Куда движется «цифровая вселенная» (и где сегодня можно получить огромные сбережения)

Если бы производство представляло собой серию фильмов-блокбастеров, афиша последнего кинотеатра могла бы гласить:«Скоро в ближайшей к вам цепочке поставок:цифровая нить». И Джон Викерс будет одним из первых в очереди за билетами. Главный технолог Управления космических технологий в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, отвечает за передовую производственную деятельность агентства и играет ключевую роль, помогая организации двигаться вперед во все более цифровом мире.

Однако Викерс редко использует фразу «цифровая нить». Вместо этого он предпочитает более широкое понятие «цифровой двойник» — термин, который, по его словам, лежит в основе любой цифровой трансформации.

«Цифровая нить — это лишь небольшая часть цифровой трансформации, которая в настоящее время происходит в НАСА и в других местах производственного сообщества», — сказал он. «Большая часть этого вращается вокруг использования цифрового двойника или, в более широком смысле, концепции, которую мы называем «все на основе моделей».

Как он объяснил в недавней презентации для Cambridge Group, цифровой двойник значительно увеличивает влияние миссии НАСА, «задействуя цифровую конвергенцию, заново изобретая процессы, продукты и возможности миссии и поддержки миссии». Однако и здесь его определение цифрового двойника и другой стандартной отраслевой терминологии не всегда совпадает с определением его коллег.

«Кажется, что все пытаются дать определение цифровому двойнику в очень предписывающих терминах, но я отказываюсь это делать», — сказал Викерс. «Например, я предлагаю, чтобы для этого не требовался физический актив, точка зрения, с которой не согласны некоторые из моих друзей из AIAA [Американского института аэронавтики и астронавтики], которые недавно опубликовали статью о цифровых двойниках. Это также не является синонимом других технологий, таких как MBSE [системная инженерия на основе моделей] или, как я уже упоминал, цифровой поток, хотя он содержит элементы каждой из них».

Как спроектировано, как построено, как эксплуатируется

По его словам, цифровой двойник — это междисциплинарный подход, который позволяет производителям анализировать, синтезировать и гармонизировать связи между дисциплинами в скоординированное и согласованное целое.

Это «совместный, предсказательный, описательный, исследовательский, познавательный и корректирующий».

И хотя версия цифрового двойника Виккерса действительно основана на модели, именно эта первая часть — совместная — не позволяет пользователям «перебрасывать ее через стену», как в случае с традиционными междисциплинарными моделями, которые, как правило, хранят информацию в своих разрозненных средах.

Это означает, что цифровой двойник, используемый сегодня на этапах проектирования и производства, однажды станет движущей силой всего предприятия. Сюда входят группы по маркетингу, управлению, производству и финансам и, в конечном счете, конечные пользователи продукта, которые в случае НАСА могут доставлять эти продукты на Луну или дальше.

Рождение близнеца

Викерс отметил, что он и консультант НАСА Майкл Гривз (ныне главный научный сотрудник Технологического института Флориды) придумали фразу «цифровой двойник» в 2010 году. сильно изменились за последнее десятилетие.

Например, сегодня доступны гораздо более продвинутые системы моделирования и аналитики, а также машинного обучения и искусственного интеллекта.

Теперь все они играют важную роль в любой инициативе цифровой трансформации.

Как и инструменты дополненной, гибридной и виртуальной реальности. Они помогают людям визуализировать и тестировать виртуальные продукты, а затем учат их работать с их физическими версиями после их развертывания.

И, конечно же, есть аддитивное производство, которое для НАСА и многих других является ключевым фактором более быстрого и экономичного проектирования продуктов.

Дон Кинард — старший научный сотрудник отдела производства аэронавтики компании Lockheed Martin в Форт-Уэрте, штат Техас. Он также имеет многолетний опыт проектирования на основе моделей — тенденция, которая всерьез зародилась в первые дни совместной программы ударных истребителей F-35.

«F-35 ознаменовал начало нашей цифровой трансформации», — сказал он.

«В отличие от своего предшественника F-22, который все еще был бумажным, это была первая полностью цифровая инженерная авиационная программа. У нас были надежные модели для всего».

Разрушая парадигмы

Это было в 2004 году. С тех пор оцифровка принесла Lockheed Martin бесчисленные преимущества.

Помимо очевидных преимуществ, таких как более эффективные процессы проектирования и разработки, это также позволило значительно улучшить производственный процесс.

Это включает в себя автоматизированное сверление и установку крепежа, улучшенные процессы механической обработки, роботизированное напыление защитных покрытий, лазерную резку труб с компьютерным управлением и, в последнее время, бесконтактную метрологию — все это основано на цифровых данных.

Кинард отметил, что бесконтактная метрология важна во многих отношениях. Сравнивая трехмерные твердотельные модели со структурированными световыми сканами конструкций и узлов самолетов, производители обнаруживают, что быстрее и проще ответить на любые вопросы о том, как проектировалось, а что нет.

«Наша работа как технологической группы состоит в том, чтобы определить, что нужно производственному цеху и где существуют возможности для автоматизации, а затем выяснить, как реализовать их экономически эффективно и с высокой окупаемостью», — сказал он. «Во многих случаях решение — цифровое».

Все это не ново, добавил он. Что изменилось, так это множество инструментов, доступных сегодня производителям, будь то только что упомянутые структурированные и лазерные сканеры или программные инструменты и системы расширенного анализа, используемые для анализа конструкции самолета.

