الاستفادة من الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية والواقع المعزز/الواقع الافتراضي لتحسين صيانة الطائرات وإصلاحها

تعرضت شركات تصنيع الطائرات الرائدة لضغوط شديدة منذ أوائل شهر يناير، عندما أبطلت إحدى اللوحات طائرة جديدة تمامًا تابعة لشركة ألاسكا إيرلاينز 737 ماكس في منتصف الرحلة. وبينما كانت هذه المشكلة في مقدمة اهتمامات إحدى الشركات المصنعة على وجه التحديد، فقد سلط الحدث الضوء على سلسلة طويلة من مشكلات السلامة والتصنيع التي تراكمت في الصناعة على مر السنين. وقد ركزت هذه الأحداث على إجراءات الصيانة والإصلاح التقليدية، وكثفت الحاجة إلى الاستفادة من التقنيات الجديدة لتحسين الإجراءات.

تكامل التقنيات المتقدمة مثل الذكاء الاصطناعي (AI)، التوائم الرقميةوالواقع المعزز/الواقع الافتراضي (AR/VR) يغير بشكل جذري هذه الأساليب التقليدية لصيانة الطائرات وإصلاحها. تتجه شركات الطيران وشركات الطيران بشكل متزايد إلى هذه الحلول المبتكرة لتحسين إجراءات الصيانة وتعزيز بروتوكولات السلامة وتقليل تكاليف التشغيل.

تحتاج قطاعات الطيران والدفاع والقطاعات الصناعية الأخرى إلى تحديث بنيتها التحتية لتحسين الكفاءة التشغيلية باستخدام تقنيات التوأم الرقمي. تعتمد العمليات الحالية للتشغيل والتدريب والصيانة بشكل كبير على أدلة ورقية ثنائية الأبعاد مع الحد الأدنى من النماذج الرقمية المتاحة.

إن الافتقار إلى النماذج الرقمية الحالية يعيق بشدة الكفاءة التشغيلية وتخطيط المهام واستعداد الطائرات. تُحدث التوائم الرقمية الآن ثورة في الطريقة التي نصمم بها، ونبني، ونشغل، ونصلح الأشياء والأنظمة المادية. إن التحول الرقمي للعمليات الصناعية يتطلب دمج تقنيات التوأم الرقمي التي تساعد على توفير أفضل الأدوات الممكنة لعقود قادمة.

لا تزال الشركات المصنعة للفضاء تواجه مجموعة من التحديات، بما في ذلك الافتقار إلى نماذج CAD ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق. بالنسبة للطائرات القديمة، تتوفر نماذج ثلاثية الأبعاد محدودة للغاية، ومعظم النماذج والمتطلبات والمواصفات موجودة في شكل ثنائي الأبعاد. يعد إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد دقيقة باستخدام الماسحات الضوئية المخصصة والتعديلات الرقمية بناءً على البيانات ثنائية الأبعاد باستخدام الطرق التقليدية أمرًا مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. بالإضافة إلى ذلك، تحتفظ معظم برامج المسح ثلاثي الأبعاد بالنماذج بتنسيقات خاصة مما يحد بشكل كبير من فائدة النماذج بسبب تقييد إمكانية التشغيل البيني.

تشمل التحديات الإضافية القدرة على دمج النماذج ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها في النماذج الموجودة سيسمل سير العمل و/أو إنشاء مسارات عمل مرنة غير مرتبطة بنماذج وأنظمة خاصة. لمحاكاة السلوك المستقل لكل نموذج ونظام فرعي، بالإضافة إلى التفاعل بين الأنظمة الفرعية المختلفة، يحتاج المصنعون إلى دمج النموذج ثلاثي الأبعاد وسلوكهم المادي في نموذج محاكاة النظام باستخدام SysML. يتطلب ذلك إنشاء إطار عمل لاستيعاب جميع متطلبات النظام الفردية والمجمعة في سير عمل SysML، وتحديد معلمات تكوينات النموذج، ومحاكاة ومراقبة سلوك المكونات الفردية بالإضافة إلى تفاعلاتها.

