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海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

技术变革引领航空4.0时代

近年来，全球航空制造业已逐步迈入以工业物联网（IIOT）概念

为显著标志的工业4.0时代。信息物理系统、区块链、云计算等概念

正成为制造和维修车间的热点，高度自动化、数字化和实时数据传输

等特征已渗透至制造执行系统的每个单元。以航空发动机为例，装备

有近5000个不同功能传感器的新一代齿轮传动发动机每秒产生的数

据超过10GB，安装两台该发动机的单通道飞机在12h飞行时间内累

计数据释放可达844TB;如何实时处理如此庞大的信息量，已成为工业

4.0时代航空产品设计和运营带给人们的新问题。

1航空4.0时代

同工业革命的发展类似，商用航空的历史也可以划分为四个阶段：

自航空器诞生之日起，以目视飞行规则为主的人类飞行探索主导了第

一阶段，此时人们关注的焦点尚处于如何设计和制造出高效能的飞机

产品;随后，自动油门、气象雷达、甚高频全向信标（VOR）等用于替

代傳统膜盒式航空仪表的各类先进电子设备的出现使人类航空史进

入到了第二阶段，这些设备在可以引导飞机实现仪表着陆的同时也首

次对驾驶舱人机交互体验和实时信息处理提出了需求;在第三阶段，

飞机具备了高度集成的航空电子显示和数据传输总线，增强型近地告

警（EGPWS）、空中防撞（TCAS）系统等先进设备已经可以为飞行员

的操作提供一定程度上的决策建议;如今，机载信息物理系统的出现

和应用标志着航空飞行史进入了第四发展阶段，人工智能在飞行决策

环节的介入度达到了前所未有的高度，数字化和智能化成为了飞机设

计、制造与运行环节的主要特征。

2工业互联网和数字孪生

未来20年全球航空市场将增加近40，000架新飞机，面对如此

庞大的交付需求，传统的制造环节已难以满足其短时装配的要求。以

波音B747飞机为例，每架飞机的组装完成需要装配600万个部件，

海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

整个过程不但耗时长久，还对装配环节过程检验提出了较高要求。如

今，工业互联网的出现极大地提高了飞机的装配效率，这一点已在空

客A350飞机的组装过程中得到充分体现。通过联结设计、生产与供

应链人员的3DExperience软件平台，产品线上所有相关人员可以共

享数模、工艺等即时信息，并将装配进程实时反馈至上下游各环节，

从而降低了等待时间和出错概率。在工业互联网技术变革中，数字孪

生技术的出现和应用进一步缩短了虚拟和现实的距离。数字孪生技术

集成了人工智能、机器学习和分布式传感技术，通过将众多传感器发

送的数据进行收集整理并建立特征模型来实现物理域到数字域的映

射，从而将产品设计、装配流程等实时反映在虚拟平台;当需要对被控

流程进行干涉或调整时，制造执行系统将根据人工指令作动，反向实

现数字域到物理域的反馈。利用传感器在真实使用环境中积累的大量

数据，数字孪生具备持续学习和自我升级特点，可以被视为虚拟-现

实世界的理想传输接口。目前，该项技术已将波音公司商用和军用飞

机制造环节中零部件的一次质量合格率提高了40%，GE公司则不仅

在其LeapX发动机零组件的装配上采用了该技术，还利用数字孪生

所采集的数据持续监控发动机交付后的使用性能。发动机在飞行过程

中产生的关键性能数据通过飞行管理系统、气象卫星等被下载收集，

再利用预知性分析模型来提供下一次进场维护所需的操作等级和时

间间隔;这种方式为GE公司在发动机维修计划控制方面提供了