«За несколько лет работы над программой F-35 я очень ясно увидел, какое большое значение имеет проектирование на основе моделей, начиная с первоначального проектирования самолета и заканчивая тем, как мы поддерживаем его в полевых условиях». /Р>

Войдите в матрицу

Это также влияет на то, как приобретаются детали и материалы для самолетов.

Кинард указал на работы Уилла Роупера, помощника министра ВВС по закупкам, технологиям и логистике. В своих статьях «Сгибая ложку» Роупер писал:«Хотя наш процесс холодной войны действительно производит ведущие в мире военные системы, он увеличивает сроки, а затраты являются неустойчивыми побочными продуктами. Резкий контраст с коммерческой промышленностью ставит нашу армию в «невероятный» конец кроличьей норы».

По словам Ропера, выход из этой кроличьей норы лежит через цифровую инженерию, набор технологий, которые привели к обозначению ВВС США «серии e» для самолетов, спутников и систем вооружения, полностью спроектированных и изготовленных на цифровой основе.

Первый член этого быстрорастущего клуба? Учебно-тренировочный реактивный самолет eT-7A Red Hawk, разработанный и построенный всего за 36 месяцев, назван в честь летчиков Таскиги.

«Возможность разрабатывать виртуальные прототипы на ранней стадии разработки снижает риск для производства, поскольку позволяет нам узнать, будет ли конструкция соответствовать требованиям заказчика, прежде чем мы действительно начнем резать металл и укладывать композиты, не говоря уже о том, чтобы тратить годы на полеты и структурные испытания», — сказал Кинард. «Таким образом, это действительно акцент сегодня, большая часть которого вращается вокруг имитационного моделирования. Наш мир кардинально изменится в течение следующего десятилетия или около того по мере того, как эти технологии станут более изощренными, а точность наших 3D-моделей повысится».

Пол Олдройд, технический сотрудник и главный технический специалист по производству и разработке процессов в Bell (подразделение Textron), согласился, но с одной оговоркой. путь.

«Слово «трансформация» подразумевает динамичную среду, а это означает, что мы должны продолжать двигаться вперед», — сказал он. «Тем не менее, мы все добились прогресса в направлении полностью цифровой архитектуры».

Вы еще ничего не видели

Белл, безусловно, прошел долгий путь со времен V-22, своего первого самолета FBW (fly by wire), пояснил он.

Кроме того, 525 Relentless будет полностью коммерческим вертолетом FBW. Совместные многоцелевые самолеты (JMR), в том числе FLRAA (штурмовой самолет дальнего действия) и FARA (штурмовой самолет будущего), разрабатываются с использованием цифрового двойника и получили значительные преимущества от включения цифрового потока.

«В качестве отдельного примера преимущества можно привести гидравлическую систему гондолы JMR Valor V-280, которая на 90% сократила объем инженерных работ по сравнению с аналогичной системой на V-22, и в то же время предоставила цифровой артефакт для производственной команды, что также сократило время и трудозатраты на разработку на заводе».

Это не значит, что они сделаны. Он отметил, что проектирование на основе моделей постоянно совершенствуется, и цифровой поток должен быть непрерывным и надежным на протяжении всего жизненного цикла.

«Он будет не только управлять и сообщать о характеристиках транспортных средств, но и переводить обратно в показатели производства, обслуживания и поддержки по всей цепочке поставок. Цифровое предприятие представляет собой непрерывную обратную связь с воздушным транспортным средством с помощью основанной на физике аналитики, проектирования, виртуальной проверки, производства, готовности, мониторинга состояния, поддержки и осведомленности о парке».

Олдройд объяснил, что в «авиации следующего поколения» будет происходить одновременное совершенствование как продукта, так и процесса.

«Мы будем использовать цифровой двойник с открытой архитектурой, который будет обмениваться данными в режиме реального времени», — сказал он. «Эта возможность предоставит всем заинтересованным сторонам — руководителям программ, членам внутренних команд, нашим партнерам и клиентам — доступ почти в режиме реального времени к одной и той же информации, включая инженерный анализ, рабочие характеристики и другие соответствующие показатели».

Одним из преимуществ высокоинтерактивного цифрового двойника корпоративного уровня является то, что производственное пространство может развиваться одновременно с пространством проектирования и анализа — по сути, реализуя цифровой поток.

Для этого Bell создала специальный Центр производственных технологий, который, по словам Олдройда, представляет собой «среду производственных инноваций, основанную на цифровой философии, ориентированной на Интернет вещей».

С этой целью компания изучает способы сбора производственных данных на основе датчиков с оборудования с ЧПУ и рабочих ячеек, чтобы информировать и совершенствовать цифрового двойника.

Это обеспечит обратную связь о самом производственном процессе, помогая компании оптимизировать производительность, избегать потенциальных проблем с качеством и создавать историю производства каждого компонента самолета для подключенного предприятия, включая операционные группы.

«Мы сделаем это». — сказал Олдройд. «Цифровой двойник должен быть живым организмом, способным приспосабливаться к изменяющимся обстоятельствам. Таким образом, производственный процесс будет становиться все надежнее с каждым днем.

«В конечном счете, рабочие ячейки могут быть всезнающими элементами:они будут проводить самооценку. Они сообщат нам, когда они не здоровы. И в конечном итоге они даже примут меры, чтобы стать здоровыми на уровне окружающей среды. Мы еще не закончили свое развитие, но именно к этому движется «цифровая вселенная».