西門(mén)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(guò)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(lèi)對(duì)于太空的探索帶入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，新應(yīng)用和大膽創(chuàng)新層出不窮，整個(gè)行業(yè)孕育著勃勃生機(jī)。根據(jù)美國(guó)銀行預(yù)測(cè)，至2030年，太空工業(yè)的行業(yè)規(guī)模將達(dá)到1.4萬(wàn)億美元的市場(chǎng)規(guī)模。立足中國(guó)，在政府明確支持民營(yíng)企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天的前提下，中國(guó)的航空航天也進(jìn)入了商業(yè)進(jìn)程。進(jìn)入2023年，如此天翻地覆的變化將對(duì)產(chǎn)品工程的優(yōu)先級(jí)產(chǎn)生怎樣的影響？傳統(tǒng)企業(yè)應(yīng)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(shí)間和成本，降低風(fēng)險(xiǎn)

數(shù)十年來(lái)，行業(yè)機(jī)構(gòu)一直在給定的預(yù)算范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)工程，然而在今天的航空航天時(shí)代，最終價(jià)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(chǎng)中獲得成功，必需降低成本，并采用不同的風(fēng)險(xiǎn)管理方式，以及更加敏捷的客戶(hù)導(dǎo)向型業(yè)務(wù)模式——這既是主流傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)所面臨的難題，也是新入局者的機(jī)遇所在。

設(shè)計(jì)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(shí)間和成本的關(guān)鍵。利用帶有集成模型和測(cè)試功能的數(shù)字孿生技術(shù)，企業(yè)可以縮短決策過(guò)程及開(kāi)發(fā)時(shí)間，進(jìn)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(dòng)自動(dòng)化、實(shí)現(xiàn)零部件的大規(guī)模生產(chǎn)、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法、提高重用率、進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)、反饋循環(huán)、增材制造，并增強(qiáng)機(jī)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(huì)奇思妙想，對(duì)既有方式提出質(zhì)疑。然而，要將這些想法落到實(shí)處，不僅需要遵守時(shí)間和成本方面的制約，還需進(jìn)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(jì)等等，并要將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品，對(duì)其演變發(fā)展進(jìn)行跟蹤，直至整個(gè)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(qiáng)大的探索工具與可擴(kuò)展的仿真方法，另一方面需要一個(gè)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(tái)。

在制定計(jì)劃和設(shè)定交付時(shí)間時(shí)，商業(yè)航天企業(yè)還會(huì)對(duì)各技術(shù)領(lǐng)域的預(yù)期發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(guò)程也需要數(shù)字化平臺(tái)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(shí)、按預(yù)算地完成開(kāi)發(fā)，同時(shí)保持整個(gè)項(xiàng)目平穩(wěn)有序的開(kāi)展。

應(yīng)對(duì)復(fù)雜性問(wèn)題

在太空工業(yè)方面，大部分太空系統(tǒng)都含有先進(jìn)的材料，且涉及大量物理特性。以高度控制推進(jìn)系統(tǒng)或內(nèi)置人工智能的機(jī)器人系統(tǒng)為例，其研發(fā)過(guò)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(yù)測(cè)能力的仿真模型，從設(shè)計(jì)周期之初，對(duì)所有系統(tǒng)進(jìn)行同步優(yōu)化。

有一部分智能系統(tǒng)還會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷演進(jìn)，這些系統(tǒng)包含諸多傳感器，運(yùn)行時(shí)可進(jìn)一步進(jìn)行性能優(yōu)化。此外，智能系統(tǒng)還會(huì)與彼此及環(huán)境進(jìn)行交互，并將信息反饋給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，以便他們進(jìn)行改進(jìn)和預(yù)測(cè)性維護(hù)。這一系統(tǒng)行為意味著必須使用一個(gè)貫穿產(chǎn)品生命周期的數(shù)字化解決方案，以對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理以及分析。同時(shí)，要考慮到太空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖是在嚴(yán)酷的空間環(huán)境中運(yùn)行，設(shè)備一旦離開(kāi)地球大氣層的保護(hù)，就會(huì)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(fù)雜，對(duì)其他行業(yè)來(lái)說(shuō)可稱(chēng)得上先進(jìn)的很多應(yīng)用或材料，對(duì)太空業(yè)而言往往只是標(biāo)配。

要將數(shù)字孿生應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程，離不開(kāi)高性能的仿真軟件。只有專(zhuān)為解決典型太空工程需求而打造的解決方案才能勝任。當(dāng)前，市面上只有少量解決方案能夠滿足此類(lèi)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(dǎo)致了復(fù)雜性的進(jìn)一步加劇。

利用數(shù)字主線和數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)卓越太空項(xiàng)目

太空系統(tǒng)工程需要一個(gè)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(xiàng)目的利益相關(guān)方都能獲取該等數(shù)據(jù)。此類(lèi)平臺(tái)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(xì)設(shè)計(jì)流程、制造、合格性鑒定、認(rèn)證等全過(guò)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(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目期間的所有決策和行動(dòng)的影響進(jìn)行跟蹤。

西門(mén)子的工業(yè)軟件具備開(kāi)放性、靈活性等特點(diǎn)，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(xiàng)目打造統(tǒng)一的數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和用戶(hù)權(quán)限的全面管理，加快創(chuàng)新步伐。