基于数字孪生的飞机装配车间生产管控模式探索

飞机装配车间中实现制造的物理世界和信息世界的互联互通成为飞机装配智能化的发展趋势,数字孪生是实现物理世界与信息世界交互与融合的有效技术手段。分析了车间发展历程并阐述了目前飞机装配车间的特点及问题,在此基础上,提出了涵盖物理装配车间、虚拟装配车间、车间孪生数据及装配车间服务系统的飞机数字孪生装配车间架构,并对物理装配车间数据的实时感知与采集、虚拟装配车间建模与仿真运行技术、数字孪生与数据驱动的装配车间生产管控等飞机数字孪生装配车间关键技术进行了研究,为航空工业领域的智能制造提供参考。     

面向分层透明管控的飞机总装线数字孪生系统

为解决飞机总装生产线业务系统集成度差、装配过程不透明、异常处理不及时等问题,提出一种面向分层透明管控的飞机总装线数字孪生系统。基于系统需求分析,提出物理层、孪生数据层、孪生模型层、应用层4层系统架构,设计并实现面向多维数据集成的孪生数据库构建、面向透明可视的总装线数字孪生建模、面向现场异常处理的融合式分层管控三大核心功能模块。实际应用表明,该系统满足总装生产线多层次、多维度、多角色分布远程可视监控与综合分析的管控需求,可有效提升飞机总装的数字化、透明化水平。     

数字孪生及其在航空航天中的应用

数字孪生已引起国内外的广泛重视，可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报，从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相比一般的模拟模型，具有集中性、动态性和完整性的突出特点。数字孪生的发展需要复杂系统建模、传感与监测、大数据、动态数据驱动分析与决策和数字孪生软件平台技术的支撑。在航空航天领域，数字孪生可应用于飞行器的设计研发、制造装配和运行维护。重点讨论了应用机身数字孪生进行寿命预测与维护决策的案例，相比于周期性维护，具有检修次数更少、维护成本更低的优势。最后，给出了数字孪生在空间站、可重复使用飞船的地面伴飞系统中的初步应用框架。     

融合现场物理特性的航空薄壁结构虚拟装配样机及其构建技术

针对实现低刚度航空薄壁结构组件/部件高性能装配缺少现场物理特性数据与模型基础的问题,对融合现场物理特性约束的虚拟装配样机构建实现技术进行了研究。首先,定义了虚拟装配样机的技术内涵及构建框架,其本质是一个高度拟实化的数字孪生装配系统,可以在虚拟环境中进行多尺度的装配几何量与物理量拟实化仿真,预先分析验证装配性能;其次,从多源异构装配数据采集与处理、多类别装配孪生模型融合性建模、装配样机系统虚实融合同步性建模、装配过程与装配质量状态可视化建模4个方面,详细阐述融合现场物理特性约束的航空薄壁结构虚拟装配样机高保真动态构建及实现技术,并提出了虚拟装配样机的“双线”、“分级”综合构建措施,从而为装配过程的拟实化仿真及装配质量的精准控制提供数据及模型依据,并为装配质量的主动实时控制奠定坚实基础。     

飞机设计中仿真技术应用现状及发展趋势

随着计算机技术的迅速发展,仿真技术逐渐发展成熟。当前,飞机设计中的仿真技术应用体系在不同设计阶段均发挥着重要作用,但在仿真基础数据积累、仿真建模标准和多系统综合仿真等方面仍面临诸多挑战,需要重点加强仿真可信度评估、多系统虚拟集成仿真和多专业协同仿真平台等研究。     

基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式探索与实践

为持续提升飞机总装生产线运营绩效,促进业务模式变革,提出了一种基于数字孪生的飞机总装生产线管控新模式。首先,分析了飞机总装生产线从物理空间到信息空间的演变过程及生产线运行管控需求。其次,阐述了飞机总装生产线数字孪生组成,结合数字孪生五维模型,构建了总装生产线数字孪生模型。最后,基于3DMAX建立了虚拟模型,利用系统开发技术构建总装数字孪生系统,通过采集现场生产过程数据实现物理实体与虚拟空间的映射,初步探索了数字孪生技术在飞机总装生产线的应用。结果表明,基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式对提高生产效率和质量具有重要作用。     

大飞机系列论坛 大飞机关键制造技术

随着现代飞机和发动机进一步向结构整体化、零件大型化方向发展,数字化设计制造技术成为提升航空科技工业的重大关键制造技术,飞机零部件的机械加工正朝着高效数控加工方向发展,飞机结构装配越来越多地利用柔性工装系统……     

基于数字孪生的飞机起落架健康管理技术

针对飞机起落架系统，传统健康管理方式存在知识不完备、数据不平衡和模型固化等问题，开展了数字孪生驱动的健康管理技术研究，提出以自更新模型为基础实现故障诊断与预测的数字孪生健康管理框架。从起落架系统物理和行为2个维度建立孪生模型来实现真实系统的数字映射，依托强化学习算法实现数字孪生模型参数的更新，确保孪生模型实时跟踪和反映实体健康状态，并以此为基础设计基于事件的故障诊断和基于粒子滤波的故障预测方案。以起落架收放系统为例完成实验验证，与传统方法相比，本文方法在实时性、准确性和鲁棒性方面表现更优。     

