与其他行业一样，航空业在各国经济中均发挥着重要作用。
遗憾的是，近年来，该行业正面临着巨大挑战，特别是2020年至2021年集中爆发的COVID-19疫情。在此期间，航空业经历了大幅缩水，行业遭受的损失累计高达1680亿美元。
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为了应对挑战，航空业开始采用数字化转型作为解决方案。
从业企业已经意识到投资新技术带来的好处，相关投入旨在帮助他们推动业务复苏，重新将增长、效率与安全水平导向正轨。
Statista预计数字化转型技术与服务投资将会有明显增加。
相关预测数据显示，数字技术投资总额将从2022年的约1.6万亿美元增长至2026年的3.4万亿美元。
具体到航空业，名为“数字孪生”的突破性方法正在成为应对各种挑战的强大动力。
本文将探讨航空航天领域的数字孪生概念，以及它在航空领域发挥的变革意义。
什么是数字孪生？
航空航天领域的数字孪生正处于创新前沿，其本质就是为实体对象、流程或系统建立一套虚拟副本。这套虚拟副本利用实时或既有数据输入，利用机器学习算法进行分析。通过模拟各类场景，它能够预测系统行为，从模拟过程中提取到的见解可以通过仪表板、报告或可视化工具等方式便捷呈现，从而为决策提供极为高效的信息支持。
航空业将从数字孪生技术中获取巨大收益。数字孪生在航空航天领域的现实优势包括改进预测能力、提升诊断水平、优化机队管理、带来全生命周期管理能力并增强整体运营绩效。
值得注意的是，数字孪生在维护实践中也表现出巨大价值，能够支持计划内、计划外、预测性维护活动。
通过提取模式并发现潜在问题，主动维护能够减少飞机停运时间并提高运营效率。
在设计阶段，设计人员能够利用数字孪生中的虚拟飞机模型来模拟各种场景，抢在制造实体原型之前尝试新的配置选项。这种方法有助于降低由物理测试带来的相关成本，允许进行更多设计迭代、促进创新并简化机体设计流程。
航空航天中的数字孪生应用
由于现代飞机的复杂性不断增加，航空业越来越依赖于数字孪生技术。目前，顶尖机体往往融合有航空电子设备、电传操纵系统及复合材料等前沿要素，让飞机成为精妙无比、牵一发而动全身的超大规模体系。
在这样的背景下，数字副本成为监控、分析并优化当代飞机整体性能的宝贵工具，这种高效解决方案有效解决了复杂技术进步带来的现实挑战。
通过匹配虚拟飞机副本，航空业可以借此提高安全性与性能。在数字孪生的支持下，工程师和决策者们能够主动监控和维护机体。这种数据驱动方法还能有效降低风险，同时优化执行效率。
此外，航空航天领域的数字孪生还能实现对机体状况、性能和效率的全面且相互关联的统筹与理解。
这种理解能力，具体基于航空物联网与大数据分析中对各类传感器及系统收集数据的无缝集成。通过提供实时见解，这些信息能够为航空企业和制造商提供宝贵知识，帮助其做出明智决策并持续改进航空业运营效率。
飞机设计中的数字孪生
航空领域的数字孪生已经在飞机设计层面取得了重大进展，这些进展正在为虚拟原型、空气动力学优化、结构增强改进与精准维护方法铺平道路。
虚拟原型设计
航空航天领域的数字孪生能够取代原本极度耗时的物理原型，从而彻底改变飞机设计过程。这些虚拟副本让工程师们能够有效开展原型设计并测试相关成果，利用先进模拟来评估机体在各类场景下的起飞、着陆与系统响应等关键指标。
这种方法还加快了设计迭代速度，能够最大限度减少后期阶段实施修改所带来的高昂成本。这不仅显著缩短了整体设计周期，也让新机型的的落地服役大为提前。
提高效率与性能
飞机的燃油效率与性能在很大程度上依赖于空气动力学，工程师们有能力运用航空领域的数字孪生来模拟并优化飞机设计，最终目标正是实现其效率最大化。
通过全面模拟，设计者们能够准确发现高阻力及引发湍流的区域，对其进行精确调整以减少阻力、改善机翼形状并增强气流控制。这会减少燃料消耗与排放，促进更加可持续的飞机设计思路，同时突破传统测试方法的极限。
支持更系统、更加经济高效的评估技术
数字孪生在维持飞机结构完整性方面同样发挥着至关重要的作用。工程师们可以依靠数字孪生来模拟制造材料与组件，进而分析各部件的受压与疲劳程度。