الصيانة التنبؤية التي تعمل بالذكاء الاصطناعي

تعتمد صيانة الطائرات تقليديًا على عمليات الفحص المجدولة والإصلاحات التفاعلية بناءً على المشكلات المبلغ عنها. ومع ذلك، تعمل الصيانة التنبؤية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي الآن على تحويل هذا النهج من خلال الاستفادة من تحليلات البيانات وخوارزميات التعلم الآلي للتنبؤ بالفشل المحتمل قبل حدوثه. تعمل شركات الطيران على تسخير الذكاء الاصطناعي لمراقبة كميات هائلة من البيانات التي يتم جمعها من أجهزة الاستشعار المدمجة داخل مكونات الطائرات ومحركاتها وأنظمتها. يتم تحليل هذه البيانات في الوقت الفعلي لاكتشاف الأنماط الدقيقة التي تشير إلى حدوث أعطال وشيكة أو تدهور الأداء.

يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي اكتشاف الحالات الشاذة في أنماط البيانات، مثل تقلبات درجة حرارة المحرك أو توقيعات اهتزاز غير منتظمة، والتي قد تشير إلى مشكلات أساسية. ومن خلال المراقبة والتحليل المستمر لهذه البيانات، يمكن للذكاء الاصطناعي التنبؤ بدقة عندما تحتاج مكونات معينة إلى الصيانة أو الاستبدال، مما يمكّن شركات الطيران من جدولة الإصلاحات بشكل استباقي خلال فترات الصيانة الروتينية. لا يؤدي هذا التحول من الصيانة التفاعلية إلى الصيانة التنبؤية إلى تعزيز السلامة من خلال تقليل مخاطر الأعطال غير المتوقعة فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين الكفاءة التشغيلية وتقليل وقت التوقف عن العمل.

دور التوائم الرقمية

التوائم الرقمية هي تمثيلات افتراضية للأصول المادية، مثل الطائرات، تم إنشاؤها باستخدام البيانات في الوقت الحقيقي التي تم جمعها من أجهزة الاستشعار، وسجلات الصيانة التاريخية، والمدخلات التشغيلية. تتيح هذه التقنية لمصنعي الطيران وشركات الطيران محاكاة وتصور أداء مكونات وأنظمة الطائرات في بيئة افتراضية. ومن خلال دمج خوارزميات الذكاء الاصطناعي في نماذج التوأم الرقمية، يمكن للمشغلين الحصول على رؤى قيمة حول الحالة الصحية والتشغيلية للطائرات الفردية ومكوناتها.

بالنسبة لصيانة الطائرات، توفر التوأمة الرقمية نهجًا تحويليًا من خلال توفير فهم شامل لحالة الطائرة وسلوكها. يمكن لأطقم الصيانة استخدام التوائم الرقمية لمحاكاة سيناريوهات تشغيلية مختلفة وتقييم التأثير المحتمل على أداء الطائرات ومتطلبات الصيانة. وهذا يسمح بتخطيط أكثر دقة لأنشطة الصيانة، وتحسين إدارة مخزون قطع الغيار، وتحسين اتخاذ القرار بناءً على التحليلات التنبؤية.

كما تسهل التوائم الرقمية المراقبة والتشخيص عن بعد، مما يمكّن فرق الصيانة من تحديد المشكلات دون إجراء فحص مادي. على سبيل المثال، باستخدام البيانات في الوقت الفعلي من التوائم الرقمية، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي أن توصي بإجراءات صيانة محددة بناءً على الحالة الحالية للمكونات المهمة، وبالتالي تقليل الحاجة إلى عمليات الفحص اليدوي وتحسين كفاءة الصيانة الشاملة.

دمج التكنولوجيا ثلاثية الأبعاد في التوائم الرقمية

يقوم كبار موفري حلول التوأم الرقمي اليوم بإعادة تشكيل كيفية استخدام القطاعات الصناعية للذكاء الاصطناعي والحوسبة المكانية للتوائم الرقمية وتطبيقات الأتمتة والروبوتات. يستفيد هؤلاء المزودون من التطورات في واجهات XR الغامرة والذكاء الاصطناعي والتقنيات السحابية لتوفير نظام أساسي سحابي مفتوح وعالي الدقة وقابل للتطوير ومدعوم بالذكاء الاصطناعي لإنشاء توأم رقمي ثلاثي الأبعاد سريع ودقيق وفعال من حيث التكلفة يعزز الكفاءة والأتمتة والإنتاجية في التصنيع والعمليات والتدريب والاستدامة.

