羅羅數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路

由于數(shù)字技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，羅羅公司認(rèn)為新一代數(shù)據(jù)服務(wù)具備了深度發(fā)掘傳統(tǒng)航空發(fā)動機行業(yè)潛在價值的可能性，并計劃借此開創(chuàng)航空發(fā)動機數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新格局。

航空發(fā)動機作為航空領(lǐng)域的核心裝備之一，是裝備制造業(yè)的尖端，也是一個國家科技水平和經(jīng)濟實力的綜合體現(xiàn)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的推動下，以“數(shù)字化”為特征的產(chǎn)品研制理念和發(fā)展模式，已經(jīng)成為國際先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的主流方向。在實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的道路上，羅羅公司采取的主要措施包括提出智能發(fā)動機愿景、打造Azure云平臺以及創(chuàng)建R2數(shù)據(jù)實驗室，并在部分項目里進(jìn)行了實際應(yīng)用。

航空發(fā)動機數(shù)字孿生概念

提出智能發(fā)動機愿景

2018年，羅羅公司推出的“智能發(fā)動機”（Intelligent Engine）愿景在一定程度上描繪了航空動力的未來發(fā)展：借助數(shù)字化，通過更強的互聯(lián)性、情境感知以及理解力，進(jìn)一步提升發(fā)動機的可靠性和效率。其中，互聯(lián)性是指與其他發(fā)動機、支持生態(tài)系統(tǒng)以及客戶實現(xiàn)互通互聯(lián)，實現(xiàn)多方信息雙向流通；情境感知是指感知運行環(huán)境、制約因素和客戶需求，實現(xiàn)無須人工干預(yù)的對環(huán)境的自動響應(yīng)；理解力是指從自身經(jīng)驗和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，調(diào)節(jié)自身行為，實現(xiàn)最佳性能。

數(shù)字孿生技術(shù)是支持智能發(fā)動機愿景實現(xiàn)的關(guān)鍵。利用數(shù)字孿生，羅羅公司將客戶需求快速轉(zhuǎn)化為解決方案。先了解合作伙伴的需求，然后將這些需求轉(zhuǎn)化為對產(chǎn)品和設(shè)施的明確要求，以提供最佳解決方案。此外，通過數(shù)字孿生，可以更加深入全面地了解復(fù)雜技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)過程中存在的潛在風(fēng)險和機會，提升智能發(fā)動機開發(fā)的效率和精度。

羅羅公司將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用在航空發(fā)動機的設(shè)計、制造、試驗和運營階段。設(shè)計階段，數(shù)字孿生是一個部件或一臺發(fā)動機的虛擬分身，通過模擬真實情況測試和了解設(shè)備的運轉(zhuǎn)和相關(guān)影響，用于發(fā)現(xiàn)和識別材料結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何振動、扭曲、壓縮、疲勞等情況，提供極具價值的反饋信息；制造階段，數(shù)字孿生幫助優(yōu)化設(shè)備和資源調(diào)配，提升生產(chǎn)效率，通過仿真工廠模擬設(shè)備維修時間、工具校準(zhǔn)及人員部署，能夠計算和決定生產(chǎn)線的最優(yōu)運作，以確保恰當(dāng)庫存和部件可用性，并且能幫助優(yōu)化供應(yīng)鏈管理；運營階段，數(shù)字孿生將制造、維修、運營采集的數(shù)據(jù)與飛行過程中環(huán)境數(shù)據(jù)相結(jié)合，模擬機隊服役狀況，通過數(shù)字化模型及數(shù)學(xué)演算工具，充分了解和預(yù)測未來運營和維修的需求，從而更好地開展維護(hù)和大修以及其他售后服務(wù)，能夠幫助客戶減少運營中斷，最大化資產(chǎn)可用性。

打造Azure云平臺

Azure是微軟公司基于云計算的操作平臺，主要目標(biāo)是以云技術(shù)為核心，幫助客戶開發(fā)可在云服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)和個人計算機上運行的應(yīng)用程序。2016年，羅羅公司宣布與微軟公司合作，致力于將航空工程和包括高級分析、物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的云計算相結(jié)合，形成頂級解決方案，從根本上轉(zhuǎn)變發(fā)動機相關(guān)的運行和維修工作，利用數(shù)字技術(shù)的力量變革航空業(yè)。羅羅公司在微軟Azure云平臺上建立了全新的數(shù)字化功能，利用Azure物聯(lián)網(wǎng)套件從地理位置分散的不同數(shù)據(jù)源收集和匯總數(shù)據(jù)，并利用Cortana智能套件來深入挖掘這些數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)Ω訌V泛的航空運行數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和整合。