具体来讲，他们可以准确评估不同条件及负载下的性能表现。通过这种数据驱动的方法，工程师们就能基于材料与制造工艺做出明智决策，进而加强结构、提高燃油效率并降低机体的运营成本。
通过收集并分析来自机体传感器的数据，即可在数字孪生框架之内进行实时监控。
之后，这些有价值信息可用于制定维护计划与策略、及早检测潜在问题，从而最大限度减少中断并优化维护方案。结果就是，随着机体维护过程中操作效率的提高，总体维护成本也将随之下降。
航空维修中的数字孪生
航空业的数字孪生正在改变飞机维护方式。通过预测性维护与实时监控能力，这些数字副本已经开始在缩短停机时间、简化诊断过程以及优化维修操作等方面发挥关键作用。
优化维护计划
维护团队可以使用航空航天数字孪生的数据来分析并优化其维护计划。这种主动方法能帮助从业者及早发现潜在问题，从而在必要情况下及时更换零件，有助于防止重大故障的发生、确保飞机以不间断的可用性满足运营要求。
预测性维护
数字孪生在预测性维护领域发挥着至关重要的作用。以此为基础，我们可以使用实时数据配合先进的AI算法来主动识别飞机系统内的潜在问题。通过数字孪生密切监控飞机的性能与健康状况，维护团队可以快速检测组件老化或者可能指向未来故障的异常迹象。
这种主动方法显著降低了意外故障乃至代价高昂的中断风险，得以支撑起及时、主动的维护与维修决策。
实时监控
维护团队能够通过数字孪生对飞机系统和部件的关键数据进行远程监控与分析。这一先进功能将让实时监控真正落地，通过提供对诊断信息的即时访问来促进对重要问题的即时响应。
也只有这种快速识别根本原因并加以排查的能力，才能保证有效解决问题。此外，及时调整维护程序的灵活性也有助于简化操作，最终提高飞机维护过程的整体可靠性与操作效率。
数字孪生在增强性能与操作方面的作用
数字孪生技术的落地还有望增强飞机的性能与操作，提升飞行员能力，并促进远程监控以改善运营效率。
简化飞行员培训与决策
数字孪生也是飞行员培训与决策领域的宝贵工具。它们能够提供逼真、身临其境的飞行模拟体验，允许飞行员感受各种场景一紧急程序。这些模拟方案能够增强飞行员的技能、信心和应对挑战状况的能力，且相关收益已经得到现实的有力佐证。
此外，数字孪生还提供实时数据可视化，让飞行员能够在飞行期间做出明智决策。具体包括关于机体状况、天气模式、预先计划的飞行路径的信息等，据此对变化做出及时响应并确保安全高效的飞行。
通过飞行数据分析实现性能优化
航空专家们可以利用数字孪生来分析大量飞行数据，再据此优化机体性能。他们会为飞机及其系统创建出虚拟原型，密切监控各类性能参数与实时飞行数据，进而确定需要改进的方向、优化燃油消耗、减少排放并提高机体的整体效率。
通过利用数字孪生模型分析飞行数据，专家们能够确保飞机以最佳性能水平运行，同时符合严苛的安全标准。
安全性与合规性中的数字孪生
在航空航天行业，数字孪生已经成为增强安全性、满足严苛监管标准的重要工具。航空专家利用先进的模拟与风险分析方法来开发全面的虚拟机体原型。这些虚拟模型能够评估各种飞行场景、识别安全风险并实施有效的风险缓解策略。
航空业还极其重视遵循全球航空旅行当局出台的严苛法律法规。在这方面，数字孪生同样能够帮助行业满足这些严格的合规性标准、为安全飞行做出重要贡献。作为宝贵的资产，数字孪生模型有助于监控并记录重要的维护记录与操作参数。这项技术有效维护着飞机飞行的全面虚拟模型，确保监管各方能够轻松访问所有相关数据。
数字孪生技术的介入能够简化飞机维护流程并减少错误，从而改善飞机的维护效果。该项技术能够有效规划定期检查、飞机部件的使用寿命监控，并促进零配件的及时维修或更换。通过这种维护性方法，航空业能够严格遵循合规性并提高业务安全性及机体运行可靠性。
航空航天领域的真实数字孪生案例
数字孪生技术已经在航空业中得到广泛普及，并在各个运营领域取得了显著进展与具体实施。在航空领域，数字孪生的实际落地也在现实场景中证明了其有效性。以下航空业数字孪生案例，就具体展现了这项技术在行业中的积极作用：
罗尔斯罗伊斯运用数字孪生进行发动机监控与维护
罗尔斯罗伊斯是航空航天领域的知名企业，已经在利用数字孪生技术彻底变革发动机的跟踪与维护协议。这种突破性方法也给整个行业树立起新的标准。
