“AR+VR”塑造航空新業(yè)態(tài)

劉思靜

航空產(chǎn)品由于系統(tǒng)復(fù)雜、精度要求高，其質(zhì)量非常依賴(lài)工程人員的技術(shù)水平。因此，現(xiàn)代航空產(chǎn)品的高質(zhì)量要求與產(chǎn)品研制周期和人員培訓(xùn)之間的矛盾越來(lái)越突出。為了解決這些問(wèn)題，勇于創(chuàng)新的工程師們開(kāi)始向其他行業(yè)借鑒經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，徹底顛覆了傳統(tǒng)的飛機(jī)制造、維修、培訓(xùn)方式，航空智能制造的發(fā)展翻開(kāi)了新篇章。

VR培訓(xùn)模擬器

相對(duì)于制造企業(yè)，航空公司在VR技術(shù)的應(yīng)用方面走在了前列，一些公司很早就將VR技術(shù)應(yīng)用于提升乘客的乘機(jī)體驗(yàn)。以新加坡航空為例，公司為每位機(jī)組人員配備了一副微軟公司的VR眼鏡，能夠方便地識(shí)別每位乘客的身份信息，包括旅程終點(diǎn)、同伴旅客、餐飲喜好、過(guò)敏史或其他健康信息等。如此一來(lái)，空乘就可以更快速、有效地解答乘客的常見(jiàn)問(wèn)題。

發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普惠公司受此啟發(fā)，將VR技術(shù)應(yīng)用到其最新的GTF發(fā)動(dòng)機(jī)維修培訓(xùn)中。2017年，普惠公司公開(kāi)展示了其正在研發(fā)的GTF發(fā)動(dòng)機(jī)VR培訓(xùn)模擬器。普惠表示，過(guò)去傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)維修培訓(xùn)需要給每位學(xué)員準(zhǔn)備厚厚的紙質(zhì)材料，有了VR培訓(xùn)模擬器后，將不再需要這些材料。

借助VR技術(shù)，參加培訓(xùn)的工程師和維修人員可以直接看到發(fā)動(dòng)機(jī)各部件在實(shí)際工作時(shí)是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，這是絕大多數(shù)人第一次目睹這一場(chǎng)景。VR培訓(xùn)模擬器將發(fā)動(dòng)機(jī)維修人員從過(guò)去傳統(tǒng)的平面二維世界帶入了立體的三維世界，通過(guò)詳盡的三維動(dòng)畫(huà)短片，普惠公司可以向維修工程師直觀地展示GTF發(fā)動(dòng)機(jī)中各個(gè)零部件是如何相互配合進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的。例如，在培訓(xùn)過(guò)程中，教員可以使用VR技術(shù)將發(fā)動(dòng)機(jī)短艙移除，讓學(xué)員直觀地看到當(dāng)短艙從發(fā)動(dòng)機(jī)上剝離后會(huì)出現(xiàn)什么情況。

目前，普惠已經(jīng)開(kāi)始將GTF發(fā)動(dòng)機(jī)VR模擬器用于員工和客戶(hù)培訓(xùn)。隨著VR技術(shù)的不斷成熟和更多VR工具的推出，普惠計(jì)劃將VR技術(shù)應(yīng)用于公司其他型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的維修培訓(xùn)。除了普惠之外，業(yè)內(nèi)其他企業(yè)也在積極探索VR技術(shù)的應(yīng)用。

知名航電系統(tǒng)供應(yīng)商羅克韋爾柯林斯公司正在開(kāi)發(fā)一個(gè)VR技術(shù)平臺(tái)，希望將VR技術(shù)用于從內(nèi)飾座椅設(shè)計(jì)到技術(shù)人員培訓(xùn)等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域。早在2014年，羅克韋爾柯林斯公司就與WorldViz虛擬現(xiàn)實(shí)軟件公司合作，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于維修培訓(xùn)的VR應(yīng)用工具。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備Oculus Rift，使用者可以身臨其境地“進(jìn)入”飛機(jī)駕駛艙，進(jìn)行故障診斷與排除。