羅羅公司將Azure解決方案整合進(jìn)羅羅的Total Care維修服務(wù)中，對大量發(fā)動機數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)測，幫助航空公司排故、開展預(yù)測性維修、航油管理和航線規(guī)劃等。

羅羅公司的R2數(shù)據(jù)實驗室

創(chuàng)建R2數(shù)據(jù)實驗室

2017年12月，羅羅公司宣布開設(shè)R2數(shù)據(jù)實驗室，旨在提供創(chuàng)新的數(shù)據(jù)分析，推動數(shù)字化新時代的到來。羅羅公司希望借助R2數(shù)據(jù)實驗室，在效率、可用性、風(fēng)險與合規(guī)等三方面為客戶創(chuàng)造更大的價值。在效率方面，提升資產(chǎn)運行和維護(hù)，降低運營成本；在可用性方面，最大化資產(chǎn)可用性，提升生產(chǎn)效率；在風(fēng)險與合規(guī)方面，優(yōu)化風(fēng)險管理，自動化合規(guī)流程。R2數(shù)據(jù)實驗室的主要業(yè)務(wù)是收集、處理、分析產(chǎn)品設(shè)計、制造、運營和環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完成后，由數(shù)據(jù)分析專家使用最新的技術(shù)，如人工智能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，再由專業(yè)知識深厚的發(fā)動機技術(shù)專家把關(guān)，確保數(shù)據(jù)分析結(jié)果的正確性和實施過程中的可操作性。羅羅還積極與軟件供應(yīng)商、學(xué)術(shù)界等外部伙伴協(xié)作，擴充能力和資源，以更快適應(yīng)客戶不斷變化的要求。

截至2021年年底，R2數(shù)據(jù)實驗室已開發(fā)了技術(shù)洞察（intelligent insights）平臺和Yocova數(shù)據(jù)交換協(xié)作平臺。羅羅公司在全球設(shè)立了多個航空公司支持團隊（AST），主要任務(wù)是評估機隊運行故障和問題，并提出應(yīng)對措施。

技術(shù)洞察平臺旨在讓AST能方便地在同一位置捕捉、分類和整理報告數(shù)據(jù)。該平臺能夠創(chuàng)建大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫（是AST以前訪問的數(shù)據(jù)庫規(guī)模的10倍），然后通過分析來發(fā)現(xiàn)影響可靠性的趨勢和常見問題。此外，該平臺能夠呈現(xiàn)和特定事件相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)以往類似事件的發(fā)生，預(yù)測潛在問題和原因。經(jīng)過一段時間的運營經(jīng)驗積累后，還能讓AST了解運營商整體機隊的延誤和取消率，以評估所實施的舉措產(chǎn)生的影響，進(jìn)而提升可靠性。

Yocova數(shù)據(jù)平臺可供航空專業(yè)人員互相聯(lián)系，從而協(xié)作、控制商業(yè)化數(shù)據(jù)源及應(yīng)用程序。該平臺旨在幫助用戶管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)環(huán)境。新加坡航空公司是首批大型航空公司參與者，目前正在使用Yocova進(jìn)行內(nèi)部協(xié)作，并與羅羅公司合作開發(fā)應(yīng)用程序。羅羅公司表示，Yocova具備獨特的優(yōu)勢，它可以保持?jǐn)?shù)據(jù)可見性，且可以控制用戶權(quán)限、使用時間和數(shù)據(jù)容量等。

與此同時，為實現(xiàn)智能發(fā)動機愿景，R2數(shù)據(jù)實驗室正在收集大量數(shù)據(jù)。通過先進(jìn)的分析工具和工業(yè)人工智能技術(shù)來分析和處理數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)四大關(guān)鍵能力：一是設(shè)計優(yōu)化能力，利用豐富的運行和環(huán)境數(shù)據(jù)來模擬不同部件設(shè)計方案的表現(xiàn)和服役時長；二是全生命周期預(yù)測能力，利用數(shù)字孿生技術(shù)，通過詳細(xì)模擬發(fā)動機的未來服役環(huán)境來準(zhǔn)確預(yù)測發(fā)動機及其部件的剩余壽命；三是機隊規(guī)劃能力，挖掘超過25年的服役數(shù)據(jù)，了解如何通過調(diào)整客戶機隊運營來提升飛機的效率和可用性；四是維護(hù)、修理和大修（MRO）監(jiān)測能力，通過捕捉老齡部件的實際狀況來建立閉環(huán)的自我學(xué)習(xí)，為設(shè)計、制造和使用提出改進(jìn)意見。