罗尔斯罗伊斯利用航空航天领域的先进数字孪生为发动机运转建立虚拟副本。他们认真分析性能数据，并据此预测潜在的违规状况或安全问题。通过集成在发动机上的传感器处收集实时数据，数字孪生能够在航空用例中充当早期预警系统。这种主动方法让罗尔斯罗伊斯得以准确有效地安排维护任务，从而显著减少计划外停机时间，同时提高了发动机的可靠性与性能表现。
随着数字孪生技术在航空领域的铺开，罗尔斯罗伊斯的工程师们现在能够远程监控并诊断发动机性能。这项技术进步加快了潜在问题的发现速度，大大提高了决策的效率与质量，确保发动机始终处于顺畅无缝的高效运转状态。
波音787梦想客机——用数字孪生支撑电池安全
波音公司在航空领域运用数字孪生对787梦想飞机电池系统的安全协议进行增强。这种积极主动的方法，也成为航空业风险管理领域的杰出案例。
通过在梦想飞机上应用数字孪生技术，波音公司得以密切监控飞机电池系统的运作与性能。其中的实时分析能力可快速识别潜在风险并提供必要的设计变更建议，有效减少与电池系统相关的安全问题。这种主动方法还提高了飞机的整体安全标准，成功消除了相当一部分潜在安全事故。
将数字孪生纳入设计与开发流程能带来一系列助益。首先，工程师和设计师们能够及时发现并解决潜在问题，从而确保成果达到航空业的最高安全水平。这种对安全的极致追求也是波音的承诺与企业使命。此外，这种主动措施还能最大限度减少安全隐患，保证最终设计符合严格的安全标准。
数字孪生的应用，正是波音采取先进技术提升机体安全性的又一有力证明。
空客A350 XWB性能优化
空中客车公司正尝试通过数字孪生技术提高A350 XWB飞机的运营效率。这一创新战略显著减少了燃料消耗与排放，帮助空客进一步践行着可持续发展的重要承诺。
空中客车公司采用数字孪生技术持续监控并分析A350 XWB飞机的实时性能。通过从各种传感器和系统处收集数据，他们获得了对于关键运营因素的宝贵见解，包括燃油消耗、发动机效率和飞机整体性能。这套广泛的数据集能够帮助空客公司确定优化领域，依托数据分析做出明智决策，并最终提高产品的整体性能。
空中客车公司利用数字孪生提供的数据对自家机体开展战略性设计、运营与维护。这些调整具体包括细化飞行参数、优级发动机设置并增强维护计划等。由此带来的收益包括燃料消耗与排放量显著降低，从而提高了航空航天产业的运营效率与环境友好性。
空客公司在数字孪生的帮助下成功提高了运营效率、增强机体性能并显著节约了成本。这项技术集成举措也让空客能够根据数据分析做出更明智的业务决策。
数字孪生在航空航天领域应用前景
航空航天业目前正在经历重大转型。
美国商业资讯媒体Business Wire近期调查结果表明，空军高管正越来越多地采用数字孪生技术。受访行业领导者中，有75%表示对数字孪生提供的潜在助益拥有信心，这一比例显然令人印象深刻。
通过运用现有产品中的大量数据，这些高管已经将航空航天领域的数字孪生技术视为解决实际挑战的重要工具。
调查结果显示，行业高管正在积极评估并实施数字孪生技术。其中不少企业已经顺利将这种先进技术整合进自身现有及未来的产品和服务当中，而其他公司也开始利用数字孪生对机体开展临时测试。
为了证明数字孪生在航空航天业的实用意义，温哥华国际机场选择采用Unity公司的Accelerate Solutions。
通过这次合作，双方共同探索了前沿实时3D数字孪生模型如何有效帮助温哥华机场解决维护、可持续性与安全问题，同时最大限度减少运营中断。通过为员工提供历史与实时数据，温哥华机场的数字孪生模型帮助其探索不同场景并优化资源分配，更好地契合该机场到2030年实时净零碳排放的宏观发展目标。
航空业的信心与实践落地的融合，也昭示了数字孪生技术在航空航天领域的光明前景。技术发展不仅有望提高效率与可持续性，更将为客户带来前所未有的航空出行体验。
总结
数字孪生技术已经彻底改变了航空产业。这项革命性创新极大提高了机体的性能、可维护性与安全性，使其更加高效且可持续。数字孪生给航空航天业带来的效率与可持续性增强潜力，也使其成为一股重塑航空未来形态的关键力量。
(来源：the paper 置顶头条)
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