航太工業(aerospace industry)是否會迫於上市壓力而犧牲產品設計的可靠度?當著眼於探討這一類問題的可靠性要素時,我們看到飛機的可靠度提升往往也伴隨著更多的電氣化。在飛機上添加更多的電氣化功能(例如將機械和氣動系統轉換為電氣系統)一直是長期以來的發展趨勢,而可靠性更是促進這種電氣化的主要驅動力。隨著電氣化穩定發展,當今飛機的可靠度也隨之提升。

然而,電氣化的程度提高也意味著複雜度的增加。

航太OEM如何確保飛機的電氣系統得以可靠地設計和整合?此外,電氣化對遵循法規的影響也同樣重要。如今,關鍵的專案合規(compliance)里程碑帶來了高風險,讓航太OEM承受著按時將飛機設計交付給客戶的巨大壓力。例如,針對波音(Boeing) 737 Max墜機所進行的一些早期分析即指向了這一點。

未能準時地達到合規要求,將會對整個開發專案造成嚴重阻礙。這通常會延遲提供服務的時間,推遲最初的產品交付,並嚴重影響獲利能力。

電氣化帶來的挑戰

航太OEM開始尋求電氣系統以實現差異化。但是,電氣化也有其自身的挑戰。重要的是必須意識到電氣化有兩個不同的發展方面。

首先是電氣化成為機載發電的一種工具。過去20年來,車輛中的電子/電氣元件大幅成長,如圖1所示;而且,過去50年來,平台的電力需求已經成長了10倍。其次,電氣化還意味著創新,以及在現代飛機上實現創新以及實施新的板載電氣功能。這些功能類型包括線傳飛控(fly-by-wire)系統、機載娛樂系統、乘客USB埠以及豪華的車內裝飾等。

first flight year

圖1:商用飛機的發電需求正急劇增加中。(來源:來源:IEEE論文,《在飛機上發電:回顧、挑戰和機會》(Electrical Power Generation in Aircraft: review, challenges and opportunities))

在當今的典型商用飛機上,有著成千上萬的電子系統、數英哩的電氣線路、設計和製造的多種配置,當然還需要滿足各種安全和合規的要求。

為了設計並整合多種電氣系統至飛機,同時符合法規要求,傳統使用的老舊方法很快就會過時,因為它們無法有效地因應複雜度的增加而進一步擴展。

事實是,航太OEM至今仍在使用半手動的方法和實體交換機制,把資料從一個工程團隊交換到另一個工程團隊。

但這種方式的效率畢竟不高。這些手動分析方法早在導入現代電氣化技術之前即已建立了,當時電氣系統相對簡單,其分析也更易於管理。如果使用傳統的舊方法發現了合規問題,通常都已經是設計流程的後期了,這可能導致成本高昂的重新設計,並對於獲利能力和上市時間造成重大挫折。現在,您應該更能瞭解航太OEM所要面對的問題了。

那麼,為什麼航太OEM會陷入這些「老路」?舊的方法繁瑣且成本高昂,無法因應當今現代化飛機的複雜度。因此,當然必須要有一款更好的解決方案。

Mentor digitaltwin

圖2:由數位線程連接的產品數位分身(digital twin)、生產和性能,就像「生命線」一樣,將來自設計、生產和作業生命週期的各種資料匯整在一起。

好消息是,我們已經在這一領域取得了進展,包括合規解決方案,而OEM也開始注意到這一點。

也許最大的發展之一就是擁抱電子數位分身(圖2),這是西門子(Siemens)多年來前進的方向。數位分身是實體產品的虛擬表現,可用於在實際成型之前理解、分析和預測實體對應產品的結果。數位分身提供了產品的核心模型,產品生產過程以及其整個生命週期的性能,從而使航太OEM的設計團隊(和未來的工程師)可以創建、迭代、複製和改善有價值的專案。其結果是資料的一致性和穩定性、整合度以及先進的自動化功能。使用電氣數位分身能夠大幅降低風險,並簡化平台電氣系統的設計和整合,讓符合合規里程碑成為更輕鬆的任務。

隨著越來越多的OEM使用數位分身,預計將有助於其更進一步提高可靠性,同時縮短上市時間。

正如前述的合規性及其許多相關複雜度至關重要,例如西門子(Siemens)提供的軟體合規工具Capital Load Analyzer,有助於工程師田應電氣複雜度對電氣負載的影響。其目標在於協助確保為所有的飛行階段提供安全的電氣設計,甚至是在緊急情況,並為每一種獨特配置展現完整的電氣負載樣貌。

當今的電子工程師還承擔著電氣負載管理的任務,這些電氣負載管理並不連續,不僅容易出錯,而且經常使用過時或已經被淘汰的參考。他們需要一種有效的工具,不僅可提供數位化的電氣合規方法,而且還可為每一種配置創建一個整合的報告。

諸如此類的進展讓我們對這一產業的未來充滿希望。航太OEM將會開始看到各種新的設計和分析機會出現,很快地,如何權衡可靠度與上市時間將不再是問題。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Airliner OEMs Struggle with Increasing Complexity,by Airliner OEMs Struggle with Increasing Complexity)