R2數(shù)據(jù)實驗室是羅羅公司數(shù)字創(chuàng)新的催化劑，提高了羅羅公司內(nèi)部數(shù)字化的成本效率。在此基礎(chǔ)上，2022年3月，羅羅公司宣布成立R2工廠，專注數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以幫助其他組織應(yīng)對最嚴(yán)峻的工業(yè)挑戰(zhàn)。R2工廠由R2數(shù)據(jù)實驗室演化而來，R2工廠正在邀請客戶與其合作，將為客戶的數(shù)字化轉(zhuǎn)型遇到的挑戰(zhàn)提供解決方案。方案將先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析、人工智能和機器學(xué)習(xí)與數(shù)字文化變革、深厚的領(lǐng)域知識和系統(tǒng)工程專業(yè)知識相結(jié)合。

“超扇” 發(fā)動機

數(shù)字化技術(shù)的實際應(yīng)用

遄達(dá)發(fā)動機

發(fā)動機健康管理（EHM）系統(tǒng)用于傳輸數(shù)據(jù)從飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)移到地面的運行中心，用來記錄和監(jiān)測發(fā)動機的性能，確保其可用性。過去的幾十年，EHM 系統(tǒng)一直是羅羅發(fā)動機的重要技術(shù)特征，如遄達(dá)500 發(fā)動機電子控制單元中就內(nèi)置了發(fā)動機健康管理系統(tǒng)，而最新的EHM 系統(tǒng)能夠比以前的版本多測量數(shù)千個參數(shù)，還能監(jiān)測發(fā)動機的全新部件。

羅羅公司通過研究空氣濕度與渦輪燃?xì)鉁囟鹊年P(guān)系，用于更好地預(yù)測部件壽命和維修方法。例如，遄達(dá)XWB發(fā)動機的一種預(yù)測服務(wù)需求的方法是讀取渦輪排氣溫度，但該數(shù)值會受到濕度的影響，使得發(fā)動機看起來比實際更早需要維修。羅羅公司使用Azure 云平臺開發(fā)了應(yīng)用程序，快速訪問遄達(dá)XWB 發(fā)動機服務(wù)的每個機場的準(zhǔn)確空氣濕度數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確分析渦輪排氣溫度對發(fā)動機的影響，修正調(diào)整維修時間。這樣可以更準(zhǔn)確計劃遄達(dá)XWB 發(fā)動機的在翼飛行循環(huán)，增加客戶的發(fā)動機可用性。

此外，羅羅公司將預(yù)防性檢查貫穿遄達(dá)XWB 發(fā)動機的全生命周期。通過將數(shù)據(jù)錄入數(shù)字孿生體，對發(fā)動機組件的實時行為進(jìn)行建模，從而更準(zhǔn)確地判斷零部件是否出現(xiàn)磨損，幫助提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，相應(yīng)調(diào)整維修計劃。羅羅公司還利用數(shù)字孿生技術(shù)修理整體葉盤，提升遄達(dá)系列最新產(chǎn)品XWB-97 發(fā)動機的效率。

“超扇”發(fā)動機

羅羅公司的下一代大型商用發(fā)動機“超扇”（Ultrafan）與遄達(dá)發(fā)動機相比，燃油效率提高了25%，污染物排放降低了約25%。“超扇”發(fā)動機的每個風(fēng)扇葉片都有一個數(shù)字孿生數(shù)據(jù)模型，可以存儲真實的測試數(shù)據(jù)，從而使工程師可以預(yù)測使用中的性能。

羅羅公司為“超扇”發(fā)動機建造了全球最大的80 號室內(nèi)試車臺。

80 號試車臺在自動化方面：確保了測試的可重復(fù)性和一致性，同時減少操作系統(tǒng)所需的工時；提升了遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，自動安全觸發(fā)；集成的測試程序允許完全自動化的測試；自動油門能力與發(fā)動機和設(shè)備的可編程邏輯控制器（PLC）實現(xiàn)集成；實時報警檢查，違規(guī)操作報警響應(yīng)（＜5ms）；可生成測試日志表和自動報告；用戶友好的測試配置輸入與重復(fù)檢查；支持無人操作。

