中國航空新聞網訊：航空是數(shù)字工程應用的重點領域，對此美國空軍提出了裝備快速研發(fā)生產的需求，而航空工業(yè)界為滿足這些需求，紛紛采用數(shù)字工程技術來實現(xiàn)對航空裝備研發(fā)的快速迭代。

大國軍事競爭已經從單純的裝備對抗上升到能力體系的對抗。美軍發(fā)展數(shù)字工程，就是要對其敏捷供給能力體系進行升級，再輔以斷供等手段從供給側給對手施以降維打擊。美軍在裝備的全生命周期力推數(shù)字工程，離不開國防制造商的鼎力支持。目前，美國主流航空制造業(yè)巨頭都在使用數(shù)字工程技術，促進航電等飛機系統(tǒng)的開發(fā)和生產。盡管這些企業(yè)在應用數(shù)字工程的方式上存在差異，但毫無疑問，數(shù)字工程對他們而言已變得至關重要。

對此，美國空軍協(xié)會經常組織航空航天研討會，其中一次主題大概就是“為什么必須使用數(shù)字工程，以及如何使用數(shù)字工程”。

波音公司

波音可以說是產品全三維設計和基于模型定義（MBD）技術的全球開拓者。進入數(shù)字工程時代，波音也沒有停下腳步，例如融合數(shù)字孿生的系統(tǒng)工程“寶石”模型概念就是波音在2018年提出的。美軍曾在2016年展示“工程強韌系統(tǒng)”的效果時，波音也憑借CH-47F、“灰鷹”無人機、“低成本可消耗飛行器”等項目成為標桿公司。當然，近年來波音在這方面的主要成績，還是空軍的兩個數(shù)字工程“探路者”項目——eT7A“紅鷹”教練機和F-15EX戰(zhàn)斗機。

波音T-7A的總工程師蓋爾·米勒表示，縮短開發(fā)周期對于跟上技術創(chuàng)新步伐和威脅變化態(tài)勢很重要。以前波音新機的開發(fā)周期大約是10年，現(xiàn)在需要壓縮到3年。波音在T-7A上使用數(shù)字工程來跟蹤應用新的方法，例如使用數(shù)字工程方法來組織的飛機維修數(shù)據。

波音此前稱，依托數(shù)字工程方法流程，使得在T-7A教練機研制中僅利用200人的設計、制造和測試團隊，用時36個月就實現(xiàn)了一架飛機從零開始設計到驗證機首飛。與此同時，首批驗證機的工程質量提高了75%，裝配工時減少80%，軟件開發(fā)和驗證時間縮短了50%。米勒表示，通過數(shù)字線索概念，可以讓每架不同的飛機都擁有一個數(shù)字孿生體，從而能夠了解每架飛機的狀態(tài)；而且，每個地面訓練系統(tǒng)和每個模擬器也都將配置這個信息，今后可操作使用這些數(shù)字孿生模型。

波音利用數(shù)字工程提速無人機開發(fā)

波音正在使用數(shù)字工程實施“權威的虛擬化”，一旦可以采用數(shù)字模型來表達復雜系統(tǒng)和“系統(tǒng)之系統(tǒng)”中的各種系統(tǒng)，并且擁有足夠的精度，就可以開始取代傳統(tǒng)的模擬式的搭積木方法。所以對于波音的研發(fā)人員來說，需要了解如何，以及用什么來制造一個經確認的模型。這對于“權威的虛擬化”非常重要，因為如果不是所有人都同意模型已得到了引用、結束引用和確認，那么永遠也不會有“權威的虛擬化”條件。

而F-15EX作為“數(shù)字化百系列”飛機的一款機型，也可以將數(shù)字工程當做賣點，其中主要一點就是該機不再用傳統(tǒng)的模擬式搭積木方法來研發(fā)，而是采用“數(shù)字式樂高”的形式，基于數(shù)字線索建造。該機在設計和制造階段即大量使用仿真技術，可更迅速地測試所有能力并植入新能力；而通過數(shù)字工程和模塊化開放式系統(tǒng)架構，可以快速建造并演變?yōu)椴煌男蛣e，也可快速融入新技術。作為數(shù)字工程的應用成果，F(xiàn)-15EX在訓練、使用和保障上的通用性很高，在首飛36天后就交付空軍使用。

洛克希德-馬丁公司

洛克希德-馬丁（洛馬）公司的F-35項目被空軍視為“基于模型的系統(tǒng)工程”（MBSE）的開山之作，而洛馬公司與“數(shù)字工程”的緣分也最深。

在2009年，F(xiàn)-35項目就提出了“打造閉環(huán)的數(shù)字線索”，隨后又提出了擴展數(shù)字線索的“數(shù)字織錦”概念，其含義為人、流程、工具和數(shù)據的框架，集成了整個產品在生命周期內和所有學科的數(shù)據資源。

