航空航天与国防中的数字孪生（英）2023

航空航天和国防中的数字孪生 #GetTheFutureYouWant 数字孪生技术对航空航天来说并不是一个新概念和国防(A&D)行业；然而，它正在成为一个越来越重要。简而言之，数字双胞胎是虚拟的物理系统的副本，它可以帮助其性能 优化。因为它纯粹存在于虚拟空间中，所以双胞胎可以 进行压力测试、评估，并在没有安全性的情况下修改其设计fi影响和最佳成本，所以所有的实验 重大决策可以在实物资产本身之前钉牢 touched.GiventhemultipleofchallengesfacedbyA&D,including 供应链中断，降低总成本势在必行 所有权(TCO)、熟练劳动力短缺、劳动力老龄化、安全和法规遵从性要求，需要 不断减少碳足迹以实现可持续增长，能够在承诺之前几乎解决这些问题phyiscal解决方案使数字孪生成为驱动工业实现其目标。 数字双胞胎使用真实世界的操作数据来运行模拟并预测可能的结果，这意味着所有的结论可能谨慎地应用于实物资产。利用其他 技术，如人工智能(AI)、互联网 物联网(IoT)和沉浸式技术，如增强现实 (AR)、虚拟现实(VR)和混合现实(MR)-数字双胞胎 Bridgethegapbetweendigitalandphysicalworld.Theyestablish 一种闭环方法来协同数据、技术和业务流程。结果可能是惊人的。 今天，大型航空航天原始设备制造商(OEM) 急切地将数字双胞胎应用到他们的不同领域 制造工艺。“我们的数字双胞胎使我们能够建模，为关键利益相关者模拟和缩放各种情况， 包括无人机和飞机飞行员、操作员、监管机构和 UTM[无人Trac管理]服务提供商本身，“ 空中客车UTM模拟主管MaxEgorovNova解释道。In1 国防工业，一个数字双胞胎使武装部队能够播放一系列的作战场景和敌人的反应 现实但无后果的“战争游戏”结构，留下部队在高风险的战斗情况下做好更好的准备。 然而，数字双胞胎的范围并不局限于陆地 事项。美国航空航天公司洛克希德·马丁公司正在合作在人工智能(AI)上与软件业务NVIDIA合作- 驱动地球观测数字孪生，以帮助模拟潜力全球环境条件的发展，如极端 在繁忙的旅行季节，安全检查站的拥堵 在2022年3。YVR也开始使用数字双胞胎来建模飞机移动和空中fi活动，促进减少 温室气体(GHG)排放。4 2022年，我们启动了一项研究，以评估数字双胞胎的好处fi 跨越各个行业(包括A&D)，并说明如何 技术是智能产业的核心转化。5 天气事件。2我们的最新报告深入探讨了A&D行业 研究正在改变行业的数字孪生用例 机场运营商也在利用这项技术。温哥华 机场管理局推出温哥华数字双胞胎 国际机场（YVR）。该平台允许机场的宾客体验团队预测和缓解乘客 dynamics.Ofthe150A&Dorganizationsthattookpartinthis 第二次调查显示，80%的人正在进行数字双胞胎项目。 本报告是我们智能系列的一部分工业，包括四个部分： 1234 A&D行业如何 数字双胞胎如何数字双胞胎如何形成 A&D行业如何 依靠数字双胞胎在整个过程中增加价值 的骨干 可以加速其数字化 设计和操作 eflciencies 价值链 工业元宇宙 孪晶变换 A&D行业习惯于综合体中固有的压力 供应链合作伙伴的生态系统受到苛刻的要求监管和认证fi阳离子挑战。大流行导致 然而，额外的、剧烈的破坏，打击了商业 18个月前我们的数字孪生研究强调了技术推动性能的能力 和可持续性。随着A&D行业从关于大流行，我们想了解四件事关于它与数字双胞胎的关系： •组织是否继续投资于数字孪生？ •如果是，是什么推动了这些投资？ •数字孪生在哪些领域增加了价值？ ·各组织如何成功地扩大其举措？ 我们的研究揭示了对以下潜力的持续信任 A&D中的数字双胞胎。 数字双胞胎的长期路线图从57%提高到 18个月前到现在的73%。