利用数字孪生体、AI和AR/VR进行军用飞机维护

数字孪生体、AI和AR/VR等先进技术的整合正在极大地改变飞机维护和维修的传统方法。军事和航空航天制造商越来越多地转向创新解决方案，以优化维护程序，增强安全协议，并降低运营成本。

航空航天、国防和其他工业部门的使命是实现基础设施现代化，通过使用数字孪生体技术来提高运营效率。现有的运营、培训和维护流程严重依赖二维纸质手册，并提供最少的数字建模。

缺乏现有的数字模型严重阻碍了运营效率、任务规划和飞机准备状态。数字孪生体现在彻底改变了我们设计、建造、操作和修复物理对象和系统的方式。工业流程的数字化转型要求它采用数字孪生体技术，以帮助在未来几十年内提供尽可能最好的工具。

航空航天制造商和军用飞机服务和维修机组人员仍然面临一大量挑战，包括缺乏广泛的3D模型。对于传统飞机，可用的3D模型非常有限，大多数模型、要求和规格都是2D形式。使用专用扫描仪和基于2D数据的数字修改，使用传统方法生成准确的3D模型非常昂贵和耗时。此外，由于互操作性受限，大多数3D扫描软件将模型保持为专有格式，这大大限制了模型的有用性。

其他挑战包括将生成的3D模型纳入现有SysML工作流程和/或创建不绑定到专有模型和系统的灵活工作流程。为了模拟每个模型和子系统的独立行为，以及不同子系统之间的交互，制造商需要使用SysML将3D模型及其物理行为纳入系统模拟模型。这需要创建一个框架，将所有单个和组合的系统需求摄取到SysML工作流程中，参数化模型配置，模拟和监控单个组件的行为及其交互。

人工智能驱动的预测性维护

军用和国防飞机的维护传统上依赖于根据报告的问题进行定期检查和被动维修。然而，AI驱动的预测性维护现在正在改变这种方法，利用数据分析和机器学习算法在潜在故障发生之前预测潜在故障。

航空公司正在利用AI来监控从飞机组件、发动机和系统中嵌入的传感器中收集的大量数据。分析这些实时数据，以检测指示即将出现故障或性能下降的微妙模式。

AI算法可以检测数据模式中的异常，例如发动机温度波动或不规则振动签名，这可能表明潜在的问题。通过持续监控和分析这些数据，AI可以准确预测特定组件何时可能需要维护或更换，使航空公司能够在例行维护期间主动安排维修。

这种从被动维护到预测维护的转变不仅通过降低意外故障的风险来提高安全性，而且还优化了运营效率并最大限度地减少了停机时间。

数字孪生体的作用

数字孪生体是飞机等实物资产的虚拟表示，使用从传感器、历史维护记录和操作输入收集的实时数据创建。这项技术使航空航天制造商和航空公司能够在虚拟环境中模拟和可视化飞机组件和系统的性能。通过将人工智能算法集成到数字孪生模型中，运营商可以对单个飞机及其组件的健康和运行状态获得有价值的见解。

对于飞机维护，数字孪生体通过全面了解飞机的状况和行为，提供了一种变革性的方法。维修人员可以利用数字孪生体来模拟不同的操作场景，并评估对飞机性能和维护要求的潜在影响。这允许更准确地规划维护活动，优化备件库存管理，并增强基于预测分析的决策。

数字孪生体还促进了远程监控和诊断，使维护团队无需物理检查即可识别问题。例如，使用来自数字孪生体的实时数据，AI算法可以根据关键组件的当前状况推荐特定的维护操作，从而减少对手动检查的需求，并提高整体维护效率。

结合3D技术

当今领先的数字孪生体解决方案提供商正在重塑工业部门如何将人工智能和空间计算用于数字孪生体、自动化和机器人应用。这些提供商利用沉浸式XR接口、人工智能和云技术的进步，提供开放、模块化、高精度和可扩展的人工智能云平台，用于快速、准确和具有成本效益的3D数字孪生体创建，从而提高制造、运营、培训和维持的效率、自动化和生产力。

随着这些COTS设备内置的高质量传感器（即高分辨率彩色相机、深度传感器（如激光雷达）、运动传感器和眼球跟踪器的激增，供应商可以访问非常高质量的空间数据，以近乎实时地生成准确的3D空间地图。公司主要受到这些移动设备的计算和功率（电池）的限制。今天的平台简化了3D扫描和数字孪生体工作流程，同时使用云计算，使负担得起的消费硬件能够超越其标准能力。

这些解决方案通过在云中处理数据（本地/气隙或远程，如亚马逊GovCloud）来克服移动设备在电池寿命和计算方面的限制。这使得从手机、平板电脑和XR耳机的传感器中快速生成具有毫米精度的详细3D模型，具有完全保真度的模型，没有明显的滞后。

通过将最密集的处理任务转移到云端，人工智能驱动的软件从廉价的COTS设备中产生高质量的点云。与传统方法相比，这大大加快了数字孪生体的创造。当今较新的商业解决方案可以使用XR耳机作为捕获设备，同时处理服务器PC上的所有数据，实现快速准确的3D点云生成。

维护中的AR/VR应用程序

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术正在重塑飞机维护程序和技术人员培训计划。AR将数字信息叠加到技术人员的视野上，在维护任务期间提供实时指导和说明。例如，AR可以将原理图、清单或诊断数据叠加到物理飞机组件上，使技术人员能够更准确、更高效地执行复杂的维修。

另一方面，VR正在通过在虚拟环境中提供沉浸式和交互式维护程序模拟来彻底改变技术人员培训。学员可以练习复杂的任务，如发动机拆卸或电线维修，而无需实际使用飞机。VR模拟可以复制不同的飞机模型和场景，在安全和可控的环境中提供动手体验。

人工智能、3D空间数字孪生体和AR/VR技术在军用飞机维护和维修功能中的集成为航空公司和航空航天制造商提供了许多好处。增强的预测性维护能力减少了运营中断，延长了飞机的使用寿命，并优化了维护成本。

数字孪生体提供了飞机健康的整体视图，能够进行积极主动的决策和简化维护流程。

AR/VR技术提高了技术人员的效率和熟练程度，最终提高了整体安全性和可靠性。

有了这些技术，航空航天制造商和航空公司可以极大地改善飞机维护和维修过程。

来源：国外媒体