2017年，洛馬公司將數(shù)字孿生列為2018年的六大技術趨勢之首，其臭鼬工廠進一步提出“產品數(shù)字世界”概念，其含義為集成了人、流程、工具、物料、環(huán)境和數(shù)據的框架，跨產品生命周期并連接所有學科的物理/數(shù)字領域。

類似DNA雙螺旋結構的“產品數(shù)字世界”概念

洛馬臭鼬工廠集成系統(tǒng)總監(jiān)雷妮·帕斯曼表示，該公司正在努力使用數(shù)字工程來縮短對技術進行測試和確認的時間，數(shù)字工程、數(shù)字線索或數(shù)字孿生是實現(xiàn)這些目標的關鍵，而這幾個術語背后有隱含之意，即利用相互連接和無縫傳遞的模型和數(shù)據來實施飛機在全生命周期內的工程活動。

臭鼬工廠還發(fā)布了一段保密中的“競速者”（Speed Racer）無人機項目視頻，并提到項目的重點并非開發(fā)一款無人機系統(tǒng)，而是展示對全新“星驅動”數(shù)字工程工具集的使用，并實現(xiàn)對無人機系統(tǒng)的快速原型開發(fā)和對其全生命周期的支持?！靶球寗?”集成了先進的計算機輔助設計和產品全生命周期管理工具，既加快了設計速度，又可以更廣泛地使用機器人、增材制造和自動化質量檢測等基于數(shù)字化的技術。此外，從視頻中可以看到，“星驅動”這個工具集實際上已經在臭鼬工廠開發(fā)X-59“靜音超聲速飛機”過程中有所使用。

使用數(shù)字工程的好處在于只有一套數(shù)據，盡管流程中的許多部分還在用他們自己的工具集進行開發(fā)，但是每個工具集都連接到同樣的核心信息。這正是“打造閉環(huán)的數(shù)字線索”的概念，即面向單一真相源，并在同一個虛擬環(huán)境中連接工程、制造和供應鏈?？梢哉f，“星驅動”正在重新設計工程所需的文化、流程和工具，使其在完全集成的數(shù)字工程環(huán)境中運行，并在短時間內滿足所有的開發(fā)需求來加快開發(fā)過程。

雷神技術公司

雷神與聯(lián)合技術公司合并為雷神技術公司后，該公司的數(shù)字工程獲得了突飛猛進的進展。公司CTO馬爾科·拉塞爾表示他們關注了使用數(shù)字線索方法縮短周期情況，且空軍正在探索這種更快的方法來采購雷神技術從導彈到雷達的各種產品；而雷神正在整個企業(yè)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。

雷神利用“洞穴”環(huán)幕VR系統(tǒng)從事開發(fā)

雷神導彈與防務系統(tǒng)公司空中力量副總裁保羅·費拉羅表示，以任何形式采用數(shù)字工程的需求都不僅僅是錦上添花，而是當務之急，必須以更快的速度設計和交付武器系統(tǒng)，并提供給作戰(zhàn)人員。雷神技術公司CEO格雷格·海耶斯強調，數(shù)字線索概念是公司正在進行的“重大努力”。從采用DevSecOps（信息安全術語，即開發(fā)-信息安全-運營）方式進行軟件研發(fā)開始，將使用、供應鏈和持續(xù)保障等環(huán)節(jié)整合到單一的數(shù)字線索中，可以使我們將開發(fā)時間縮短一半，可以縮減費用從而降低客戶成本。對于雷神使用數(shù)字線索的最好案例，海耶斯認為是對低空和導彈防御傳感器的全新開發(fā)方法，由于部署了數(shù)字工具，從提出需求到推出可實用的模型只需要9個月。

雷神將以三種方式使用數(shù)字能力：改變產品、改變工作方式、優(yōu)化運營。數(shù)字工程使用單一的公共參考數(shù)據集來完成整個產品交付過程，從而盡可能減少人工交接，以快速開發(fā)構成下一代飛機系統(tǒng)的創(chuàng)新技術。例如雷神在飛機射頻子系統(tǒng)上使用了數(shù)字工程，在發(fā)現(xiàn)原有設計導致延遲6個月以后，工程師在數(shù)字空間下對零件進行了更改，在大大降低了項目的總體風險同時，仍可滿足客戶的需求。這就是在數(shù)字空間好處：快速試錯，無損迭代。

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(fā)一個全新的系統(tǒng)并準確預測何時能夠投入使用是非常困難的。過去在產品最終投入使用之前，其研發(fā)過程的成本和周期在前期都是很難確定的。數(shù)字工程使該公司的工程師對成本和性能之間的權衡等因素有了新的認識，而且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(shù)字工程甚至可以在項目啟動之日再開始編寫代碼、采用代碼來顯示實際的需求。

