我國民用航空工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的思考與建議

胡桂新， 彭 鵬

（1.工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心， 北京 100846； 2.重慶凱瑞機(jī)器人技術(shù)有限公司， 重慶 400722）

0 引言

我國的民用航空工業(yè)數(shù)字化經(jīng)過多年的發(fā)展， 取得了一定的成效， 在產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、 異地協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字樣機(jī)應(yīng)用、產(chǎn)品數(shù)字仿真與試驗(yàn)、工藝數(shù)值模擬與仿真、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)和制造過程管理等方面有了較深入的應(yīng)用。 但是，我們也應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到，產(chǎn)品全生命周期的信息通道尚未打通，數(shù)字化工程體系還未形成，數(shù)字化技術(shù)的巨大效能遠(yuǎn)未發(fā)揮。

現(xiàn)今的航空裝備所含零件數(shù)量達(dá)到百萬級(jí)， 軟件代碼更高達(dá)數(shù)百萬行。 為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的敏捷研制、智能制造和柔性保障， 迫切需要系統(tǒng)工程思維的支持。 為此，必須全面引入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造手段，從而打造全新的航空工業(yè)體系，構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)字核心競爭力， 以加速推動(dòng)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量和效率。 本文根據(jù)相關(guān)的研究和實(shí)踐，總結(jié)我國民用航空工業(yè)數(shù)字化發(fā)展情況，分析目前數(shù)字化發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，并提出促進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的建議。 航空產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化和靈活化發(fā)展勢必將成為未來的發(fā)展趨勢，這也是推動(dòng)航空產(chǎn)業(yè)持續(xù)提升的必然選擇。

1 我國航空工業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 航空領(lǐng)域數(shù)字化應(yīng)用場景廣泛

在民用航空工業(yè)領(lǐng)域， 數(shù)字化涵蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期，包括但不限于設(shè)計(jì)研發(fā)（航空工業(yè)軟件、CAE 仿真、發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵零部件、數(shù)字化試驗(yàn)體系）、生產(chǎn)制造（核心部件制造、復(fù)合材料數(shù)字化、數(shù)字化質(zhì)量管理）、維修保障和運(yùn)營管理（智慧民航、民機(jī)數(shù)字化軟件平臺(tái)、關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測、故障分析、數(shù)字化航油、數(shù)字化維修和維護(hù)）等。未來，民用航空必然在設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、維修保障和運(yùn)營管理等方面實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1.2 航空產(chǎn)品研制的數(shù)字化應(yīng)用已取得顯著成效

航空產(chǎn)品研制中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，特別是在我國航空制造業(yè)中，數(shù)字化技術(shù)已邁出了長足的發(fā)展步伐，并在若干關(guān)鍵領(lǐng)域掌握了核心技術(shù)，接近國際先進(jìn)水平。

在數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)方面， 取得了重大進(jìn)展。 現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)100%的三維建模和100%的數(shù)字化虛擬裝配。 這意味著數(shù)字樣機(jī)已完全取代了傳統(tǒng)的物理樣機(jī)， 在多個(gè)飛機(jī)型號(hào)的研制中，數(shù)字樣機(jī)的應(yīng)用有效加快了飛機(jī)研發(fā)進(jìn)程。我國飛機(jī)制造業(yè)在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用上也做了大量研究，并在飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理、異地協(xié)同設(shè)計(jì)等方面取得了深入成果。CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）和ERP （企業(yè)資源計(jì)劃） 等單項(xiàng)技術(shù)和系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，這極大地縮短了產(chǎn)品研制周期，并且顯著提高了設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。 這些成就展現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)在航空產(chǎn)品研制中的重要作用，使得我國航空制造業(yè)更具競爭力。通過數(shù)字化應(yīng)用的不斷推進(jìn)， 我國航空產(chǎn)業(yè)不僅在技術(shù)創(chuàng)新方面取得了突破， 而且在提升產(chǎn)品研發(fā)效率和質(zhì)量上也邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。

1.3 維修數(shù)字化技術(shù)仍被國際知名飛機(jī)維修企業(yè)所壟斷

國外一些知名的飛機(jī)維修企業(yè)如美國AAR 公司、加拿大KF Aerospace 公司等，在基于對(duì)產(chǎn)品數(shù)模、裝配技術(shù)保密以及適航要求的前提下使用維修手冊， 而在研究發(fā)展方面實(shí)施全數(shù)字化設(shè)計(jì)維修技術(shù)、 運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)修理方案的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行力學(xué)分析、 對(duì)維修過程產(chǎn)品航材的準(zhǔn)確定位以及航材訂購的管控， 以保證修理的可靠性和維修過程管控性。目前波音、空客等國際領(lǐng)先的飛機(jī)制造廠商，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，能夠?yàn)榭蛻籼峁?shí)時(shí)的數(shù)字化維修和維護(hù)。而對(duì)于國內(nèi)維修企業(yè)，這些數(shù)字化技術(shù)被牢牢控制在OEM 手中。 OEM 嚴(yán)格控制飛機(jī)部件的三維電子數(shù)模， 導(dǎo)致大型維修企業(yè)只能根據(jù)多年的維修經(jīng)驗(yàn)以及OEM 維修手冊進(jìn)行維修工作，超過手冊限度的方案仍受到OEM 的制約。