先进战斗机寿命设计与延寿技术发展综述

轻质长寿命一直是飞机结构强度设计所追求的目标,也是一代又一代结构强度工作者所面临的永恒主题。随着国内外航空工业的发展、疲劳设计理论以及现役飞机延寿工程的开展,飞机寿命设计与延寿技术取得了快速发展。本文从20世纪60年代飞机设计中引入疲劳设计开始,以疲劳设计准则的发展为主线,对分散系数的确定、载荷谱编制技术、飞机寿命设计与延寿技术、日历寿命评定、单机寿命监控等技术的形成与发展进行综合论述。有成功的经验,也有失败的教训,从实践中发展出疲劳设计的理论体系、分析方法与规范标准,带来了飞机设计寿命指标的不断提升,保障服役飞机的飞行使用安全。提出耐久性/损伤容限设计思想是目前及未来飞机长寿命设计及延寿的主要设计思想,全尺寸耐久性/损伤容限试验是飞机定寿、延寿最主要的技术途径,结构细节设计、耐久性预防性修理以及单机寿命监控也是确保长寿命设计指标实现和现役飞机延寿成功不可或缺的技术手段。     

压气机数字孪生模型中的仿真技术探索

仿真技术是构建压气机数字孪生体的一种重要手段。为了满足数字孪生过程中准确性和实时性要求,给出了压气机数字孪生模型中的数值模型完备性分析,探索了一种将高性能计算与全环非定常模拟相结合的压气机孪生仿真技术。采用数值完备性定义某S弯进气道中涵道风扇的数字孪生体,从边界条件完备性与几何模型完备性方面分析了不同数值模型对涵道风扇数值孪生结果的影响;再结合现代高性能计算技术提出了一种压气机数字孪生过程中的高效计算技术,并针对某15级压气机开展了多级全环非定常模拟仿真计算。结果表明：满足压气机数值模型完备性要求是实现压气机数字孪生体准确性的前提,同时采用2层次计算模型的高效计算技术是获得压气机孪生模型的一种有效手段。     

飞行模拟器中的虚拟声音建模与实时渲染技术

虚拟声音的建模与渲染是飞行模拟器虚拟环境仿真中的关键技术,结合物理、心理、建筑、室内声学以及数字音响艺术等多门学科,提出适用于分布式飞行模拟器虚拟仿真系统的离线综合声音建模与动态均衡渲染算法,经过数字压限器、扩展器以及激励器等环节,将大规模音频数据根据虚拟权重进行离线重构;运用五段等响折线法,并结合心理声学构建了基于大规模音源的动态压缩比算法;结合座舱虚拟环境的等效吸声系数算法和混响时间算法;综合功率谱密度函数与特性共振峰,总结出与一系列状态量对应的幅频特性,应用前馈(BP)网络算法对数字均衡器进行实时调参,实现了发动机推力噪声的动态数字音频实时渲染;并基于Direct Sound的音频特效程序接口开发了一套基于高层体系结构(HLA)的分布式飞行模拟器实时音效系统,仿真结果验证了声音建模与渲染算法的有效性。     

全尺寸飞机结构静力试验数字仿真

全尺寸飞机结构静力试验是飞机结构研制的重要环节,需大量的财力和时间投人。试验结果的精度和有效性主要依赖于试验实施方案设计的合理性;试验件的安全主要依赖于试验时同步地对试验测试数据的监控和与数字仿真结果的一致性评估。全尺寸飞机结构静力试验数字仿真能够辅助实现上述要求,显著提高试验效率。介绍了全尺寸飞机结构静力试验数字仿真的关键技术及解决方案并给出了应用实例。     

Vibration analysis and control technologies of hydraulic pipeline system in aircraft: A review

Vibrations in aircraft hydraulic pipeline system, due to multi-source excitation of high fluid pressure fluctuation and serious vibration environment of airframe, can cause the pipeline system vibration failures through overload in engineering field. Controlling the vibrations in hydraulic pipeline is a challenging work to ensure the flight safety of aircraft. The common vibration control technologies have been demonstrated to be effective in typical structures such as aerospace structures, shipbuilding structures, marine offshore structures, motor structures, etc. However, there are few research literatures on vibration control strategies of aircraft hydraulic pipeline. Combining with the development trend of aircraft hydraulic pipeline system and the requirement of vibration control technologies, this paper provides a detailed review on the current vibration control technologies in hydraulic pipeline system. A review of the general approaches following the passive and active control technologies are presented, which are including optimal layout technique of pipeline and clamps, constrained layer damping technique, vibration absorber technique, hydraulic hose technique, optimal pump structure technique, and active vibration control technique of pipeline system. Finally, some suggestions for the application of vibration control technologies in engineering field are given.     

