航空裝備制造為什么必須使用數字工程？

2021-06-23 16:01

三、美國雷神技術公司

雷神與聯合技術公司合并為雷神技術公司后，數字工程推進突飛猛進。就在上個月公司首席技術官馬爾科·拉塞爾表示，他與空軍和國防部長辦公室的代表進行了頻繁的會晤，討論了公司對使用數字線索方法縮短周期的關注。“向數字線索方法的轉變代表了整個行業的聚變”，這種方法的好處就在于縮短周期，空軍正在尋找一種更快的方法來獲取公司從導彈到雷達的產品。雷神正在整個企業組織實施這一方法，以使公司將從設計到交付的時間縮短一半。

雷神導彈與防務系統公司空中力量副總裁保羅·費拉羅表示，以任何形式采用數字工程的需求都不僅僅是錦上添花，而是當務之急。作為工業合作伙伴，我們必須保持競爭力，但更重要的是，必須以更快的速度設計和交付武器系統并提供給作戰人員。

雷神技術公司首席執行官格雷格·海耶斯強調，數字線索概念是公司正在進行的“重大努力”，這意味著我們所做的一切都整合到一個單一的數字平臺中（譯者注：像不像空軍集成數字環境？）。

從通過“開發、安全和運維一體化”（DevSecOps）方式進行軟件開發時開始，然后是使用和供應鏈環節，最后是持續保障。將所有這些整合到一個單一數字足跡中的能力可以使我們將開發時間縮短一半，可以縮減費用從而降低客戶成本。海耶斯認為雷神使用數字線索的最好例子是他對低空和導彈防御傳感器的使用方法，由于部署了數字工具，從需求到可實用的模型只需要9個月！

雷神情報與太空公司總裁羅伊·阿澤維多表示，將以三種方式使用數字能力——改變產品、改變工作方式、優化運營。數字工程使用單一的公共參考數據集來完成整個產品交付過程，從而盡可能減少人工交接，公司的工程師們正在擁抱數字工程的概念，以快速開發構成下一代飛機系統的創新技術（筆者注：應該就是“下一代空中主宰”項目中的第六代戰斗機）。他們在新的射頻子系統上使用了數字工程——在根據政府要求設計了系統之后，他們發現等待開發中的組件將使該項目延遲達6個月，而切換到現有零件即可滿足操作要求，小小的改動仍然滿足客戶的需求，但是大大降低了項目的總體風險。（筆者注：這就是在數字空間中做事的好處——快速試錯，無損迭代）

雷神的一位技術人員生動描述了他參與實施的雷達數字工程流程：想象一下使用正在設計的系統來玩視頻游戲，如果我們要構建雷達，我們可以在模擬的世界中將其安裝在飛機上，以確保在執行完所有硬件設計之前，它首先能夠探測到我們想要的東西。我們之前已經完成了計劃性能數據的演示驗證，現在可以將其用于所模擬性能的可視化，這使我們能夠向客戶展示我們可以構建它，并且解決方案將按指定的方式執行。

性能并不是數字工程能夠調整的唯一變量，連接數據與模型的數字線索（筆者注：有時連接不同公司），讓工程師更好地了解一個小的設計更改在多年以后會如何影響成本和進度。我們還可以清晰地顯示充分定義產生不確定性的“接觸點”，這是系統設計中的隱性成本，一筆非常大的支出。可以使用數字工程來暴露、自動化分析并消除這些接觸點，從而使工程師可以專注于更具創造性的工作，總體上講，數字工程可以減少實施工程的人工。雷神情報與太空公司高級任務總工程師赫福提·康克林認為，開發一個全新的系統并準確預測何時能夠投入使用是非常困難的。

當我們從頭開始時，從工程開發和設計到制造，再到最終部署，其成本和周期在前期都是很難確定的。但是，數字工程使我們對成本和性能之間的權衡等因素有了新的認識，對于執行項目計劃來講這非常重要。數字工程還可以減少很多繁復的工作。以往在一個項目開始之前，要預先花費大量時間和精力編寫詳細的需求，而通過數字工程，我們嘗試在啟動日再開始編代碼，使用編碼經驗來告知需求。

公司已經理解了數字工程真正應有的廣度，這是一個端到端的真相源，這意味著它不僅在項目的早期就實施，還貫穿整個項目，并且僅在系統停用后才結束。普惠公司首席運營官謝恩·埃迪表示，數字孿生方法將使普惠的技術和管理人員理解從設計直到制造的模型，特別是每一個零件的變化。

實際上，能夠將數字孿生帶入真實使用環境，可以有各種用途，這項工作也是雷神技術公司運營轉型的一部分。普·惠軍用發動機公司軍事發展項目總工程師馬特·泰克羅茲表示，普惠正在使用數字工程來連接不同的工具并優化自動化的流程，數字工程的真正潛力在于它可以提供跨多個領域的高集成度分析。通過基于模型的系統工程與我們的武器系統承包商建立聯系非常關鍵，這對我們來說是一次真正的機遇。作為F－35項目發動機供應商，普惠的數字工程轉型很早就開始了，幾年前筆者還報道過他們將一臺1939年的測量設備進行了數字化改造，并用于F135發動機的質量保證工作。

四、美國L3哈里斯技術公司和通用原子航空系統公司

L3哈里斯技術公司也是新近重組而成的巨頭，公司精確交戰系統總裁大衛·杜干表示，數字工程使他們能夠加快產品開發速度，開發團隊的規模也得以縮減。“隨著圖形處理單元GPU等處理技術的飛速發展，我們能夠以空前的速度運行這些工具，且就從我們的臺式機上。”

這為推進全數字環境的整個系統生命周期打開了大門，將數字工程與敏捷開發流程一起使用，可以快速開發新產品和新能力。

公司也將這種技術用于虛擬訓練。他們為整個系統構建了完整的高逼真度數字3D計算機輔助設計CAD模型，使用項目提供的現有CAD圖紙，或者如果系統的某些部分并未建模，他們將使用坐標測量機對其進行掃描以構建這些CAD模型，從而建立這個完整的虛擬系統。運營商使用虛擬現實頭盔在虛擬世界中來培訓人們實施維護任務，任務和這些零件的真實性難以令人置信。

通用原子航空系統公司依靠無人機成功躋身主承包商行列，公司先進項目高級總監邁克爾·阿特伍德表示，公司將此數字工程技術與混合電力推進驅動器一起使用。數字工程正在幫助他們克服與混合電力推進發展相關的一些關鍵挑戰，包括動力、熱管理和電氣設計。“這些都是極其艱難的學科……你不僅必須做這些設計和分析，還必須實時地共同優化它們。我們一直在研究設計驅動的基于模型的系統工程，以進行混合電力推進驅動器上風扇葉片的增材制造，這非常令人興奮。”讓結構設計師相信熱設計師、相信制造工程師并分享他們的技藝，將產生巨大的力量，但要使這些技藝融合，就需要有意愿和文化上的改變。數字工程通過允許在工業界的不同領域之間建立更多的聯系，從而帶來了文化上的改變。