这种对数字双胞胎的兴趣部署是由顶线和底线驱动的。在78%， 技术进步是数字孪生的首要驱动力 投资紧随其后的是75%的运营效率。超越 这些，数字双胞胎也以两种方式帮助可持续性发展：减少航空的碳足迹，并通过实现 绿色航空替代品设计的虚拟验证，如电池和氢燃料。桥接 物理和虚拟世界，数字双胞胎驱动设计和 运营效率。A&D原始设备制造商、供应商、航天公司、航空公司运营商都在有目的地投资数字孪生 技术。总体而言，该行业计划投资2.7%的它在数字孪生计划中的收入，比 前一年。 通过各种数字双胞胎的组合，A&D业可以改善其价值链的各个方面-从设计从生产到运营；该技术还支持 生态系统内的合作，是在新的商业环境。 该研究还研究了工业元宇宙，这增加了数字孪生的新层，意味着组织可以互动 在更现实的环境中-“双胞胎互联网”。我们的研究发现，三分之一的组织已经在调查 工业Metaverse或计划在一年内这样做，沉浸式培训和真实测试是特定领域 的兴趣。 虽然数字双胞胎有许多应用，但有一些组织实现其全部潜力的先决条件。A 支持性基础设施，包括数字连续性、云、 连接，以及允许无缝连接的技术功能数字双胞胎与各种系统的集成是一种 必要的基础。然后，一个可以提供数据的数字线程 对于来自不同来源类型的双胞胎来说是至关重要的，同时推动敏捷文化的计划治理。飞机OEM 还可以推动互操作性并与供应商合作，同行、顾问和系统集成商利用协同效应。一级供应商需要专注于构建一系列能力如数据集成、仿真和项目管理 与飞机OEM和二级供应商无缝合作。国防组织将需要加强 他们的网络，同时也发展他们的人工智能和机器学习能力。通过关注这些，所有行业参与者都可以填充新的 我们称之为“智能产业”的转型时代。 Defining数字双胞胎 数字双胞胎是实物资产的虚拟复制品，可以监视、建模或 模拟、分析和优化物理世界。它旨在弥合物理-数字鸿沟 正确的频率和fi美味，实现连续改进性能和可持续性。 它建立了一种闭环解锁方法 隐藏价值，引入跨数据的协同效应，技术和业务流程，这使得它 智能产业转型的核心。 通过其回答问题的能力，如 “什么是最好的？”，“如果……呢？”和“下一步呢？”，数字孪生技术不仅提供可见性 如何动态，现实世界的系统是目前关于如何改进的表现和建议 它们，但也可以预测不同的ff中的性能 场景。可以应用多个数字孪生到产品或系统，取决于阶段需要它的生命周期。即使在 在生命周期的同一阶段，数字孪生不需要 必然遵循一个整体模型，但是，更确切地说，包括一组连接的各种模型， 每个代表真实的不同方面 系统(例如，flow、物理学)。 另外两个概念通常与 数字双胞胎是数字线程和基于模型的系统工程(MBSE)。数字线程 是一个连接 制造公司的价值链。它整合了设计、制造、运营、质量、并服务于持续的累计flow 为项目经理提供实时 有关产品和服务生命周期的信息 在旅途中。虽6然数字双胞胎提供了一个虚拟的物理系统的表示以及 所有的控制和工作fl在一个特定的点，数字线程提供了一个虚拟记录 产品或系统在其生命周期内的所有状态- 周期。MBSE指的是模型的应用而不是文件支持系统 开发(系统需求、设计、 分析、验证、验证)。MBSE不是 仅限于基于模型的设计。它还创建了一个链接在需求和低级别高fi细度之间 技术模型，充当数字的推动者双胞胎 9 镜像现实：航空航天和国防领域的数字双胞胎 “我们的数字孪生允许我们建模，模拟，并针对关键情况扩展广泛的情况 利益相关者，包括无人机和飞机飞行员，运营商、监管机构和UTM[无人值守 TRACC管理]服务提供商自己”。 MaxEgorovNova 空中客车UTM的负责人Simulation 凯捷研究所2023 数字双胞胎的类型 有不同类型的数字双胞胎 不同的系统。在这里，我们考虑三个广泛的与A&D行业相关的双胞胎类别。 •产品/资产孪生：可用于设计和开发，以加强产品设计， 缩短上市时间，并确保工程设计- 制造连续性。