我國民用航空工業數字化發展的思考與建議

胡桂新， 彭 鵬

（1.工業和信息化部裝備工業發展中心， 北京 100846； 2.重慶凱瑞機器人技術有限公司， 重慶 400722）

0 引言

我國的民用航空工業數字化經過多年的發展， 取得了一定的成效， 在產品的三維數字化設計、 異地協同設計、數字樣機應用、產品數字仿真與試驗、工藝數值模擬與仿真、 產品數據和制造過程管理等方面有了較深入的應用。 但是，我們也應清醒地認識到，產品全生命周期的信息通道尚未打通，數字化工程體系還未形成，數字化技術的巨大效能遠未發揮。

現今的航空裝備所含零件數量達到百萬級， 軟件代碼更高達數百萬行。 為了實現產品的敏捷研制、智能制造和柔性保障， 迫切需要系統工程思維的支持。 為此，必須全面引入數字化、網絡化和智能化等更為先進的設計和制造手段，從而打造全新的航空工業體系，構建強大的數字核心競爭力， 以加速推動航空產業的發展，從而提升產品質量和效率。 本文根據相關的研究和實踐，總結我國民用航空工業數字化發展情況，分析目前數字化發展面臨的挑戰，并提出促進數字化轉型的建議。 航空產業的數字化、智能化和靈活化發展勢必將成為未來的發展趨勢，這也是推動航空產業持續提升的必然選擇。

1 我國航空工業數字化發展現狀

1.1 航空領域數字化應用場景廣泛

在民用航空工業領域， 數字化涵蓋產品整個生命周期，包括但不限于設計研發（航空工業軟件、CAE 仿真、發動機等關鍵零部件、數字化試驗體系）、生產制造（核心部件制造、復合材料數字化、數字化質量管理）、維修保障和運營管理（智慧民航、民機數字化軟件平臺、關鍵部件狀態監測、故障分析、數字化航油、數字化維修和維護）等。未來，民用航空必然在設計研發、生產制造、維修保障和運營管理等方面實現全面數字化轉型。

1.2 航空產品研制的數字化應用已取得顯著成效

航空產品研制中數字化技術的應用已經取得了顯著的成效，特別是在我國航空制造業中，數字化技術已邁出了長足的發展步伐，并在若干關鍵領域掌握了核心技術，接近國際先進水平。

在數字樣機設計方面， 取得了重大進展。 現已實現100%的三維建模和100%的數字化虛擬裝配。 這意味著數字樣機已完全取代了傳統的物理樣機， 在多個飛機型號的研制中，數字樣機的應用有效加快了飛機研發進程。我國飛機制造業在數字化技術的應用上也做了大量研究，并在飛機產品的數據管理、異地協同設計等方面取得了深入成果。CAD（計算機輔助設計）、CAPP（計算機輔助工藝規劃）、CAM（計算機輔助制造）、PDM（產品數據管理）和ERP （企業資源計劃） 等單項技術和系統得到廣泛應用，這極大地縮短了產品研制周期，并且顯著提高了設計制造質量。 這些成就展現了數字化技術在航空產品研制中的重要作用，使得我國航空制造業更具競爭力。通過數字化應用的不斷推進， 我國航空產業不僅在技術創新方面取得了突破， 而且在提升產品研發效率和質量上也邁出了堅實的步伐。

1.3 維修數字化技術仍被國際知名飛機維修企業所壟斷

國外一些知名的飛機維修企業如美國AAR 公司、加拿大KF Aerospace 公司等，在基于對產品數模、裝配技術保密以及適航要求的前提下使用維修手冊， 而在研究發展方面實施全數字化設計維修技術、 運用數字化技術對修理方案的結構性能進行力學分析、 對維修過程產品航材的準確定位以及航材訂購的管控， 以保證修理的可靠性和維修過程管控性。目前波音、空客等國際領先的飛機制造廠商，已經實現了數字化轉型，能夠為客戶提供實時的數字化維修和維護。而對于國內維修企業，這些數字化技術被牢牢控制在OEM 手中。 OEM 嚴格控制飛機部件的三維電子數模， 導致大型維修企業只能根據多年的維修經驗以及OEM 維修手冊進行維修工作，超過手冊限度的方案仍受到OEM 的制約。

1.4 我國航空制造企業數字化轉型總體處于初步階段

我國航空制造企業數字化轉型目前仍處于初步階段，系統性布局推進不足。數字化轉型的根本目的在于提升產品和服務的競爭力，從而增強企業整體競爭優勢。這種變革涵蓋技術、組織方式、業務管理以及安全運行等多方面。然而，目前的數字化轉型在我國航空制造企業中主要集中在數字技術的局部應用。 數字化轉型所需的投入明顯不足，有些企業過于集中于打造特定系統，而忽視了數字化轉型應該全面貫穿于企業戰略層面的事實。 數字化轉型并不僅僅是技術層面的變革。其涵蓋了組織架構、業務流程、安全標準等多個方面，需要系統性地規劃和全面推進。 當前大部分企業未能將數字化轉型提升至戰略層面進行全面布局。

我國航空制造企業的數字化轉型尚未達到全面系統化的程度，存在著局部應用集中、投入不足以及缺乏戰略規劃的挑戰。 為了提升數字化轉型的效果，企業需要將數字化戰略納入企業整體發展規劃，加大投入力度，并全面貫徹于企業的各個層面， 以實現更高水平的競爭力和效率。