1.4 我國航空制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體處于初步階段

我國航空制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目前仍處于初步階段，系統(tǒng)性布局推進(jìn)不足。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的根本目的在于提升產(chǎn)品和服務(wù)的競爭力，從而增強(qiáng)企業(yè)整體競爭優(yōu)勢。這種變革涵蓋技術(shù)、組織方式、業(yè)務(wù)管理以及安全運(yùn)行等多方面。然而，目前的數(shù)字化轉(zhuǎn)型在我國航空制造企業(yè)中主要集中在數(shù)字技術(shù)的局部應(yīng)用。 數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的投入明顯不足，有些企業(yè)過于集中于打造特定系統(tǒng)，而忽視了數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該全面貫穿于企業(yè)戰(zhàn)略層面的事實(shí)。 數(shù)字化轉(zhuǎn)型并不僅僅是技術(shù)層面的變革。其涵蓋了組織架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、安全標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面，需要系統(tǒng)性地規(guī)劃和全面推進(jìn)。 當(dāng)前大部分企業(yè)未能將數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升至戰(zhàn)略層面進(jìn)行全面布局。

我國航空制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型尚未達(dá)到全面系統(tǒng)化的程度，存在著局部應(yīng)用集中、投入不足以及缺乏戰(zhàn)略規(guī)劃的挑戰(zhàn)。 為了提升數(shù)字化轉(zhuǎn)型的效果，企業(yè)需要將數(shù)字化戰(zhàn)略納入企業(yè)整體發(fā)展規(guī)劃，加大投入力度，并全面貫徹于企業(yè)的各個(gè)層面， 以實(shí)現(xiàn)更高水平的競爭力和效率。

2 我國航空工業(yè)數(shù)字化發(fā)展存在的問題

波音、 空客等國外飛機(jī)制造企業(yè)其數(shù)字化轉(zhuǎn)型已深入到產(chǎn)品研發(fā)、制造、供應(yīng)鏈管理以及售后服務(wù)等眾多方面，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的高度數(shù)字化和智能化。我國民航飛機(jī)制造企業(yè)雖然已經(jīng)在設(shè)計(jì)、 部件生產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了數(shù)字化應(yīng)用，但整體而言，數(shù)字化轉(zhuǎn)型在全面覆蓋生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)、 實(shí)現(xiàn)智能制造和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的程度上還需進(jìn)一步提升。

2.1 航空軟件存在明顯短板，受制于人

我國缺少自主可控的飛機(jī)數(shù)字化軟件， 且在短時(shí)期內(nèi)難以形成自主能力?，F(xiàn)有的自研軟件系統(tǒng)數(shù)目較多，但無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)性有待提高。數(shù)字飛機(jī)與數(shù)字孿生已經(jīng)成為全球飛機(jī)制造的重點(diǎn)研究領(lǐng)域， 發(fā)達(dá)國家的飛機(jī)制造工業(yè)主要依賴法國達(dá)索軟件， 但國產(chǎn)飛機(jī)購入的達(dá)索軟件對(duì)每一部件有特定的權(quán)限， 各部件軟件無接口。目前國內(nèi)的軟件無法替代國外的工具體系，缺乏自主可控的能力，難以實(shí)現(xiàn)民機(jī)數(shù)字化、系統(tǒng)化研發(fā)。

2.2 數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用場景有限，缺乏系統(tǒng)應(yīng)用布局

目前， 我國數(shù)字化技術(shù)僅是部分應(yīng)用于航空工作環(huán)節(jié)，尚未徹底改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)方式。 雖然提高了效率，但未在根本上轉(zhuǎn)變工作模式。 數(shù)字化技術(shù)需全面滲透產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)更智能、高效、創(chuàng)新的生產(chǎn)。 挑戰(zhàn)在于突破傳統(tǒng)束縛，推動(dòng)數(shù)字化技術(shù)廣泛運(yùn)用于產(chǎn)品研發(fā)全過程，促進(jìn)航空制造業(yè)的智能化和創(chuàng)新性發(fā)展。

飛機(jī)各專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人才培養(yǎng)存在難度大、 周期長、投入大等特點(diǎn)，技術(shù)人才短缺已是行業(yè)共識(shí)。 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料工程技術(shù)和信息化技術(shù)的高速發(fā)展，研發(fā)先進(jìn)的數(shù)字化裝備，充分利用各種新技術(shù)、新方法保持業(yè)務(wù)運(yùn)行， 降低生產(chǎn)制造中對(duì)人的要求迫在眉睫，而我國裝備能力尚不能滿足。

