大數(shù)據(jù)技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用探究

李進(jìn)平

（中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，陜西 西安 710089）

0 引言

在飛機(jī)制造過程中，對(duì)于零組件和裝配的加工可行性是最重要的，同時(shí)也是難點(diǎn)。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，飛機(jī)的零組件也在逐漸向著重量更輕、制造維護(hù)成本更低的方向前進(jìn)。因此，基于更環(huán)保、運(yùn)營成本更低理念設(shè)計(jì)和制造的飛機(jī)將會(huì)獲得更好的性能和更多的市場(chǎng)，這種思維同時(shí)也給飛機(jī)制造業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)和動(dòng)力。基于此，在飛機(jī)制造過程中一定要積極充分地發(fā)揮利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。另外，通過引入大數(shù)據(jù)技術(shù)可以不斷地改進(jìn)提升研制過程中零組件加工、組部件裝配的過程數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)建模以及仿真數(shù)據(jù)處理。這樣飛機(jī)制造可以更加提升生產(chǎn)加工效率和降低故障率保障飛行安全、有效降低生產(chǎn)成本。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)概述

在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家John Mashey在一次演講中首次提出了“大數(shù)據(jù)”這一概念。若借助4V特性對(duì)其可概括為:大容量、高速率、多形式以及高價(jià)值這四項(xiàng)典型特征[1]。若按照生命周期來分類，可分為采集數(shù)據(jù)源、管理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以及展示數(shù)據(jù)這四個(gè)階段。第一階段，重點(diǎn)是如何采集獲取各種交織混雜在一起的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并可達(dá)到初步抽取提煉的過程。第二階段，重點(diǎn)解決的是儲(chǔ)存和保管大規(guī)模的數(shù)據(jù)。期間，要不斷抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，目的是為了快速儲(chǔ)備分析所需的數(shù)據(jù)。第三階段，利用各種方法或者各種工具不斷地對(duì)其進(jìn)行檢查、清洗以及建模，并從中獲取有用的價(jià)值數(shù)據(jù)。第四階段，數(shù)據(jù)展示是分析流程的門戶，便于將數(shù)據(jù)以形象化的形式呈現(xiàn)給用戶[2]。對(duì)于制造飛機(jī)的數(shù)據(jù)，它們必須具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范和相對(duì)固定的格式；像行車記錄儀、車輛違法監(jiān)控等這些自動(dòng)記錄儀器，通過采用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析生產(chǎn)過程可以降低誤碼率，使承載的信息更清晰準(zhǔn)確，便于數(shù)據(jù)清洗或日后的準(zhǔn)確分析，其實(shí)這為航空航天等高附加值領(lǐng)域開展大量的大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[3]。

2 制造飛機(jī)的難度

航空制造能力已然成為衡量一個(gè)國家工業(yè)實(shí)力和綜合國力的重要標(biāo)桿之一。當(dāng)然，航空制造業(yè)也是一種典型的高投資、高技術(shù)以及高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)[4]，所以航空制造業(yè)已經(jīng)成為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)且屬于核心競(jìng)爭(zhēng)力范疇。飛機(jī)制造的技術(shù)難度非常大且綜合能力要求非常高，制造的過程也不是簡單的采用自動(dòng)化流水線的生產(chǎn)模式就可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)飛機(jī)制造過程可簡單劃分為以下階段：確定工藝分工路線、審查零組件的可制造性、制訂工藝總方案、制定材料定額并采購材料、搭建裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系以及編制各類工藝文件等。上述各項(xiàng)工藝準(zhǔn)備工作可借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其盡量同步開展，從而在有限資源條件下提高工作效率并大幅度地縮短工藝準(zhǔn)備周期。另外，在飛機(jī)制造過程中無可避免會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、錯(cuò)誤施工的現(xiàn)象。充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其建立控制流程的相關(guān)體系；建立對(duì)超差、拒收以及代料等各類偏離的控制體系；建立現(xiàn)場(chǎng)反饋信息系統(tǒng)；從而確保飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)與生產(chǎn)制造過程的準(zhǔn)確性和協(xié)同性。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)制造飛機(jī)的影響