知名維修企業(yè)Magnetic公司2017年推出了一項(xiàng)3D可視化飛機(jī)內(nèi)飾體驗(yàn)服務(wù)，使VR技術(shù)成為客戶(hù)參與客艙內(nèi)飾設(shè)計(jì)的強(qiáng)大工具。以往，客戶(hù)在挑選內(nèi)飾材料時(shí)，只能通過(guò)手掌大小的皮革或地毯樣品選擇內(nèi)飾方案，這就會(huì)發(fā)生客艙完工后的效果與客戶(hù)的預(yù)想出現(xiàn)偏差的情況?，F(xiàn)在借助VR技術(shù)，客戶(hù)可以非常便利地查看應(yīng)用不同材料后客艙的最終內(nèi)飾設(shè)計(jì)效果，從而挑選出滿(mǎn)意的裝飾材料和方案。這一技術(shù)目前已經(jīng)成為Magnetic公司為客戶(hù)提供高附加值服務(wù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也使該公司從眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出。

“AR+智能眼鏡”

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，是通過(guò)電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)疊加到同一個(gè)畫(huà)面或空間，它們同時(shí)存在。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，AR技術(shù)“增強(qiáng)”的是人獲取信息和利用知識(shí)的能力。比如，對(duì)復(fù)雜過(guò)程的動(dòng)態(tài)、分步可視化，可減少培訓(xùn)時(shí)間和人為操作失誤。如今，在與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能可穿戴和移動(dòng)設(shè)備相結(jié)合后，AR技術(shù)能夠讓工程人員更好地融入到航空智能制造的工作環(huán)境。

近日，GE公司將最新研發(fā)的智能扭矩扳手和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些智能工具不僅能帶來(lái)效率的提升，還能有效避免裝配錯(cuò)誤。

GE公司選擇業(yè)界知名的Upskill公司為其研發(fā)一種名為Skylight的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR工業(yè)軟件，該軟件可以安裝在谷歌智能眼鏡Google Glass中使用，并配合智能扳手進(jìn)行項(xiàng)目試點(diǎn)。

試點(diǎn)工作在GE位于辛辛那提的發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠進(jìn)行，有15名機(jī)械工程師參與了這項(xiàng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，每位工程師都佩戴一副安裝了Skylight軟件的谷歌智能眼鏡，使用一個(gè)支持WiFi信號(hào)的阿特拉斯-科普柯Saltus MWR-85 TA智能扭矩扳手。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)的制造十分復(fù)雜，即便是一個(gè)很不起眼的螺母都有可能造成嚴(yán)重的空中事故。在制造和維修過(guò)程中，一個(gè)螺母沒(méi)有擰緊，輕則需要重新返廠維修，重則可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在空中意外停車(chē)。而使用智能扭矩扳手則可以避免這種人為因素造成的失誤。

在工作過(guò)程中，佩戴谷歌智能眼鏡的工程師可以通過(guò)Skylight軟件，隨時(shí)查看分步指導(dǎo)和圖像，并且不影響他們的實(shí)際視線。在采用智能扭矩扳手進(jìn)行螺母擰緊時(shí)，Skylight軟件又會(huì)通過(guò)谷歌智能眼鏡提醒他們，讓工程師可以實(shí)時(shí)調(diào)整力矩，避免出現(xiàn)過(guò)松或過(guò)緊的現(xiàn)象。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試點(diǎn)后，GE公司發(fā)現(xiàn)，使用這套智能工具后，機(jī)械師在裝配過(guò)程中的錯(cuò)誤率明顯下降，平均生產(chǎn)效率比使用傳統(tǒng)工作方法提高了8%～12%。

空客公司將AR技術(shù)應(yīng)用到裝配質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)。在空客A350、A380的生產(chǎn)線上，一種名為“智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具”（SART）可以輔助進(jìn)行超過(guò)6萬(wàn)個(gè)管線定位托架的安裝質(zhì)量管理。操作人員利用SART訪問(wèn)飛機(jī)3D模型并將操作和安裝結(jié)果與原始數(shù)字設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，以檢查是否有缺失、錯(cuò)誤定位或托架損壞。檢查完畢后，SART還會(huì)自動(dòng)生成一份報(bào)告，報(bào)告中包括不合格零件的細(xì)節(jié)，使工作人員能夠很快對(duì)其進(jìn)行替換或者修理。利用SART，A380機(jī)身8萬(wàn)個(gè)托架的檢查時(shí)間從3周縮短至3天。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速

毫無(wú)疑問(wèn)，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今航空業(yè)炙手可熱的話題?！逗娇罩芸纷罱囊环菡{(diào)查顯示，有超過(guò)75%的發(fā)動(dòng)機(jī)維修廠商正在利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)維修業(yè)務(wù)。而以波音、空客為代表的主制造商也在不遺余力地進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