飞机战伤抢修评估与设计方法综述

飞机战伤抢修（ABDR）是提高飞机生存力与作战能力的重要手段之一，开展战伤抢修技术研究覆盖飞机全寿命阶段。回顾了战伤抢修研究的历史和现状，分别从战伤评估、战伤抢修设计、战场维修与保障等3方面总结了战伤抢修体系要点，重点综述了战伤抢修预评估技术、战伤现场评估技术、战伤抢修设计准则与原则、战伤抢修设计与评价方法、战场快速维修技术、战场保障方法等方面的理论与研究进展。在此基础上，针对未来体系对抗与智能化作战环境，结合目前战伤抢修需求，提出了包括先进材料结构飞机战伤抢修技术、直升机战伤抢修技术、飞机战伤评估智能技术等战伤抢修技术研究需要关注和解决的问题。     

机翼结冰生命周期的数字孪生软件系统

飞机巡航中的机翼结冰情况是关系到飞行安全的重大实际问题之一,如果能够实时监测甚至根据环境提前预测机翼结冰过程和状况,对改进机翼防除冰设计、规避飞行危险都具有重大意义。数字孪生技术作为5G信息时代中新兴的技术,为物理过程的虚拟呈现提供了新的思路与解决方案、同时数字孪生技术结合人工智能等技术,同样可以应用于飞机巡航中机翼结冰物理过程,对实时监测与预测提供了新的技术保证。从数字孪生的角度出发,以机翼结冰神经网络模型为切入点,设计实现了一款基于数字孪生和人工智能技术的巡航中机翼结冰二维过程快速呈现软件系统。软件获取飞机巡航结冰参数与飞行参数,运行结果能够利用动态显示方式,呈现飞机巡航中机翼结冰全生命周期。     

移动工业机器人在飞机装配生产线中的应用研究

在总结移动工业机器人在飞机装配生产线等航空制造场景典型应用的基础上,重点分析了移动工业机器人多传感器融合的同步定位和建图、移动机器人导航控制、机械臂精度控制和数字化测量等关键技术,并对未来航空领域移动机器人的人机协作、多传感器数据融合、智能规划与决策、数字孪生体系等发展趋势进行了阐述.     

面向航空智能制造的DT与AI融合应用

针对航空装备复杂制造场景下制造过程管控维度多尺度大、制造资源组成复杂性高、质量问题跟踪定位难度大等问题，结合数字孪生（DT）与人工智能（AI）技术特点，开展了面向航空智能制造的DT与AI融合应用研究。基于数字孪生与人工智能应用现状，系统性地阐述了数字孪生与人工智能融合机理，分析了支撑数字孪生与人工智能融合驱动航空智能制造的关键技术和数字孪生与人工智能融合驱动的AI控制中心构建涉及的关键问题，在此基础上重点讨论了加工制造过程自适应控制、智能车间生产过程智能管控、制造过程资源调度与优化决策、产品智能质量控制等应用场景，为数字孪生与人工智能在航空智能制造融合应用提供参考。     

面向模块化配置生产的大型飞机装配规划与仿真技术

大型飞机装配具有学科领域多、精度要求高、协调产业链广、工作量大等特点,是大型飞机研制周期、质量和成本的决定性环节。目前国内航空企业更多在单点上引入数字化产品定义MBD以及装配仿真等技术,业务仍然采用传统设计制造分离模式,未形成先进的数字化装配工程应用体系。本文对国内外航空企业的数字化装配技术应用现状进行了分析,提出了先进业务管理、数字化制造工程设计、装配仿真验证相融合的集成框架,并对其中的关键技术进行了论述。最后,基于该研究成果构建了装配规划及仿真的工程应用集成环境,并对应用于某大型飞机研制中的工程化效果进行了描述。     

数字孪生技术在飞机设计验证中的应用

随着工业4.0技术的发展,数字孪生技术正在不断渗透到工业生产和新产品研发的各个领域,并为新产品研发带来综合性能整体优化、研发成本降低、研制周期缩短等优势,是提升新产品市场竞争力的重要手段。在现代民用飞机研发过程中,从型号需求、初步定义、详细设计、生产试制、试飞取证和运营维护等产品全生命周期内,都可以利用数字孪生技术,实现虚拟和物理的无缝对接,尤其在飞机设计验证方面,更可以做到更优、更广、更快、更省。然而,在我国民用飞机研制项目中,还未形成数字孪生应用体系。本文通过对飞机架构模型设计、多模型构架集成以及模型参数辨识和验证几个方面,对数字孪生技术在飞机设计验证过程中的应用技术进行了探讨。经研究发现,数字孪生技术对飞机型号研制各阶段的设计验证,尤其是集成试验验证提供了重要的指导作用和技术支持,为民用飞机适航验证和运维服务提供了更快、更经济、更强有力的支持与保障。