大數(shù)據(jù)技術(shù)助力民用飛機研制

■ 文/王文捷

王文捷，中國商用飛機有限責(zé)任公司信息化中心主任。

飛機研制信息系統(tǒng)的建設(shè)為制造更加高質(zhì)量、低成本的民用飛機保駕護航。

隨著現(xiàn)代大型民用飛機研制過程的信息技術(shù)應(yīng)用的深化，其數(shù)字化程度越來越高。同時，民用飛機產(chǎn)品本身的電子化、數(shù)字化、集成化程度也越來越高，飛機研制及其運營所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模呈爆炸式增長。充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、挖掘大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，在飛機研制和運營過程中變得越來越重要，而大數(shù)據(jù)技術(shù)也成為一項助力大型客機研制的新的技術(shù)手段。

協(xié)力共助大飛機早日暢游藍天

中國商用飛機有限責(zé)任公司（以下簡稱“中國商飛”）是實施國家大型飛機重大專項中大型客機項目的主體，也是統(tǒng)籌干線飛機和支線飛機發(fā)展、實現(xiàn)我國民用飛機產(chǎn)業(yè)化的主要載體，主要從事民用飛機及相關(guān)產(chǎn)品的科研、生產(chǎn)、試驗和試飛，從事民用飛機銷售及服務(wù)、租賃和運營等相關(guān)業(yè)務(wù)。公司的愿景是為客戶提供更加安全、經(jīng)濟、舒適和環(huán)保的民用飛機。對民用飛機項目而言，技術(shù)的成功只是項目成功的一半，只有達到了商業(yè)成功，才真正實現(xiàn)了項目的成功。目前，C919大型客機已有517架訂單。要滿足市場的需求，并且實現(xiàn)商業(yè)成功，中國商飛研發(fā)能力和總裝制造能力需要有大幅提升，需要更高的研發(fā)效率和更低的研制成本，還需要有更高的生產(chǎn)質(zhì)量、更強的批量生產(chǎn)能力以及更環(huán)保的制造過程。中國商飛所制造的飛機需要具有更長的服役周期、更輕的機體結(jié)構(gòu)以及更經(jīng)濟的運營方式。

為了制造更加高質(zhì)量、低成本的民用飛機，并順利取得適航證，中國商飛采用國際上飛機制造商普遍使用的“主制造商-供應(yīng)商”的研制模式，自身作為飛機的主制造商，聯(lián)合國際上技術(shù)先進、制造能力成熟的供應(yīng)商共同研制飛機。目前，中國商飛進行飛機的總體設(shè)計、各系統(tǒng)的頂層設(shè)計、全機各系統(tǒng)的集成、全部機體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、平尾制造、飛機總裝等工作，西飛、成飛、沈飛、洪都等國內(nèi)各大飛機制造廠商承擔(dān)機體的制造等工作，美國通用電氣公司（GE）、霍尼韋爾公司（Honeywell）、法國賽峰集團（SAFRAN）、德國利勃海爾集團（Liebher）等國外供應(yīng)商承擔(dān)飛機各系統(tǒng)的設(shè)計和制造工作。

這一研制模式在為飛機帶來更高的質(zhì)量、更低的成本、更先進的技術(shù)以及更成熟的取證管理的同時，也對研制管理提出了很大的挑戰(zhàn)。大范圍的協(xié)作，對項目的協(xié)同性提出了很高的要求。民用飛機作為高端復(fù)雜產(chǎn)品，其研制中要求更高的安全性和可靠性，要求整個協(xié)同過程的可追溯性、各方數(shù)據(jù)的真實性、數(shù)據(jù)傳遞的有效準(zhǔn)確性。此外，由于飛機研制的周期通常較其他產(chǎn)品更長，為把握進入市場的時機，需要提高研制效率、縮短研制周期。

基于上述的研制模式和要求，飛機研制信息系統(tǒng)的建設(shè)采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和單一數(shù)據(jù)源，在從方案設(shè)計、初步設(shè)計、詳細設(shè)計到生產(chǎn)制造、試飛取證、運營維護的飛機產(chǎn)品全生命周期中，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)從工程物料清單（Bill of Material，BOM）到制造BOM，再到客戶服務(wù)BOM，最后到交付用戶的BOM的數(shù)字量傳遞；實現(xiàn)以產(chǎn)品數(shù)據(jù)、訂單數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，安排生產(chǎn)計劃，執(zhí)行制造。為確保數(shù)據(jù)源的單一性和數(shù)據(jù)傳遞過程中的準(zhǔn)確性、完整性，飛機研制信息系統(tǒng)需要制定數(shù)據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的高度集成，并且要滿足數(shù)據(jù)安全的要求。

