大數據技術助力民用飛機研制

■ 文/王文捷

王文捷，中國商用飛機有限責任公司信息化中心主任。

飛機研制信息系統的建設為制造更加高質量、低成本的民用飛機保駕護航。

隨著現代大型民用飛機研制過程的信息技術應用的深化，其數字化程度越來越高。同時，民用飛機產品本身的電子化、數字化、集成化程度也越來越高，飛機研制及其運營所產生的數據規模呈爆炸式增長。充分利用大數據技術、挖掘大數據的應用價值，在飛機研制和運營過程中變得越來越重要，而大數據技術也成為一項助力大型客機研制的新的技術手段。

協力共助大飛機早日暢游藍天

中國商用飛機有限責任公司（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，也是統籌干線飛機和支線飛機發展、實現我國民用飛機產業化的主要載體，主要從事民用飛機及相關產品的科研、生產、試驗和試飛，從事民用飛機銷售及服務、租賃和運營等相關業務。公司的愿景是為客戶提供更加安全、經濟、舒適和環保的民用飛機。對民用飛機項目而言，技術的成功只是項目成功的一半，只有達到了商業成功，才真正實現了項目的成功。目前，C919大型客機已有517架訂單。要滿足市場的需求，并且實現商業成功，中國商飛研發能力和總裝制造能力需要有大幅提升，需要更高的研發效率和更低的研制成本，還需要有更高的生產質量、更強的批量生產能力以及更環保的制造過程。中國商飛所制造的飛機需要具有更長的服役周期、更輕的機體結構以及更經濟的運營方式。

為了制造更加高質量、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-供應商”的研制模式，自身作為飛機的主制造商，聯合國際上技術先進、制造能力成熟的供應商共同研制飛機。目前，中國商飛進行飛機的總體設計、各系統的頂層設計、全機各系統的集成、全部機體結構的設計、平尾制造、飛機總裝等工作，西飛、成飛、沈飛、洪都等國內各大飛機制造廠商承擔機體的制造等工作，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）等國外供應商承擔飛機各系統的設計和制造工作。

這一研制模式在為飛機帶來更高的質量、更低的成本、更先進的技術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。大范圍的協作，對項目的協同性提出了很高的要求。民用飛機作為高端復雜產品，其研制中要求更高的安全性和可靠性，要求整個協同過程的可追溯性、各方數據的真實性、數據傳遞的有效準確性。此外，由于飛機研制的周期通常較其他產品更長，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，飛機研制信息系統的建設采用統一的網絡環境和單一數據源，在從方案設計、初步設計、詳細設計到生產制造、試飛取證、運營維護的飛機產品全生命周期中，實現產品數據從工程物料清單（Bill of Material，BOM）到制造BOM，再到客戶服務BOM，最后到交付用戶的BOM的數字量傳遞；實現以產品數據、訂單數據為數據源，安排生產計劃，執行制造。為確保數據源的單一性和數據傳遞過程中的準確性、完整性，飛機研制信息系統需要制定數據定義標準，實現信息系統的高度集成，并且要滿足數據安全的要求。

為大飛機插上大數據的翅膀

在飛機研制過程中，中國商飛形成了以產品數據管理（Product Data Management，PDM）、企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、制造企業生產過程執行系統（Manufacturing Execution System，MES）為核心的研制信息系統，并在試驗、試飛、客戶服務領域建立了試驗、試飛、客戶服務專業信息系統。隨著研發、運營信息系統的完善，飛機研制信息系統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的業務領域，而且在系統運行過程中積累了大量的數據。

作為高端復雜制造行業，大型客機研制過程產生的大數據具有4個主要特點：一是數據量大，一次飛行試驗產生的數據量可達10TB的數量級；二是數據實時性要求高，對飛行狀態數據要求及時響應、及時分析處理 ；三是數據具有多樣性，飛機研制過程的復雜性決定了過程中產生的數據種類復雜；四是數據具有一定的可視化特性，由于基于模型的設計、生產、驗證技術被廣泛應用，大量研制數據與產品模型關聯，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生的數據，包含了從型號研制的各類質量、進度、問題處理數據，到型號生產管理的各類數據、供應鏈管理數據，以及產品定義數據、試驗和試飛等驗證數據、生產制造的各類數據、設備設施的運行數據、飛機交付后的運營數據等。隨著大數據技術的日益成熟，飛機研制信息系統不僅可以充分利用產品主數據、各類結果數據，也能充分挖掘出大量過程數據的價值。

對民用飛機研制而言，大數據技術目前比較成熟的應用主要體現在以下幾個方面：

●產品運營支持

在飛行運行與維護服務領域借助云計算、大數據技術進行高效的海量數據存儲與分析。將大數據分析技術用于飛機的故障預測與診斷，能夠實現預測、預防性維修，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，大數據分析技術還可用于優化航空公司運營模式，實現可靠性和高性能的平衡，優化飛機優先級調度，提升飛機的運行效率。此外，大數據分析技術能夠提升飛機的運行效率，為飛行安全、優化飛機設計提供決策。

●產品設計優化

將大數據技術與智能感知技術結合，對飛機在飛行（包括試驗飛行和運營飛行）過程中產生的各類數據進行收集和分析，不僅可以實時了解飛機零部件的狀態、預測飛機的潛在故障，還可以針對各類狀態數據對飛機的優化設計給出支持和建議。利用數字雙胞胎技術，模擬產品設計、試驗、飛行，既降低了研發成本，又提升了研發效率。

●智能制造

在飛機制造過程中，將大數據技術與工業互聯網、自動化制造、云計算等技術結合，能夠促進生產進度優化、質量提升、成本控制。具體來說，通過物聯網獲取生產設備運行數據，可以預判設備運行風險，合理安排設備維護計劃，提升設備可靠性，降低運行成本，消減運行風險；通過對制造執行系統、企業資源管理系統等信息系統獲取的生產進度、質量、狀態、庫存等數據進行分析，可以合理制定進度，合理配送物料，及時發現質量問題，優化生產線，提升生產效率和產品質量 ；利用數字雙胞胎技術，可以模擬數字化車間以及數字化生產線的運行，實現零件加工的高度數字化仿真，提升加工制造能力。

以上簡單列舉了大數據技術在飛機研制中的幾個方面的應用，大數據技術在飛機制造這樣的行業里要取得更大的應用價值，離不開更為先進的云計算和工業物聯網技術、更完善的信息化平臺、必要的數據治理標準和數據安全標準。只有這樣，大數據這一信息價值鏈中的“貧礦”才能得到高效開采，由“貧”變“富”。