资产双胞胎是类似于产品双胞胎，但寿命 这里涉及的资产更长(通常在几十年内) 与产品双胞胎相比。 •过程孪生：可以使用数字孪生优化制造工艺(A 制造双胞胎)或任何可测量和 可监控的过程。数字双胞胎可以优化通过整合工业系统 资源、流程和产品，增加系统输出和实现可扩展性。 •网络双胞胎：组织可以增加性能、弹性和可持续性 通过使用数字增强以客户为中心 twinstosimulatevariousnetworks.Supplychain 双胞胎，物流双胞胎和运输双胞胎一些例子。 几家大型航空原始设备制造商已经取得了可观的开发数字双胞胎的进展。这一系列 数字双胞胎允许OEM收集个人制造过程中产生的数据 和在役生命周期。例如，当制造双胞胎可以提供关于 制造过程的质量和速度，以及资产双胞胎可以为新产品提供信息开发或智能售后服务或 维护。 为了维护和运行其跑道18R/36L 和D航站楼，达拉斯/沃思堡机场(DFW机场)创建了自己的数字双胞胎，人口众多收集了40年的机场数据。 机场管理希望得到加强基于实时的乘客体验态势感知和运营效率 技术介绍。7 数字孪生也可以在很多方面做出改进更戏剧性的情况。当飓风 摧毁了60%的廷德尔空军基地 2018年，在美国佛罗里达州，基地当局合作与美国陆军一起创建一个数字双胞胎 基础-实物资产的完整副本， 流程、人员和空间布局。“随着数字双胞胎技术，用户几乎可以进入基地和经验建设计划fi第一手。 能够“走过”新建筑的区域 让用户有机会获得ffer反馈并做出 在实际施工开始之前进行更改，“兰斯说Marrano，高级科学家fic技术经理site.8 12 镜像现实：航空航天和国防领域的数字双胞胎 A&D投资数字孪生增加由40%AS 对 01 技术增长 凯捷研究所2023 图1 与18个月前相比，今天更多的组织意识到数字双胞胎的重要性 提高对数字孪生技术重要性的认识 73% 57% 61% 51% 我们有一个长期的路线图 （5年或以上）数字双胞胎 数字双胞胎被认为是战略部分 整体数字化转型 的组织 2021 2023 更多的组织认识到 数字双胞胎比18的重要性几个月前 即使与18个月前相比，对数字的兴趣 双胞胎正在升温。而在2021年，不到60%的组织有一个数字孪生使用的长期路线图， 今天，近四分之三的组织有一个。那里是这种发展的多个原因(见图1)。 61% 组织考虑数字双胞胎 他们整体数字化的战略部分转化 资料来源：凯捷研究院，A&D数字孪生调查，2023年4月，N=150个A&D组织；多部门数字 双胞胎调查，2021年9月至10月，N=87个A&D组织。 图2 顶线和底线考虑因素都推动了数字孪生投资 组织同意以下因素的范围 是他们数字孪生投资的关键驱动力 到市场 销售 可操作 efl效率 先进先进的培训可持续性 环境 efforts 顶级驱动程序 底线驱动程序 其他 2021 2023 超越78提到的技术进步 %的组织，数字双胞胎可以帮助实现增强 71% 70% 63% 75% 76% 71% 72% 78% 68% 67% 58% 59% 60% 减少时间 Increasing 改善 节约成本 Technical 提供一个 改善 运营效率，导致显著的fi不能成本节约。这是数字双胞胎投资的关键驱动力，但如图2所示， thereareothersignificantdrivers.Forexample,whileaircraft 模拟器已经存在了几十年，数字双胞胎可以 beusedtoextendthisconceptforaerial-fattlescenarios.The 一个真正的fighter飞行员的虚拟双胞胎对飞行员在实际任务中的性能潜力，允许他们确定两种策略的改进领域 和执行。有趣的是9，在 投资数字双胞胎的组织份额主要是为了节省成本，可能是由于缺乏对 节省成本的用例。 特别是对于A&D行业来说，数字双胞胎可以改善在不影响安全性的情况下获得收入。例如，虽然