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【AIAA数字孪生系列二】:数字孪生在军用和民用航空航天领域的应用场景

2022-10-14分类:电力资讯 / 企业动态来源:360新闻
【CPEM全国电力设备管理网】

AIAA将数字孪生在航空航天领域的应用场景分为三大类:

  1. 产品设计的数字孪生
  2. 生产制造的数字孪生
  3. 支持和保障的数字孪生

上面三类数字孪生并非详尽无遗,只是提供了数字孪生类型、应用和预测带来业务价值的代表性例子。

数字孪生还可以用于培训应用(例如,将适当的FAA批准的模拟系统连接到飞机的数字孪生中,以预测不同操作场景下的飞行员性能)。数字孪生的其他潜在应用包括可靠性/可用性/可维护性/安全预测、事故重建和库存预测/估计。所有这些潜在的应用都应该进一步探索。

1.产品设计的数字孪生


1a.数字孪生校准

基于真实世界产品操作数据/条件(例如,样块试验、风洞试验、地面试验、飞行试验、作战演习试验)对数字孪生进行验证/校准。数字孪生校准的示例:

  1. 作战分析:开发任务规划、生存能力和战术的模型。
  2. 结构:有限元模型(FEM)的荷载和寿命管理。
  3. 变化:反映零件和工装的公差和变化,在第一篇文章之前识别统计匹配问题。
  4. 车辆系统:产品系统/子系统的建模和仿真。
  5. 飞控:飞行器飞控的建模和仿真
  6. 任务系统:任务系统/软件的建模和仿真
  7. 隐身特征:捕获影响雷达横截面(RCS)的初始设计和维修的模型。
  8. 保障:地面保障的建模和仿真。

1b.产品性能监控、验证和优化

虚拟验证产品性能,同时展示产品当前在物理世界中的作用,以优化性能。嵌入序列号以适应操作和环境因素的闭环控制,使操作更接近性能边界。

1c.产品设计优化和升级分析

分析产品在各种条件下的性能,并在虚拟世界中进行调整,以确保下一个物理产品在现场完全按照计划运行。

1d.产品市场差距分析和能力

能力/需求评估的备选方案分析。通过数字孪生的高保真分析,减少开发和认证时间。

2.生产制造的数字孪生

2a.制造数字孪生

与工程配置无关的飞机出厂配置细节,如序列号、厂家代码、保障数据、制造期间的测量指标、不合格文件、供应商披露和新增检查。

2b.生产性能验证和优化

飞机生产性能模型,包括任务跨度时间(task span times),单件总耗工时(hours per unit,HPU),操作顺序(sequence of operations)。

2c.工厂数字孪生

工厂的离散事件仿真和数字建模,模拟工厂布局、物料流、工具,并识别瓶颈和工厂运营中断的结果,如质量或零件问题。

2d.零部件数字孪生

模型/模拟材料结构(如颗粒结构或沉积),包括尺寸和分布。零件/组件级模型/模拟,包括与原始工程版本的不符合和偏差。

3.支持和保障的数字孪生

3a.保障性能优化

跨机队的资产、运营团队的横向绩效分析。

3b.机队的数字孪生

产品级别(特定SN)模型/模拟,其中包括运行中数据(如设备运行状况监测和环境背景数据),以告知维护决策并反馈给操作人员以提高性能。

3c.健康状态验证和优化

故障预测和预测性维护:早期故障检测,使操作适应延长寿命的模式,因此故障不会先于服务。长期生产或配送物流的预测零件需求。

3d.失效分析

根因分析(RCA)基于特定零件/组件的全谱系(设计、制造、操作、服务)和详细的操作使用数据。

通过无监督流形学习在操作数据中识别出新的故障模式(未知未知),用于异常检测。

3e.基于条件的维修CBM

来自传感器的反馈使基于状态的维护成为可能;疲劳寿命分析和严重事件跟踪。基于风险的工作范围,基于预测寿命、使用期限和到下一次服务的间隔。

3f.零件寿命分析

零件/组件级模型,用于评估已使用、已设计和可修复。

3g.零件管理

零件/组件级模型/模拟(特定序列号),包括几何和材料劣化以及与原始工程版本和竣工条件的偏差。

3h.运营权衡分析

情景分析以评估不同运营选择的权衡影响。

3i.数据完整性检测

测量数据、控制指令、系统元数据(例如,延迟)与学习的基线和基于物理的模型中的异常检测,以识别错误或恶意活动,并保护资产和操作的完整性。


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