2 我國航空工業數字化發展存在的問題

波音、 空客等國外飛機制造企業其數字化轉型已深入到產品研發、制造、供應鏈管理以及售后服務等眾多方面，實現了生產流程的高度數字化和智能化。我國民航飛機制造企業雖然已經在設計、 部件生產等領域實現了數字化應用，但整體而言，數字化轉型在全面覆蓋生命周期各個環節、 實現智能制造和數據驅動的程度上還需進一步提升。

2.1 航空軟件存在明顯短板，受制于人

我國缺少自主可控的飛機數字化軟件， 且在短時期內難以形成自主能力。現有的自研軟件系統數目較多，但無法實現數據互通，業務聯動性有待提高。數字飛機與數字孿生已經成為全球飛機制造的重點研究領域， 發達國家的飛機制造工業主要依賴法國達索軟件， 但國產飛機購入的達索軟件對每一部件有特定的權限， 各部件軟件無接口。目前國內的軟件無法替代國外的工具體系，缺乏自主可控的能力，難以實現民機數字化、系統化研發。

2.2 數字化技術應用場景有限，缺乏系統應用布局

目前， 我國數字化技術僅是部分應用于航空工作環節，尚未徹底改變傳統設計、制造和試驗方式。 雖然提高了效率，但未在根本上轉變工作模式。 數字化技術需全面滲透產品生命周期各環節，實現更智能、高效、創新的生產。 挑戰在于突破傳統束縛，推動數字化技術廣泛運用于產品研發全過程，促進航空制造業的智能化和創新性發展。

飛機各專業領域的技術人才培養存在難度大、 周期長、投入大等特點，技術人才短缺已是行業共識。 隨著電子技術、計算機技術、材料工程技術和信息化技術的高速發展，研發先進的數字化裝備，充分利用各種新技術、新方法保持業務運行， 降低生產制造中對人的要求迫在眉睫，而我國裝備能力尚不能滿足。

2.3 “重技術輕管理”現象普遍，數字化管理占比低

我國航空制造企業在數字化制造上， 更偏重數字化制造硬件投資和數字化制造技術的獲取， 而對數字化制造管理重視不夠。 要實現數字化、 需要將工程文件數字化、運行管理數字化以及飛機故障診斷數字化，而且還需要完成生產制造資源的數字化。目前，依然在各系統間存在互不聯通的“孤島”現象，在某些信息化發展較為落后的企業中，仍采用原始數據記錄方式，數據采集和整理面臨極大困難，獲取高質量數據十分困難。

2.4 企業內部組織結構不健全，多部門數字化協同難

我國航空制造企業現有的組織模式中，設計、工藝、生產、供應、試驗和試飛等部門職責之間界面過于清晰，缺乏統一性和協調性，產品制造中的一些工作，需要上級領導的協調才能進行下去，造成反應速度緩慢。如在我國航空裝備制造業，設計部門完成設計工作，即向制造部門發放凍結的產品設計數據，數據傳送到此，不再連續。 因此，制造部門、設計部門各有自己的工程數據庫。 數據缺乏統一的組織，出現了各自為政的現象，企業部門之間形成了“信息孤島”，數據共享差。

3 促進我國航空工業數字化轉型的建議

3.1 加大政策支持力度

建議通過資助基金和專項項目，大力支持國產工業軟件的研發，以促進航空數字化系統工程的發展。 支持多廠所、異地協同的研制模式，建立貫穿整個行業的數字化協同系統，涵蓋設計、分析、試驗、生產、交付、服務、維修等全流程管理。 這個系統將打通需求分析、裝備研發和使用保障等環節，形成一體化的民機數字化工具鏈，最終構建大飛機協同的系統平臺。 這樣的系統平臺將提高生產效率、優化產品質量，并推動航空產業向智能化、高效化邁進。

3.2 構建統一的協調機制

建議航空制造企業應以并行工程和協同工作的理念為指導，對企業的組織結構進行再造。為構建通用而合理的組織架構體系，針對工作流程提出可操作的解決方式。可考慮實施組織結構的扁平化調整， 建立基于產品部件或系統的小組，促進各部門內權限范圍的產品數據共享。這種改變將有助于實現真正意義上的產品全生命周期管理，提高生產效率，減少冗余環節，促進團隊協作，并在企業內部激發更高效的工作模式。

3.3 推進航空數字化示范

推進航空數字化轉型，培育產業鏈協同發展，綜合利用建模與仿真、高性能計算、物聯網、大數據、數字孿生、人工智能等先進手段， 孕育一批具有數字化轉型示范效應的標桿企業， 并對典型且具有代表性的數字化轉型場景建設給予支持，打造“政產學研用”共建共享的示范工程。

4 結束語

實踐已經證明了工業數字化的優勢， 民用航空必須堅定不移地走數字化發展之路。在此過程中，要努力實現工業數字化核心技術的自主可控； 在推進高端制造業數字化的同時，也要同步推進中、低端制造業數字化改造升級，進行全面系統的數字化布局。 加強系統謀劃，進一步優化資源配置，解決關鍵問題，大力提升我國航空制造數字化與信息化能力，實現航空事業的可持續發展。