中國航空新聞網(wǎng)訊：航空是數(shù)字工程應(yīng)用的重點領(lǐng)域，對此美國空軍提出了裝備快速研發(fā)生產(chǎn)的需求，而航空工業(yè)界為滿足這些需求，紛紛采用數(shù)字工程技術(shù)來實現(xiàn)對航空裝備研發(fā)的快速迭代。

大國軍事競爭已經(jīng)從單純的裝備對抗上升到能力體系的對抗。美軍發(fā)展數(shù)字工程，就是要對其敏捷供給能力體系進(jìn)行升級，再輔以斷供等手段從供給側(cè)給對手施以降維打擊。美軍在裝備的全生命周期力推數(shù)字工程，離不開國防制造商的鼎力支持。目前，美國主流航空制造業(yè)巨頭都在使用數(shù)字工程技術(shù)，促進(jìn)航電等飛機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和生產(chǎn)。盡管這些企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字工程的方式上存在差異，但毫無疑問，數(shù)字工程對他們而言已變得至關(guān)重要。

對此，美國空軍協(xié)會經(jīng)常組織航空航天研討會，其中一次主題大概就是“為什么必須使用數(shù)字工程，以及如何使用數(shù)字工程”。

波音公司

波音可以說是產(chǎn)品全三維設(shè)計和基于模型定義（MBD）技術(shù)的全球開拓者。進(jìn)入數(shù)字工程時代，波音也沒有停下腳步，例如融合數(shù)字孿生的系統(tǒng)工程“寶石”模型概念就是波音在2018年提出的。美軍曾在2016年展示“工程強(qiáng)韌系統(tǒng)”的效果時，波音也憑借CH-47F、“灰鷹”無人機(jī)、“低成本可消耗飛行器”等項目成為標(biāo)桿公司。當(dāng)然，近年來波音在這方面的主要成績，還是空軍的兩個數(shù)字工程“探路者”項目——eT7A“紅鷹”教練機(jī)和F-15EX戰(zhàn)斗機(jī)。

波音T-7A的總工程師蓋爾·米勒表示，縮短開發(fā)周期對于跟上技術(shù)創(chuàng)新步伐和威脅變化態(tài)勢很重要。以前波音新機(jī)的開發(fā)周期大約是10年，現(xiàn)在需要壓縮到3年。波音在T-7A上使用數(shù)字工程來跟蹤應(yīng)用新的方法，例如使用數(shù)字工程方法來組織的飛機(jī)維修數(shù)據(jù)。

波音此前稱，依托數(shù)字工程方法流程，使得在T-7A教練機(jī)研制中僅利用200人的設(shè)計、制造和測試團(tuán)隊，用時36個月就實現(xiàn)了一架飛機(jī)從零開始設(shè)計到驗證機(jī)首飛。與此同時，首批驗證機(jī)的工程質(zhì)量提高了75%，裝配工時減少80%，軟件開發(fā)和驗證時間縮短了50%。米勒表示，通過數(shù)字線索概念，可以讓每架不同的飛機(jī)都擁有一個數(shù)字孿生體，從而能夠了解每架飛機(jī)的狀態(tài)；而且，每個地面訓(xùn)練系統(tǒng)和每個模擬器也都將配置這個信息，今后可操作使用這些數(shù)字孿生模型。

波音利用數(shù)字工程提速無人機(jī)開發(fā)

波音正在使用數(shù)字工程實施“權(quán)威的虛擬化”，一旦可以采用數(shù)字模型來表達(dá)復(fù)雜系統(tǒng)和“系統(tǒng)之系統(tǒng)”中的各種系統(tǒng)，并且擁有足夠的精度，就可以開始取代傳統(tǒng)的模擬式的搭積木方法。所以對于波音的研發(fā)人員來說，需要了解如何，以及用什么來制造一個經(jīng)確認(rèn)的模型。這對于“權(quán)威的虛擬化”非常重要，因為如果不是所有人都同意模型已得到了引用、結(jié)束引用和確認(rèn)，那么永遠(yuǎn)也不會有“權(quán)威的虛擬化”條件。

