系统|航空制造巨头利用数字工程提速飞机系统设计 f-35

文章插图

文章插图

文章插图
大国军事竞争已经从单纯的装备对抗上升到能力体系的对抗，美军发展数字工程就是要升维其敏捷供给能力体系，再辅以断供等手段从供给侧给对手降维打击。美军在装备全生命周期力推数字工程，离不开国防制造商的鼎力支持，目前，主要的航空制造巨头都在使用数字工程技术，促进航电等飞机系统的开发和生产。尽管这些企业在应用数字工程的方式上存在差异，但毫无疑问，数字工程对他们而言已变得至关重要。美国空军协会经常组织航空航天研讨会，其中一次的主题大概就是“为什么必须使用数字工程，如何使用数字工程”，行业大佬纷纷发言，本篇就让我们“听其言、观其行”。
美国波音公司
波音可以说是产品全三维设计和基于模型定义（MBD）的全球开拓者，进入数字工程时代，它自然也敢为人先，像融合数字孪生的系统工程“宝石”模型概念就是波音在2018年提出的。美军2016年展示“工程强韧系统”的效果时，波音也凭借CH-47F、“灰鹰”无人机、“低成本可消耗飞行器”等项目成为标杆。当然最值得称道的，还是空军两个数字工程“探路者”项目——T-7A“红鹰”高教机和F-15EX战斗机。
波音T-7A的总工程师盖尔·米勒表示，缩短开发周期对于跟上技术创新步伐和威胁变化态势很重要，以前波音新机的开发周期大约是10年，现在需要压缩到3年！“绝对不能超过10年，否则我们还在生产产品的时候，威胁就已经改变了。”波音在T-7A上使用数字工程来跟踪新的方式方法，比如使用经数字工程方法组织好的飞机维修数据。米勒举了例子，通过“大家都熟悉”的数字线索概念，让每架不同尾号的飞机都拥有一个数字孪生，从而能够了解每架飞机的状态。而且，每个地面训练系统和每个模拟器也都将拥有这个信息，今后在操作使用和从数据中学习这方面，我们将打破常规。
波音对外宣称，T-7A教练机研制中依托数字工程方法流程，使得不到200人的设计、制造和测试团队，仅用时36个月就实现了从全新设计到验证机首飞，并将首批验证机的工程质量提高75%，装配工时减少80%，软件开发和验证时间缩短50%。
波音正在使用数字工程实施“权威的虚拟化”。一旦我们达到这一点，即数字模型来表达复杂系统和系统之系统中的各种系统，并且拥有足够精确的水平，就可以开始取代传统的模拟式搭积木方法。所以对我们来说，需要了解如何以及由什么造就一个经确认的模型。这对于权威的虚拟化非常重要，因为如果不是所有人都同意模型得到了引用、结束引用和确认，那么永远也不会有权威的虚拟化条件。
米勒还“凡尔赛”了一下，“T-7A是波音可以与公众分享其数字工程成果的领域，一般不这么做”。这句话很有意思，因为波音在“数字化百系列”飞机或F-15EX上可也是将数字工程当卖点的，还制作了一堆视频说明其先进性。其中一点就是不再用传统的模拟式搭积木方法，而是“数字式乐高”。F-15EX是基于数字线索建造的，在飞机设计和制造阶段使用仿真技术，可更迅速地测试所有能力并植入新能力。通过数字工程和模块化开放式系统架构，可以快速建造并演进为不同的型别，可快速融入新技术，“从第一天其就不断进化”。此外，F-15EX之前的机型在训练、使用和保障上的通用性很高，因此首飞36天后就交付空军！
美国洛马公司
洛克希德·马丁公司（下称洛马公司）作为主承包商的F-35项目被空军视为基于模型的系统工程（MBSE）的开山之作，洛马与“数字工程”的缘分也最深。2009年，F-35项目就提出了“打造闭环的数字线索”，随后又提出了扩展数字线索的“数字织锦”概念，其含义为一个人、流程、工具和数据的框架，集成了整个产品生命周期和所有学科。2017年，臭鼬工厂进一步提出“产品数字世界”概念，其含义为集成了人、流程、工具、物料、环境和数据的框架，跨产品生命周期和所有学科连接物理和数字领域。当年，洛马公司将数字孪生列为2018年的六大技术趋势之首，而数字空间镜像物理世界，是“万事万物”的完整数字孪生。