息并與真實(shí)飛機(jī)保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，上述問題就迎刃而解，只需要調(diào)出“影子飛機(jī)”的相關(guān)信息并加以分析即可。這種始終伴隨真實(shí)飛機(jī)的“影子飛機(jī)”，就是數(shù)字孿生技術(shù)的未來應(yīng)用場(chǎng)景之一。

1 概述

1.1 數(shù)字孿生技術(shù)的提出

數(shù)字孿生（DigitalTwin）的概念最早出現(xiàn)于2003年，由美國(guó)密歇根大學(xué)的邁克爾.格里菲斯教授在他所講授的產(chǎn)品生命周期管理課程上引入，并且于2014年在其所撰寫的白皮書中進(jìn)行了詳細(xì)的闡述?？稻S護(hù)等問題中。

圖1 美國(guó)航天器數(shù)字孿生技術(shù)

首先在數(shù)字空間建立真實(shí)飛機(jī)的模型，并通過傳感器實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)真實(shí)狀態(tài)完全同步，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過往載荷，及時(shí)分析評(píng)估是否需要維修，能否承受下次的任務(wù)載荷等。

1.2 數(shù)字孿生技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字孿生是產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)中心，貫通到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真、工藝及后面的使用和維護(hù)。數(shù)字孿生也是全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)中心，數(shù)字孿生的主要特征是：

（1）規(guī)模性：涵蓋產(chǎn)品所有數(shù)據(jù)，機(jī)器可讀，單一數(shù)據(jù)源。

（2）互操性：設(shè)計(jì)的“理論”和制造的“實(shí)測(cè)”可進(jìn)行直接比較和分析。

（3）保真性：可用于生產(chǎn)模擬，對(duì)自動(dòng)或手工作業(yè)進(jìn)行模擬，包括制造、裝配等。

（4）可擴(kuò)展性：價(jià)值網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的基礎(chǔ)，包括廠際、供應(yīng)鏈上下游之間乃至全球范圍的協(xié)

1.3 數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字孿生技術(shù)目前制造領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛使用。2011年，空客在A350XWB 總裝線上部署了企業(yè)定位智能解決方案，實(shí)時(shí)連接其工業(yè)物體，通過在關(guān)鍵工裝、物料和零部件上安裝射頻識(shí)別（RFID）單元，生成A350XWB 總裝線的數(shù)字孿生，見下圖。使工業(yè)流程和設(shè)備應(yīng)用更加透明化。

圖2 空客生產(chǎn)線數(shù)字孿生

2 基于數(shù)字孿生的OBOM構(gòu)建

數(shù)字孿生技術(shù)在航空工業(yè)運(yùn)行支持領(lǐng)域還處于研究階段，目前還未有航空企業(yè)運(yùn)用于實(shí)踐，屬于待開發(fā)的“黑科技”。美國(guó)《航空周報(bào)》預(yù)計(jì)：到2035年，當(dāng)航空公司接受一架飛機(jī)的時(shí)候，將同時(shí)還驗(yàn)收另外一套數(shù)字模型。每個(gè)飛機(jī)尾號(hào)都伴隨著一套高度詳細(xì)的數(shù)字模型。”每一特定架次飛機(jī)都不再孤獨(dú)。因?yàn)樗鼘碛幸粋€(gè)忠誠(chéng)的影子，終生相伴，永不消失。這是對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)在客服領(lǐng)域使用的構(gòu)想。

隨著我國(guó)運(yùn)行支持技術(shù)的不斷進(jìn)步，在構(gòu)建服務(wù)物料清單(SBOM)和單機(jī)物料清單（OBOM）技術(shù)上與國(guó)外飛機(jī)制造商的差距正在逐步縮小。服務(wù)物料清單(SBOM)是基于3D模型的服務(wù)工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的支撐技術(shù)如構(gòu)型管理技術(shù)和S1000D編碼技術(shù)目前已經(jīng)趨于成熟，單機(jī)物料清單（OBOM）是基于SBOM的單架次飛機(jī)的數(shù)字化飛機(jī)，從交付開始，伴隨真實(shí)飛機(jī)一生。

圖3 基于數(shù)字孿生的OBOM概念

2.1 SBOM的構(gòu)建

SBOM主要來自于對(duì)工程物料清單和制造物料清單的重構(gòu)和轉(zhuǎn)換，通過重構(gòu)和轉(zhuǎn)換，形成SBOM維修視圖、飛行/運(yùn)行視圖等。

圖4 不同BOM之間的關(guān)系

2.2 OBOM的構(gòu)建

在SBOM有效管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)交付信息生成單架次OBOM，主要用于記錄在役單機(jī)的各種交付信息及在運(yùn)行維護(hù)階段產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息。SBOM與OBOM的關(guān)系如下圖所示：

圖5 基于SBOM的OBOM構(gòu)建

3 數(shù)字孿生技術(shù)在OBOM構(gòu)建中的體現(xiàn)

數(shù)字孿生技術(shù)在OBOM構(gòu)建中有3個(gè)方面的體現(xiàn)：

（1）數(shù)據(jù)完整性，OBOM數(shù)據(jù)覆蓋單價(jià)次飛機(jī)的所有數(shù)據(jù)，包括交付數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，可真實(shí)飛機(jī)的完整數(shù)字飛機(jī)；

（2）實(shí)時(shí)保真性：OBOM隨著飛機(jī)的運(yùn)行和構(gòu)型變化，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，始終保持與真實(shí)飛機(jī)同步，通過查看OBOM的模型或者數(shù)據(jù)，與在真實(shí)飛機(jī)上查看是一致的；

（3）功能擴(kuò)展性：真實(shí)飛機(jī)信息需要在電腦上錄入相關(guān)的飛行和維修信息，以便實(shí)施下一步的維修計(jì)劃、航材訂購(gòu)、可靠性分析等，OBOM信息則足以支持后續(xù)維修任務(wù)的開展，并能提供更多的擴(kuò)展功能，如健康監(jiān)測(cè)、與其他飛機(jī)的協(xié)同互操作等。

4 結(jié)束語

數(shù)字孿生的概念已經(jīng)提出超過十年，成為了美空軍和洛馬公司的頂層戰(zhàn)略，得到美國(guó)防部、美空軍和美國(guó)航空航天局大力推動(dòng)，并已經(jīng)在美歐航空航天項(xiàng)目中得到實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)飛機(jī)制造行業(yè)在數(shù)字化領(lǐng)域整體上起步較晚，目前在基于模型的系統(tǒng)工程方面與美歐差距較大，對(duì)數(shù)字線索和數(shù)字孿生的概念可能還比較陌生。

我國(guó)航空工業(yè)運(yùn)行支持技術(shù)的發(fā)展較為迅速，尤其是服務(wù)工程數(shù)據(jù)的體系建設(shè)，與歐美差距不大，目前歐美飛機(jī)制造商尚未實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字孿生技術(shù)的OBOM構(gòu)建，這階段研究國(guó)產(chǎn)飛機(jī)OBOM構(gòu)建，是一個(gè)難得的契機(jī)，必將實(shí)現(xiàn)在該領(lǐng)域的技術(shù)趕超，與發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)制造商齊頭并進(jìn)。