西門子數(shù)字化工業(yè)軟件Simcenter 航空航天行業(yè)解決方案總監(jiān)Thierry Olbrechts

過去幾年，航空航天的商業(yè)化不斷加快步伐，尤其是在太空工業(yè)領(lǐng)域更是將人類對于太空的探索帶入了一個嶄新的時代，新應用和大膽創(chuàng)新層出不窮，整個行業(yè)孕育著勃勃生機。根據(jù)美國銀行預測，至2030年，太空工業(yè)的行業(yè)規(guī)模將達到1.4萬億美元的市場規(guī)模。立足中國，在政府明確支持民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天的前提下，中國的航空航天也進入了商業(yè)進程。進入2023年，如此天翻地覆的變化將對產(chǎn)品工程的優(yōu)先級產(chǎn)生怎樣的影響？傳統(tǒng)企業(yè)應該如何保持其地位？新入局者要想站穩(wěn)一席之地，又該從何入手？

借用數(shù)字化，節(jié)約時間和成本，降低風險

數(shù)十年來，行業(yè)機構(gòu)一直在給定的預算范圍內(nèi)實現(xiàn)工程，然而在今天的航空航天時代，最終價格已然成為業(yè)務(wù)成敗的決定性因素。要想在商業(yè)市場中獲得成功，必需降低成本，并采用不同的風險管理方式，以及更加敏捷的客戶導向型業(yè)務(wù)模式——這既是主流傳統(tǒng)機構(gòu)所面臨的難題，也是新入局者的機遇所在。

設(shè)計與制造流程的全面數(shù)字化是在產(chǎn)品和流程層面節(jié)省時間和成本的關(guān)鍵。利用帶有集成模型和測試功能的數(shù)字孿生技術(shù)，企業(yè)可以縮短決策過程及開發(fā)時間，進而大幅加快上市速度。數(shù)字化技術(shù)能幫企業(yè)整合不同流程，推動自動化、實現(xiàn)零部件的大規(guī)模生產(chǎn)、系統(tǒng)驅(qū)動方法、提高重用率、進行預測性維護、反饋循環(huán)、增材制造，并增強機械與電氣工程之間的協(xié)同。

在虛擬環(huán)境下探索創(chuàng)新理念

在商業(yè)發(fā)展的促使下，一些新入局者常常會奇思妙想，對既有方式提出質(zhì)疑。然而，要將這些想法落到實處，不僅需要遵守時間和成本方面的制約，還需進行大量工程作業(yè)，包括定義需求，調(diào)研概念，探索架構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計等等，并要將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品，對其演變發(fā)展進行跟蹤，直至整個生命周期結(jié)束。

這其中的大部分工作都可以基于數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)在虛擬環(huán)境下完成。這種方法一方面需要功能強大的探索工具與可擴展的仿真方法，另一方面需要一個可以將所有生命周期環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化平臺。

在制定計劃和設(shè)定交付時間時，商業(yè)航天企業(yè)還會對各技術(shù)領(lǐng)域的預期發(fā)展進行預測，這也是該行業(yè)可以始終處于創(chuàng)新前沿的原因所在。此過程也需要數(shù)字化平臺提供支持，以幫助企業(yè)捕捉、采集所有想法，并執(zhí)行模擬仿真，按時、按預算地完成開發(fā)，同時保持整個項目平穩(wěn)有序的開展。

應對復雜性問題

在太空工業(yè)方面，大部分太空系統(tǒng)都含有先進的材料，且涉及大量物理特性。以高度控制推進系統(tǒng)或內(nèi)置人工智能的機器人系統(tǒng)為例，其研發(fā)過程涉及眾多參數(shù)，工程師需要依靠數(shù)字孿生技術(shù)，設(shè)立具備預測能力的仿真模型，從設(shè)計周期之初，對所有系統(tǒng)進行同步優(yōu)化。

有一部分智能系統(tǒng)還會隨著時間的推移不斷演進，這些系統(tǒng)包含諸多傳感器，運行時可進一步進行性能優(yōu)化。此外，智能系統(tǒng)還會與彼此及環(huán)境進行交互，并將信息反饋給設(shè)計團隊，以便他們進行改進和預測性維護。這一系統(tǒng)行為意味著必須使用一個貫穿產(chǎn)品生命周期的數(shù)字化解決方案，以對海量的數(shù)據(jù)進行管理以及分析。同時，要考慮到太空系統(tǒng)的設(shè)計意圖是在嚴酷的空間環(huán)境中運行，設(shè)備一旦離開地球大氣層的保護，就會面臨不同的重力條件、極端的溫度變化、宇宙輻射等等，情況非常復雜，對其他行業(yè)來說可稱得上先進的很多應用或材料，對太空業(yè)而言往往只是標配。

要將數(shù)字孿生應用于產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)過程，離不開高性能的仿真軟件。只有專為解決典型太空工程需求而打造的解決方案才能勝任。當前，市面上只有少量解決方案能夠滿足此類要求，因此，商用軟件往往需要與內(nèi)部工具結(jié)合使用，而這一集成又導致了復雜性的進一步加劇。

利用數(shù)字主線和數(shù)字孿生，實現(xiàn)卓越太空項目

太空系統(tǒng)工程需要一個完整的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，它既要能夠采集和管理產(chǎn)品生命周期各階段的數(shù)據(jù)，還要確保項目的利益相關(guān)方都能獲取該等數(shù)據(jù)。此類平臺需要提供全面的數(shù)字主線，囊括從需求定義到探索、再到詳細設(shè)計流程、制造、合格性鑒定、認證等全過程信息；而數(shù)字孿生則可以將空間中的產(chǎn)品與其原始需求進行關(guān)聯(lián)，對整個項目期間的所有決策和行動的影響進行跟蹤。

西門子的工業(yè)軟件具備開放性、靈活性等特點，能夠交付滿足產(chǎn)品生命周期各方面需求的解決方案，且這些解決方案可輕松集成至數(shù)字主線之中，為商業(yè)航天和太空項目打造統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和用戶權(quán)限的全面管理，加快創(chuàng)新步伐。