在國內(nèi)，制造飛機(jī)的系統(tǒng)化工作已經(jīng)逐漸完成，但企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)不僅繁多、業(yè)務(wù)復(fù)雜，而且在信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互時(shí)難免出現(xiàn)各種困難或者相互掣肘，但是通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為其提供幫助[5]。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)在航空領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用的總結(jié)分析可知，在航空領(lǐng)域中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)飛機(jī)制造在未來將會(huì)呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：第一，為提升用戶的舒適性體驗(yàn)在新一代的民用客機(jī)中機(jī)體內(nèi)部的傳感器數(shù)量較之前更多，各系統(tǒng)之間信息交聯(lián)也更加復(fù)雜，此外采集的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)及種類也更加多樣化，面對(duì)不斷增加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，日益豐富的航空飛行數(shù)據(jù)資源，需要不斷擴(kuò)充大數(shù)據(jù)技術(shù)在航空制造行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。第二，由于不斷疊加的分析數(shù)據(jù)量以及航空裝備本身可能存在的系統(tǒng)耦合性，單一的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法將難以準(zhǔn)確地概述飛機(jī)制造本身技術(shù)狀態(tài)的變化。借助以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其內(nèi)部的邏輯關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確的概述，對(duì)于航空裝備復(fù)雜系統(tǒng)研制、機(jī)體制造以及關(guān)聯(lián)的維修業(yè)務(wù)均扮演著重要的角色。第三，隨著逐漸興起的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)有望提升工程技術(shù)人員的感知以及相關(guān)的分析能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更為高效的人機(jī)交互，進(jìn)而快速地推動(dòng)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的發(fā)展[6]。

4 大數(shù)據(jù)在制造飛機(jī)中的應(yīng)用

借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)生產(chǎn)制造，可以有效地縮短生產(chǎn)制造周期并且設(shè)備利用率會(huì)更高。大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)海量數(shù)據(jù)多維度的分類匯總和抽取利用，在如今大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)代對(duì)于飛機(jī)制造工程技術(shù)人員的思維影響主要集中在以下幾點(diǎn)：第一，相較于過去的樣本數(shù)據(jù)抽樣分析，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指定數(shù)據(jù)類型按分析需求進(jìn)行全面細(xì)致分析，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠讓人們更加清晰地認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)之間的發(fā)展規(guī)律和影響范圍。第二，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理一般都集中于對(duì)峰值的“精確度”獲取，這種獲取方式在樣本數(shù)據(jù)量不大時(shí)實(shí)現(xiàn)難度較低；然而通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，過去認(rèn)為在紛繁多樣、交織混雜海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中無法分析的數(shù)據(jù)現(xiàn)象也可以進(jìn)行精確度分析，雖然在這個(gè)過程中可能需要犧牲部分精確度，但這種結(jié)果更加全面且更具說服力。第三，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠更好地幫助我們通過過濾條件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并抽取其中的數(shù)學(xué)規(guī)律邏輯，從而幫助我們驗(yàn)證數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以利用。工程技術(shù)人員在整個(gè)飛機(jī)生產(chǎn)加工過程必須編制加工所需的各類工藝文件實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)操作的指導(dǎo)與解釋說明，基于設(shè)計(jì)部門提供的產(chǎn)品模型推導(dǎo)創(chuàng)建加工過程的中間模型從而指導(dǎo)對(duì)飛機(jī)零組件的生產(chǎn)加工，在此過程中將經(jīng)驗(yàn)公式和歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備加工數(shù)據(jù)采集等技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)加工生產(chǎn)的工藝策劃、仿真驗(yàn)證，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)各類數(shù)據(jù)歸納總結(jié)后明確設(shè)備調(diào)試、環(huán)境參數(shù)等影響因素的優(yōu)化方向，從而得到零組件加工的最佳工藝實(shí)施方案和更低生產(chǎn)成本。而在飛機(jī)的部總裝環(huán)節(jié)，通過與虛擬現(xiàn)實(shí)、激光跟蹤儀測(cè)量驗(yàn)證技術(shù)及裝配仿真驗(yàn)證技術(shù)等技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配過程的全流程監(jiān)控分析和能力提升。此外，在飛機(jī)制造中通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生以下數(shù)據(jù)：零組件加工的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，一般涉及基礎(chǔ)物料信息、追溯信息、加工設(shè)備信息、尺寸精度控制要求等，做好上述信息的管控是飛機(jī)制造的重點(diǎn)之一；在飛機(jī)裝配過程中需要用到數(shù)以萬計(jì)的零件、標(biāo)準(zhǔn)件，即使按概率計(jì)算各種制造缺陷都是一定存在的，如何快速準(zhǔn)確定位到存在缺陷的零組件或標(biāo)準(zhǔn)件將直接影響產(chǎn)品交付和企業(yè)運(yùn)營，通過對(duì)這些零組件的缺陷信息進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證迭代，從而提高飛機(jī)零組件的加工質(zhì)量并降低整體故障率。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)之一，相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，大數(shù)據(jù)技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造效率、故障模擬預(yù)測(cè)以及客服維保等領(lǐng)域都有十分突出的作用，例如零組件的加工生產(chǎn)、供應(yīng)商加工能力管理、供應(yīng)鏈保障的計(jì)劃與需求分析以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。我們應(yīng)該充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)飛機(jī)制造進(jìn)行管理和優(yōu)化，所以，在飛機(jī)制造過程中應(yīng)該充分利用好大數(shù)據(jù)技術(shù)并盡可能充分地發(fā)揮其作用于優(yōu)勢(shì)，從而提升飛機(jī)制造質(zhì)量并有效降低企業(yè)成本。