在2017年巴黎航展上，波音和空客同時(shí)發(fā)布了新的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，幫助航空公司縮短飛機(jī)停廠時(shí)間，為客戶(hù)提供更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)性維修。

空客發(fā)布的全新航空數(shù)據(jù)開(kāi)放平臺(tái)名為“智慧天空”。這個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是整合運(yùn)營(yíng)商、維修企業(yè)和制造商所擁有的數(shù)據(jù)，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為航空公司和維修企業(yè)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)分析，并提供決策參考，同時(shí)支持它們進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。該平臺(tái)整合的航空數(shù)據(jù)非常廣泛，包括運(yùn)營(yíng)終端歷史、機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)、機(jī)組報(bào)告、服務(wù)通告，甚至包括空客飛機(jī)的研發(fā)數(shù)據(jù)。

同時(shí)，空客還將其現(xiàn)有的數(shù)字產(chǎn)品，如飛機(jī)實(shí)時(shí)健康監(jiān)控系統(tǒng)等轉(zhuǎn)移至新數(shù)據(jù)平臺(tái)上，并且還在不斷增加服務(wù)項(xiàng)目，擴(kuò)展新的合作伙伴。目前，空客已經(jīng)與美國(guó)Palantir科技公司就“智慧天空”平臺(tái)開(kāi)展合作，并且與羅克韋爾柯林斯公司達(dá)成合作協(xié)議，由該公司為空客窄體飛機(jī)提供用于傳輸運(yùn)營(yíng)和維修數(shù)據(jù)的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施。此外，已經(jīng)有一些航空公司開(kāi)始圍繞“智慧天空”平臺(tái)的設(shè)想開(kāi)始了概念驗(yàn)證試驗(yàn)，以幫助空客共同打造“智慧天空”平臺(tái)。易捷航空作為“智慧天空”項(xiàng)目的首批參與者，其運(yùn)營(yíng)部門(mén)已經(jīng)為該平臺(tái)完成了為期兩年的運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)，以幫助空客開(kāi)發(fā)單通道飛機(jī)的預(yù)測(cè)性維修算法。

波音則啟動(dòng)了名為AnalytX的數(shù)據(jù)分析服務(wù)項(xiàng)目，主要專(zhuān)注于維修、工程、飛行操作、機(jī)組和供應(yīng)鏈效率提升等方面。該數(shù)據(jù)分析服務(wù)將把波音公司各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的800余名數(shù)據(jù)分析專(zhuān)家集中在一起，利用科學(xué)的程序和方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作性的建議和客戶(hù)解決方案，并提供給客戶(hù)。在新業(yè)務(wù)啟動(dòng)當(dāng)天，波音與5家客戶(hù)分別簽訂了涉及機(jī)隊(duì)健康管理、機(jī)隊(duì)油耗分析、疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析協(xié)議。

達(dá)美航空是目前唯一一家同時(shí)選擇波音和空客新數(shù)據(jù)分析平臺(tái)服務(wù)的客戶(hù)。繼2016年為其空客A330機(jī)隊(duì)選用空客的預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)管理（PRM）應(yīng)用程序后，達(dá)美航空將與空客基于“智慧天空”平臺(tái)攜手開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)性維修解決方案。達(dá)美航空計(jì)劃將空客的預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)用程序與“智慧天空”平臺(tái)結(jié)合在一起。此外，達(dá)美航空還為其波音機(jī)隊(duì)選擇了飛機(jī)健康管理服務(wù)。

除了波音和空客的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，飛機(jī)維修市場(chǎng)還涌現(xiàn)出眾多數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，如GE公司的Predix、漢莎技術(shù)公司的Aviatar和法荷航維修工程公司的Prognos等。其中，GE公司通過(guò)Predix平臺(tái)已經(jīng)獲取了3萬(wàn)臺(tái)在役發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)。漢莎技術(shù)正在使用Aviatar平臺(tái)為其龐大的客戶(hù)群提供服務(wù)。法荷航維修工程公司則利用Prognos工具開(kāi)展機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)測(cè)性維修工作。目前，該平臺(tái)所能提供的維修范圍已經(jīng)從發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)體拓展到了APU。由此可見(jiàn)，在不久的將來(lái)，航空數(shù)據(jù)的“產(chǎn)出”將成為衡量航空業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。