羅羅公司測試用于B-52H轟炸機換發(fā)項目的F130發(fā)動機

在可擴展性方面：網(wǎng)絡(luò)可擴展?jié)M足任何測試環(huán)境中的需求；支持任何數(shù)量的儀器節(jié)點發(fā)布數(shù)據(jù)，并允許其他的數(shù)據(jù)訂閱者應(yīng)用程序處理和測量數(shù)據(jù)；可以采集數(shù)百至數(shù)千個測量通道；可用于研發(fā)和MRO生產(chǎn)環(huán)境。

在可視化方面：提供了一個完全可定制的可視化接口幫助通訊和處理測試驗數(shù)據(jù)；完全機構(gòu)化的實時圖形數(shù)據(jù)顯示窗口；高度結(jié)構(gòu)化的報告可以應(yīng)對任何標(biāo)準(zhǔn)；定制報告和評審工具。

在集成性方面：滿足標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的儀器不需要額外的驅(qū)動程序；與動態(tài)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相結(jié)合可使得單個操作員可以控制數(shù)據(jù)收集的所有方面；與其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無縫集成。

與現(xiàn)有的試車臺相比，80號試車臺內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能更強大，更復(fù)雜，能以最快時間將數(shù)據(jù)直接傳輸至安全存儲，并首次連接到分析模型和工程師。錯綜復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)收集發(fā)動機的1萬余個不同參數(shù)數(shù)據(jù)，還能以每秒20萬個樣本的速率探測到最微小的振動。這些數(shù)據(jù)有助于更好地了解發(fā)動機，監(jiān)控每個組件在各種條件下的表現(xiàn)，并為將來改進(jìn)發(fā)動機的可用性和效率提供依據(jù)。

B-52H轟炸機的商用發(fā)動機替換項目

B-52商用發(fā)動機替換項目（CERP）是美國空軍計劃通過更換老舊的TF-33發(fā)動機使B-52H延長服役到2050年。新發(fā)動機的平均大修時間間隔大約在30000h，要大于B-52H在剩余服役周期內(nèi)的計劃飛行小時數(shù)，因而很可能在整個生命周期內(nèi)無須大修。在競標(biāo)過程中，羅羅公司采用數(shù)字建模技術(shù)“制造”了B-52H轟炸機的機翼，并安裝了該公司的F130發(fā)動機。借助數(shù)字模型，羅羅公司能夠為美國空軍演示其發(fā)動機和換裝模式將如何降低風(fēng)險，從而高效、經(jīng)濟且按時地?fù)Q裝該發(fā)動機。此外，數(shù)字模型還展示了如何更輕松地完成維修工作。

2021年9月，美國空軍宣布羅羅公司成為CERP計劃的贏家，將為所有76架B-52H轟炸機制造和安裝608臺發(fā)動機以及備件。羅羅公司項目負(fù)責(zé)人表示，數(shù)字技術(shù)已成為羅羅未來飛機和航空發(fā)動機研制的重要手段。羅羅公司的設(shè)計方案可與客戶分析，不僅是開發(fā)全新的發(fā)動機，還有開發(fā)全新的飛機，都會因此縮短周期。

羅羅已經(jīng)為B-52發(fā)動機維修人員開發(fā)了虛擬現(xiàn)實（VR）培訓(xùn)軟件，可以降低培訓(xùn)新維護(hù)人員的成本和風(fēng)險，并提高安全性。更重要的是可以為世界各地的維修人員提供實時、全天候的全球支持能力，即無論飛機部署在何處，維修人員都可以通過VR培訓(xùn)系統(tǒng)與羅羅技術(shù)專家聯(lián)系。

結(jié)束語

數(shù)字化轉(zhuǎn)型并非一蹴而就的過程，雖然實力雄厚，但羅羅公司并未冒進(jìn)發(fā)展。雖然物聯(lián)平臺、R2數(shù)據(jù)實驗室和智能發(fā)動機是新措施，但其背后是羅羅幾十年的數(shù)據(jù)積累和使用經(jīng)驗。對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，羅羅公司R2工廠的首席執(zhí)行官表示，從本質(zhì)上講，成功的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一場徹底的模式變革，只有建立起涵蓋所有利益相關(guān)方的高效生態(tài)系統(tǒng)才能實現(xiàn)該目標(biāo)。與一流的伙伴建立廣泛合作關(guān)系，不但能夠確保羅羅充分利用時下最好的開源技術(shù)，獲得其數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的各類支持，獲得更全面的數(shù)據(jù)，從而使公司能更靈活、更敏捷地響應(yīng)、適應(yīng)客戶不斷變化的要求。