雷神技術旗下的普惠公司在數(shù)字孿生技術方面也有經驗。采用數(shù)字孿生方法，將使普惠的技術和管理人員理解從設計到制造的模型的變化過程，甚至每一個零件的變化都可以體現(xiàn)出來。作為F-35項目發(fā)動機供應商，普惠的數(shù)字工程轉型很早就開始了。而將數(shù)字孿生帶入真實使用環(huán)境，這也是雷神技術公司運營轉型的一部分。

82年高齡的測量設備已經接入數(shù)字線索

L3和通用原子公司

L3哈里斯技術公司也是新近重組而成的巨頭，該公司精確交戰(zhàn)系統(tǒng)總裁大衛(wèi)·杜干表示，數(shù)字工程使他們能夠加快產品開發(fā)速度，開發(fā)團隊的規(guī)模也得以縮減。L3哈里斯將這種技術用于虛擬訓練系統(tǒng)的開發(fā)，他們?yōu)檎麄€虛擬訓練系統(tǒng)構建了完整的高逼真度數(shù)字3D CAD模型，使用項目提供的現(xiàn)有CAD圖紙，并且為尚未建模的部件也制作了CAD模型，從而建立了完整的虛擬系統(tǒng)?？蛻艨墒褂肰R頭盔在虛擬世界中來對人員進行培訓，任務操作場景和這些零件十分真實。

通用原子航空系統(tǒng)公司依靠無人機成功躋身主承包商行列，其先進項目高級總監(jiān)邁克爾·阿特伍德表示，該公司在開發(fā)混合電推進系統(tǒng)時采用了數(shù)字工程技術，這些技術正在幫助他們克服混合電推進的一些關鍵挑戰(zhàn)，包括動力、熱管理和電氣設計等。過去這些挑戰(zhàn)的應對都是艱難的，因為在設計和分析的同時，就需要實時進行整體優(yōu)化。在應用數(shù)字工程技術后，諸如結構設計師可以在設計的同時就對風扇葉片進行增材制造，并與熱力學工程師和電氣設計師實時交流?？傮w而言，該公司認為數(shù)字工程通過允許在工業(yè)界的不同領域之間建立更多的聯(lián)系，從而帶來了科技文化的改變。

BAE系統(tǒng)和羅羅公司

不止是美國公司，在美國防務領域開展業(yè)務的英國公司也在大力推進數(shù)字工程，特別是在追隨《數(shù)字工程戰(zhàn)略》實施轉型方面。

例如BAE系統(tǒng)公司正在平臺就緒和現(xiàn)代化、C5ISR、情報、賽博與IT，以及太空能力方面使用數(shù)字工程工具來開發(fā)、集成和維護復雜平臺與IT系統(tǒng)，并在生命周期中提供有充分依據的項目決策。其中一個數(shù)字工程轉型戰(zhàn)略是“用于卓越敏捷制造、集成和持續(xù)保障的先進集成數(shù)據環(huán)境”（ADAMS）參考架構，這是一種企業(yè)級的集成數(shù)字工程環(huán)境。

BAE的虛擬、協(xié)同數(shù)字工程工具和基礎設施旨在驅動創(chuàng)新解決方案，提供最新技術并加快向云遷移，以支持美國政府客戶的需求。這些工具套件包括MBSE/數(shù)字線索/數(shù)字孿生、集成產品生命周期管理和供應鏈管理、云服務、Al與機器學習、VR/AR/MR，以及SecDevOps（信息安全術語，即信息安全-開發(fā)-運營，與前文相比，區(qū)別是將信息安全放在設計階段考慮）等。

創(chuàng)新英國”組織的數(shù)字推進器機構

BAE在位于華盛頓的數(shù)字工程實驗室中部署了高逼真度VR和AR系統(tǒng)，并正在開發(fā)實時數(shù)字孿生技術，在工程設計上進行協(xié)作，執(zhí)行交互式的系統(tǒng)維護，并提供沉浸式終端用戶支持培訓?；谑褂弥械娘w行試驗數(shù)據，BAE的工程師將基于模型的方法應用于飛行后的分析，在基于模型的工程環(huán)境中使用基于物理特性的六自由度模型，并通過仿真飛行軌跡來研究飛行試驗中的異常。

而羅羅公司工程數(shù)字化轉型負責人約翰·馬特里克表示，他們從使用數(shù)字工程中學到的經驗是，如何在項目中識別價值、風險、成本和需求，使他們能夠將目標對準在數(shù)字工程的應用中受益最大的領域。

關鍵詞： 飛機設計