而F-15EX作為“數(shù)字化百系列”飛機(jī)的一款機(jī)型，也可以將數(shù)字工程當(dāng)做賣點，其中主要一點就是該機(jī)不再用傳統(tǒng)的模擬式搭積木方法來研發(fā)，而是采用“數(shù)字式樂高”的形式，基于數(shù)字線索建造。該機(jī)在設(shè)計和制造階段即大量使用仿真技術(shù)，可更迅速地測試所有能力并植入新能力；而通過數(shù)字工程和模塊化開放式系統(tǒng)架構(gòu)，可以快速建造并演變?yōu)椴煌男蛣e，也可快速融入新技術(shù)。作為數(shù)字工程的應(yīng)用成果，F(xiàn)-15EX在訓(xùn)練、使用和保障上的通用性很高，在首飛36天后就交付空軍使用。

洛克希德-馬丁公司

洛克希德-馬?。羼R）公司的F-35項目被空軍視為“基于模型的系統(tǒng)工程”（MBSE）的開山之作，而洛馬公司與“數(shù)字工程”的緣分也最深。

在2009年，F(xiàn)-35項目就提出了“打造閉環(huán)的數(shù)字線索”，隨后又提出了擴(kuò)展數(shù)字線索的“數(shù)字織錦”概念，其含義為人、流程、工具和數(shù)據(jù)的框架，集成了整個產(chǎn)品在生命周期內(nèi)和所有學(xué)科的數(shù)據(jù)資源。

2017年，洛馬公司將數(shù)字孿生列為2018年的六大技術(shù)趨勢之首，其臭鼬工廠進(jìn)一步提出“產(chǎn)品數(shù)字世界”概念，其含義為集成了人、流程、工具、物料、環(huán)境和數(shù)據(jù)的框架，跨產(chǎn)品生命周期并連接所有學(xué)科的物理/數(shù)字領(lǐng)域。

類似DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的“產(chǎn)品數(shù)字世界”概念

洛馬臭鼬工廠集成系統(tǒng)總監(jiān)雷妮·帕斯曼表示，該公司正在努力使用數(shù)字工程來縮短對技術(shù)進(jìn)行測試和確認(rèn)的時間，數(shù)字工程、數(shù)字線索或數(shù)字孿生是實現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵，而這幾個術(shù)語背后有隱含之意，即利用相互連接和無縫傳遞的模型和數(shù)據(jù)來實施飛機(jī)在全生命周期內(nèi)的工程活動。

臭鼬工廠還發(fā)布了一段保密中的“競速者”（Speed Racer）無人機(jī)項目視頻，并提到項目的重點并非開發(fā)一款無人機(jī)系統(tǒng)，而是展示對全新“星驅(qū)動”數(shù)字工程工具集的使用，并實現(xiàn)對無人機(jī)系統(tǒng)的快速原型開發(fā)和對其全生命周期的支持?！靶球?qū)動 ”集成了先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計和產(chǎn)品全生命周期管理工具，既加快了設(shè)計速度，又可以更廣泛地使用機(jī)器人、增材制造和自動化質(zhì)量檢測等基于數(shù)字化的技術(shù)。此外，從視頻中可以看到，“星驅(qū)動”這個工具集實際上已經(jīng)在臭鼬工廠開發(fā)X-59“靜音超聲速飛機(jī)”過程中有所使用。

使用數(shù)字工程的好處在于只有一套數(shù)據(jù)，盡管流程中的許多部分還在用他們自己的工具集進(jìn)行開發(fā)，但是每個工具集都連接到同樣的核心信息。這正是“打造閉環(huán)的數(shù)字線索”的概念，即面向單一真相源，并在同一個虛擬環(huán)境中連接工程、制造和供應(yīng)鏈?？梢哉f，“星驅(qū)動”正在重新設(shè)計工程所需的文化、流程和工具，使其在完全集成的數(shù)字工程環(huán)境中運行，并在短時間內(nèi)滿足所有的開發(fā)需求來加快開發(fā)過程。