為大飛機插上大數(shù)據(jù)的翅膀

在飛機研制過程中，中國商飛形成了以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）、企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）為核心的研制信息系統(tǒng)，并在試驗、試飛、客戶服務(wù)領(lǐng)域建立了試驗、試飛、客戶服務(wù)專業(yè)信息系統(tǒng)。隨著研發(fā)、運營信息系統(tǒng)的完善，飛機研制信息系統(tǒng)不但覆蓋了大型客機研制的全生命周期和飛機運營客戶服務(wù)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，而且在系統(tǒng)運行過程中積累了大量的數(shù)據(jù)。

作為高端復(fù)雜制造行業(yè)，大型客機研制過程產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)具有4個主要特點：一是數(shù)據(jù)量大，一次飛行試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可達10TB的數(shù)量級；二是數(shù)據(jù)實時性要求高，對飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)要求及時響應(yīng)、及時分析處理 ；三是數(shù)據(jù)具有多樣性，飛機研制過程的復(fù)雜性決定了過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類復(fù)雜；四是數(shù)據(jù)具有一定的可視化特性，由于基于模型的設(shè)計、生產(chǎn)、驗證技術(shù)被廣泛應(yīng)用，大量研制數(shù)據(jù)與產(chǎn)品模型關(guān)聯(lián)，可以進行可視化分析及展示。

大型客機研制及運營過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包含了從型號研制的各類質(zhì)量、進度、問題處理數(shù)據(jù)，到型號生產(chǎn)管理的各類數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈管理數(shù)據(jù)，以及產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)、試驗和試飛等驗證數(shù)據(jù)、生產(chǎn)制造的各類數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施的運行數(shù)據(jù)、飛機交付后的運營數(shù)據(jù)等。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的日益成熟，飛機研制信息系統(tǒng)不僅可以充分利用產(chǎn)品主數(shù)據(jù)、各類結(jié)果數(shù)據(jù)，也能充分挖掘出大量過程數(shù)據(jù)的價值。

對民用飛機研制而言，大數(shù)據(jù)技術(shù)目前比較成熟的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

●產(chǎn)品運營支持

在飛行運行與維護服務(wù)領(lǐng)域借助云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)進行高效的海量數(shù)據(jù)存儲與分析。將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)用于飛機的故障預(yù)測與診斷，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測、預(yù)防性維修，減少空中停車、中斷起飛、延誤和取消航班對航空公司運行的影響。同時，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可用于優(yōu)化航空公司運營模式，實現(xiàn)可靠性和高性能的平衡，優(yōu)化飛機優(yōu)先級調(diào)度，提升飛機的運行效率。此外，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠提升飛機的運行效率，為飛行安全、優(yōu)化飛機設(shè)計提供決策。

●產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化

將大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能感知技術(shù)結(jié)合，對飛機在飛行（包括試驗飛行和運營飛行）過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行收集和分析，不僅可以實時了解飛機零部件的狀態(tài)、預(yù)測飛機的潛在故障，還可以針對各類狀態(tài)數(shù)據(jù)對飛機的優(yōu)化設(shè)計給出支持和建議。利用數(shù)字雙胞胎技術(shù)，模擬產(chǎn)品設(shè)計、試驗、飛行，既降低了研發(fā)成本，又提升了研發(fā)效率。

●智能制造

在飛機制造過程中，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動化制造、云計算等技術(shù)結(jié)合，能夠促進生產(chǎn)進度優(yōu)化、質(zhì)量提升、成本控制。具體來說，通過物聯(lián)網(wǎng)獲取生產(chǎn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)，可以預(yù)判設(shè)備運行風(fēng)險，合理安排設(shè)備維護計劃，提升設(shè)備可靠性，降低運行成本，消減運行風(fēng)險；通過對制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)等信息系統(tǒng)獲取的生產(chǎn)進度、質(zhì)量、狀態(tài)、庫存等數(shù)據(jù)進行分析，可以合理制定進度，合理配送物料，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，優(yōu)化生產(chǎn)線，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 ；利用數(shù)字雙胞胎技術(shù)，可以模擬數(shù)字化車間以及數(shù)字化生產(chǎn)線的運行，實現(xiàn)零件加工的高度數(shù)字化仿真，提升加工制造能力。

以上簡單列舉了大數(shù)據(jù)技術(shù)在飛機研制中的幾個方面的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)技術(shù)在飛機制造這樣的行業(yè)里要取得更大的應(yīng)用價值，離不開更為先進的云計算和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、更完善的信息化平臺、必要的數(shù)據(jù)治理標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣，大數(shù)據(jù)這一信息價值鏈中的“貧礦”才能得到高效開采，由“貧”變“富”。