2.3 “重技術(shù)輕管理”現(xiàn)象普遍，數(shù)字化管理占比低

我國航空制造企業(yè)在數(shù)字化制造上， 更偏重?cái)?shù)字化制造硬件投資和數(shù)字化制造技術(shù)的獲取， 而對(duì)數(shù)字化制造管理重視不夠。 要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、 需要將工程文件數(shù)字化、運(yùn)行管理數(shù)字化以及飛機(jī)故障診斷數(shù)字化，而且還需要完成生產(chǎn)制造資源的數(shù)字化。目前，依然在各系統(tǒng)間存在互不聯(lián)通的“孤島”現(xiàn)象，在某些信息化發(fā)展較為落后的企業(yè)中，仍采用原始數(shù)據(jù)記錄方式，數(shù)據(jù)采集和整理面臨極大困難，獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)十分困難。

2.4 企業(yè)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不健全，多部門數(shù)字化協(xié)同難

我國航空制造企業(yè)現(xiàn)有的組織模式中，設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、供應(yīng)、試驗(yàn)和試飛等部門職責(zé)之間界面過于清晰，缺乏統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性，產(chǎn)品制造中的一些工作，需要上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)調(diào)才能進(jìn)行下去，造成反應(yīng)速度緩慢。如在我國航空裝備制造業(yè)，設(shè)計(jì)部門完成設(shè)計(jì)工作，即向制造部門發(fā)放凍結(jié)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送到此，不再連續(xù)。 因此，制造部門、設(shè)計(jì)部門各有自己的工程數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的組織，出現(xiàn)了各自為政的現(xiàn)象，企業(yè)部門之間形成了“信息孤島”，數(shù)據(jù)共享差。

3 促進(jìn)我國航空工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的建議

3.1 加大政策支持力度

建議通過資助基金和專項(xiàng)項(xiàng)目，大力支持國產(chǎn)工業(yè)軟件的研發(fā)，以促進(jìn)航空數(shù)字化系統(tǒng)工程的發(fā)展。 支持多廠所、異地協(xié)同的研制模式，建立貫穿整個(gè)行業(yè)的數(shù)字化協(xié)同系統(tǒng)，涵蓋設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)、生產(chǎn)、交付、服務(wù)、維修等全流程管理。 這個(gè)系統(tǒng)將打通需求分析、裝備研發(fā)和使用保障等環(huán)節(jié)，形成一體化的民機(jī)數(shù)字化工具鏈，最終構(gòu)建大飛機(jī)協(xié)同的系統(tǒng)平臺(tái)。 這樣的系統(tǒng)平臺(tái)將提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，并推動(dòng)航空產(chǎn)業(yè)向智能化、高效化邁進(jìn)。

3.2 構(gòu)建統(tǒng)一的協(xié)調(diào)機(jī)制

建議航空制造企業(yè)應(yīng)以并行工程和協(xié)同工作的理念為指導(dǎo)，對(duì)企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行再造。為構(gòu)建通用而合理的組織架構(gòu)體系，針對(duì)工作流程提出可操作的解決方式?？煽紤]實(shí)施組織結(jié)構(gòu)的扁平化調(diào)整， 建立基于產(chǎn)品部件或系統(tǒng)的小組，促進(jìn)各部門內(nèi)權(quán)限范圍的產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享。這種改變將有助于實(shí)現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)品全生命周期管理，提高生產(chǎn)效率，減少冗余環(huán)節(jié)，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，并在企業(yè)內(nèi)部激發(fā)更高效的工作模式。

3.3 推進(jìn)航空數(shù)字化示范

推進(jìn)航空數(shù)字化轉(zhuǎn)型，培育產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，綜合利用建模與仿真、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能等先進(jìn)手段， 孕育一批具有數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范效應(yīng)的標(biāo)桿企業(yè)， 并對(duì)典型且具有代表性的數(shù)字化轉(zhuǎn)型場景建設(shè)給予支持，打造“政產(chǎn)學(xué)研用”共建共享的示范工程。

4 結(jié)束語

實(shí)踐已經(jīng)證明了工業(yè)數(shù)字化的優(yōu)勢， 民用航空必須堅(jiān)定不移地走數(shù)字化發(fā)展之路。在此過程中，要努力實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化核心技術(shù)的自主可控； 在推進(jìn)高端制造業(yè)數(shù)字化的同時(shí)，也要同步推進(jìn)中、低端制造業(yè)數(shù)字化改造升級(jí)，進(jìn)行全面系統(tǒng)的數(shù)字化布局。 加強(qiáng)系統(tǒng)謀劃，進(jìn)一步優(yōu)化資源配置，解決關(guān)鍵問題，大力提升我國航空制造數(shù)字化與信息化能力，實(shí)現(xiàn)航空事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。