雷神技術(shù)公司

雷神與聯(lián)合技術(shù)公司合并為雷神技術(shù)公司后，該公司的數(shù)字工程獲得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。公司CTO馬爾科·拉塞爾表示他們關(guān)注了使用數(shù)字線索方法縮短周期情況，且空軍正在探索這種更快的方法來采購雷神技術(shù)從導(dǎo)彈到雷達(dá)的各種產(chǎn)品；而雷神正在整個企業(yè)組織實施這一方法，以使公司將從設(shè)計到交付的時間縮短一半。

雷神利用“洞穴”環(huán)幕VR系統(tǒng)從事開發(fā)

雷神導(dǎo)彈與防務(wù)系統(tǒng)公司空中力量副總裁保羅·費拉羅表示，以任何形式采用數(shù)字工程的需求都不僅僅是錦上添花，而是當(dāng)務(wù)之急，必須以更快的速度設(shè)計和交付武器系統(tǒng)，并提供給作戰(zhàn)人員。雷神技術(shù)公司CEO格雷格·海耶斯強(qiáng)調(diào)，數(shù)字線索概念是公司正在進(jìn)行的“重大努力”。從采用DevSecOps（信息安全術(shù)語，即開發(fā)-信息安全-運營）方式進(jìn)行軟件研發(fā)開始，將使用、供應(yīng)鏈和持續(xù)保障等環(huán)節(jié)整合到單一的數(shù)字線索中，可以使我們將開發(fā)時間縮短一半，可以縮減費用從而降低客戶成本。對于雷神使用數(shù)字線索的最好案例，海耶斯認(rèn)為是對低空和導(dǎo)彈防御傳感器的全新開發(fā)方法，由于部署了數(shù)字工具，從提出需求到推出可實用的模型只需要9個月。

雷神將以三種方式使用數(shù)字能力：改變產(chǎn)品、改變工作方式、優(yōu)化運營。數(shù)字工程使用單一的公共參考數(shù)據(jù)集來完成整個產(chǎn)品交付過程，從而盡可能減少人工交接，以快速開發(fā)構(gòu)成下一代飛機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)。例如雷神在飛機(jī)射頻子系統(tǒng)上使用了數(shù)字工程，在發(fā)現(xiàn)原有設(shè)計導(dǎo)致延遲6個月以后，工程師在數(shù)字空間下對零件進(jìn)行了更改，在大大降低了項目的總體風(fēng)險同時，仍可滿足客戶的需求。這就是在數(shù)字空間好處：快速試錯，無損迭代。

雷神情報與太空公司高級任務(wù)總工程師赫福提·康克林認(rèn)為，開發(fā)一個全新的系統(tǒng)并準(zhǔn)確預(yù)測何時能夠投入使用是非常困難的。過去在產(chǎn)品最終投入使用之前，其研發(fā)過程的成本和周期在前期都是很難確定的。數(shù)字工程使該公司的工程師對成本和性能之間的權(quán)衡等因素有了新的認(rèn)識，而且還可以減少很多繁復(fù)的工作。以往在一個項目開始之前，要預(yù)先花費大量時間和精力編寫詳細(xì)的需求；而通過數(shù)字工程甚至可以在項目啟動之日再開始編寫代碼、采用代碼來顯示實際的需求。

雷神技術(shù)旗下的普惠公司在數(shù)字孿生技術(shù)方面也有經(jīng)驗。采用數(shù)字孿生方法，將使普惠的技術(shù)和管理人員理解從設(shè)計到制造的模型的變化過程，甚至每一個零件的變化都可以體現(xiàn)出來。作為F-35項目發(fā)動機(jī)供應(yīng)商，普惠的數(shù)字工程轉(zhuǎn)型很早就開始了。而將數(shù)字孿生帶入真實使用環(huán)境，這也是雷神技術(shù)公司運營轉(zhuǎn)型的一部分。

82年高齡的測量設(shè)備已經(jīng)接入數(shù)字線索

L3和通用原子公司

L3哈里斯技術(shù)公司也是新近重組而成的巨頭，該公司精確交戰(zhàn)系統(tǒng)總裁大衛(wèi)·杜干表示，數(shù)字工程使他們能夠加快產(chǎn)品開發(fā)速度，開發(fā)團(tuán)隊的規(guī)模也得以縮減。L3哈里斯將這種技術(shù)用于虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)，他們?yōu)檎麄€虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)建了完整的高逼真度數(shù)字3D CAD模型，使用項目提供的現(xiàn)有CAD圖紙，并且為尚未建模的部件也制作了CAD模型，從而建立了完整的虛擬系統(tǒng)?？蛻艨墒褂肰R頭盔在虛擬世界中來對人員進(jìn)行培訓(xùn)，任務(wù)操作場景和這些零件十分真實。

