第十天：机身数字孪生体之C-5运输机CBM+前传

导读：作为“点肆100”计划的一部分，工业4.0研究院拟发布系列文章，谈谈“数字孪生维护”（DTM，Digital Twin Maintenance）相关成果及解决方案。欢迎加入点肆公司（联系方式见文后），共同进入数字工程世界。

美国国防部2002年制定了基于状态的维护加 (CBM+) 计划，旨在解决因老化资产使用率增加而导致的维护成本急剧增加和任务执行率下降的问题。后来于2008年还专门发布了《CBM+指南》，直到2009年DARPA提出数字孪生体概念，进一步形成了“CBM+SI”的体系。

“点肆100”计划撰写100篇数字孪生维护的文章，CBM+概念体系产生的时间早于数字孪生体，跟飞机结构的结合，直接推动了ASIP的深入发展和演进。

早在2010年，洛克希德·马丁（简称“洛马”）参与了AFRL的“航空器集成和技术研究项目”（AVIATR，Air Vehicle Integration and Technology Research Program），这个项目由AFRL的Eric Tuegel负责，洛马公司的Dale Ball院士也参与了。

AVIATR项目采用的平台是C-5大型战略运输机，这是在AFRL在F-15、F-22以及F-35等主流战斗机上应用CBM+技术获得成功之后，希望在大型飞机上看看是否值得引入CBM+相关技术。

C-5是美国空军现役最大的战略运输机，它能够在全球范围内运载超大规格的货物并在相对较短的距离里起飞和降落。首架C-5A运输机在1969年交付美国空军。升级版的C-5M“超级银河”（C-5M Super Galaxy）配备新型引擎及其他现代化设备，预计将服役至2040年。

针对C-5飞机当时采用的检测情况，项目团队仔细做了分析，分为关键区域（Critical Zone）、延展区域（Extended Zone），对检测周期和方法都做了分类，以便开展对比检测试验，希望证明CBM+在C-5飞机上的实际价值。

为了验证C-5飞机应用CBM+的价值，该项目设定了三种指标：可用性（Availability）、任务能力（Mission Capability）和维护成本（Maintenance Cost）。

该项目针对C-5A飞机的后冠区域，开发特定的结构应用，以此开展相关的评估过程。该评估分为以下步骤：

（1）识别候选结构问题（具有足够维护/成本负担的问题）；

（2）选择合适的 SHM 传感器（或传感器组合）；

（3）为新系统设计和开发 SHM 系统架构或现有系统的集成计划；

（4）真实结构的实验室演示；

（5）开发 SHM 系统的操作概念和它支持的基于状态的维护计划；

（6）开发商业案例，证明（或反驳）成本效益。

在实施结构健康监测（SHM，Structural Health Monitoring）的时候，通过采集C-5飞机缺陷的检测，判断是否有缺陷。如果检测到故障，把故障传感器的位置（托架）以橙色突出显示。单击突出显示的托架会显示有关异常的其他信息。

通过实验室和商业案例（Business Case）验证，CBM+技术的应用是可信的，它在包括C-5大型运输机以及主流战斗机（例如F-15、F-16和F-35等）上都得到验证，其通用特征也比较明显，成为了数字孪生体产生的基础，这是后话，暂且不表。

针对C-5飞机应用CBM+技术的可行性，项目团队通过危险程度、可用性、MOI和视觉检测、FMC和案例等角度做出了肯定的结论。

关心CBM+技术的读者应该注意，这种方式是一种系统工程方法，涉及到多学科的领域，团队负责人应掌握多种技术应用的情况，同时还应该研发一套有效的工程环境。

细心的读者会发现，在C-5飞机AVIATR项目开展不到2年时间，AFRL迅速启动了“机身数字孪生体”项目，F-15C成为验证数字孪生工程的平台，取得了难以置信的效果。参与该项目的洛马公司迅速把数字孪生技术应用到F-22、F-35等战斗机上。

由此，数字孪生工程时代开启了。

（未完待续）

作者：胡权，工业4.0研究院院长，北京点肆数字技术有限公司负责人

联系方式：huquanbj（微信），huquan@innobase.cn（邮箱）

附：大型运输机C-5应用CBM+的可行性