通用原子航空系統(tǒng)公司依靠無人機(jī)成功躋身主承包商行列，其先進(jìn)項目高級總監(jiān)邁克爾·阿特伍德表示，該公司在開發(fā)混合電推進(jìn)系統(tǒng)時采用了數(shù)字工程技術(shù)，這些技術(shù)正在幫助他們克服混合電推進(jìn)的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括動力、熱管理和電氣設(shè)計等。過去這些挑戰(zhàn)的應(yīng)對都是艱難的，因為在設(shè)計和分析的同時，就需要實時進(jìn)行整體優(yōu)化。在應(yīng)用數(shù)字工程技術(shù)后，諸如結(jié)構(gòu)設(shè)計師可以在設(shè)計的同時就對風(fēng)扇葉片進(jìn)行增材制造，并與熱力學(xué)工程師和電氣設(shè)計師實時交流。總體而言，該公司認(rèn)為數(shù)字工程通過允許在工業(yè)界的不同領(lǐng)域之間建立更多的聯(lián)系，從而帶來了科技文化的改變。

BAE系統(tǒng)和羅羅公司

不止是美國公司，在美國防務(wù)領(lǐng)域開展業(yè)務(wù)的英國公司也在大力推進(jìn)數(shù)字工程，特別是在追隨《數(shù)字工程戰(zhàn)略》實施轉(zhuǎn)型方面。

例如BAE系統(tǒng)公司正在平臺就緒和現(xiàn)代化、C5ISR、情報、賽博與IT，以及太空能力方面使用數(shù)字工程工具來開發(fā)、集成和維護(hù)復(fù)雜平臺與IT系統(tǒng)，并在生命周期中提供有充分依據(jù)的項目決策。其中一個數(shù)字工程轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略是“用于卓越敏捷制造、集成和持續(xù)保障的先進(jìn)集成數(shù)據(jù)環(huán)境”（ADAMS）參考架構(gòu)，這是一種企業(yè)級的集成數(shù)字工程環(huán)境。

BAE的虛擬、協(xié)同數(shù)字工程工具和基礎(chǔ)設(shè)施旨在驅(qū)動創(chuàng)新解決方案，提供最新技術(shù)并加快向云遷移，以支持美國政府客戶的需求。這些工具套件包括MBSE/數(shù)字線索/數(shù)字孿生、集成產(chǎn)品生命周期管理和供應(yīng)鏈管理、云服務(wù)、Al與機(jī)器學(xué)習(xí)、VR/AR/MR，以及SecDevOps（信息安全術(shù)語，即信息安全-開發(fā)-運營，與前文相比，區(qū)別是將信息安全放在設(shè)計階段考慮）等。

創(chuàng)新英國”組織的數(shù)字推進(jìn)器機(jī)構(gòu)

BAE在位于華盛頓的數(shù)字工程實驗室中部署了高逼真度VR和AR系統(tǒng)，并正在開發(fā)實時數(shù)字孿生技術(shù)，在工程設(shè)計上進(jìn)行協(xié)作，執(zhí)行交互式的系統(tǒng)維護(hù)，并提供沉浸式終端用戶支持培訓(xùn)?；谑褂弥械娘w行試驗數(shù)據(jù)，BAE的工程師將基于模型的方法應(yīng)用于飛行后的分析，在基于模型的工程環(huán)境中使用基于物理特性的六自由度模型，并通過仿真飛行軌跡來研究飛行試驗中的異常。

而羅羅公司工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型負(fù)責(zé)人約翰·馬特里克表示，他們從使用數(shù)字工程中學(xué)到的經(jīng)驗是，如何在項目中識別價值、風(fēng)險、成本和需求，使他們能夠?qū)⒛繕?biāo)對準(zhǔn)在數(shù)字工程的應(yīng)用中受益最大的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 飛機(jī)設(shè)計