مع انتشار أجهزة الاستشعار عالية الجودة، وهي الكاميرات الملونة عالية الدقة، وأجهزة استشعار العمق (مثل LIDAR)، وأجهزة استشعار الحركة، وأجهزة تتبع العين، المدمجة في أجهزة COTS هذه - يستطيع مقدمو الخدمة الوصول إلى بيانات مكانية عالية الجودة لإنشاءها خرائط مكانية ثلاثية الأبعاد دقيقة في الوقت الفعلي تقريبًا. تقتصر الشركات في المقام الأول على الحساب والطاقة (البطارية) لهذه الأجهزة المحمولة. تعمل الأنظمة الأساسية اليوم على تبسيط المسح ثلاثي الأبعاد وسير العمل الرقمي المزدوج أثناء استخدام الحوسبة السحابية لتمكين الأجهزة الاستهلاكية ذات الأسعار المعقولة من تجاوز قدرتها القياسية.

تتغلب هذه الحلول على قيود الأجهزة المحمولة من حيث عمر البطارية والحوسبة من خلال معالجة البيانات في السحابة (في مكان العمل/فجوات الهواء أو عن بعد مثل AWS GovCloud). يتيح ذلك إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة بسرعة وبدقة ملليمتر من أجهزة الاستشعار الموجودة في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وسماعات الرأس XR بدقة كاملة للنموذج وبدون تأخير ملحوظ.

من خلال نقل مهام المعالجة الأكثر كثافة إلى السحابة، تنتج البرامج المعتمدة على الذكاء الاصطناعي سحبًا نقطية عالية الجودة من أجهزة COTS غير المكلفة. يؤدي هذا إلى تسريع إنشاء التوأم الرقمي بشكل كبير مقارنة بالطرق التقليدية. تتيح الحلول التجارية الأحدث اليوم إنشاء سحابة نقطية ثلاثية الأبعاد سريعة ودقيقة باستخدام سماعة رأس XR كجهاز التقاط، أثناء معالجة جميع البيانات الموجودة على كمبيوتر الخادم.

تطبيقات AR/VR في الصيانة والتدريب

تعمل تقنيات الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) على إعادة تشكيل إجراءات صيانة الطائرات وبرامج تدريب الفنيين. يقوم الواقع المعزز بتغطية المعلومات الرقمية في مجال رؤية الفني، مما يوفر إرشادات وتعليمات في الوقت الفعلي أثناء مهام الصيانة. على سبيل المثال، يمكن للواقع المعزز تركيب المخططات أو قوائم المراجعة أو البيانات التشخيصية على المكونات المادية للطائرة، مما يسمح للفنيين بإجراء إصلاحات معقدة بشكل أكثر دقة وكفاءة.

من ناحية أخرى، يُحدث الواقع الافتراضي ثورة في تدريب الفنيين من خلال تقديم محاكاة غامرة وتفاعلية لإجراءات الصيانة في بيئة افتراضية. يمكن للمتدربين ممارسة المهام المعقدة، مثل تفكيك المحرك أو إصلاح الأسلاك، دون الحاجة إلى الوصول الفعلي إلى الطائرة. يمكن لمحاكاة الواقع الافتراضي أن تحاكي نماذج وسيناريوهات مختلفة للطائرات، مما يوفر تجربة عملية في بيئة آمنة وخاضعة للرقابة.

الفوائد والتوقعات المستقبلية

يوفر دمج الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية المكانية ثلاثية الأبعاد وتقنيات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي في وظائف صيانة وإصلاح الطائرات العديد من الفوائد لشركات الطيران وشركات تصنيع الطيران. تعمل إمكانات الصيانة التنبؤية المحسنة على تقليل الاضطرابات التشغيلية وإطالة عمر الطائرات وتحسين تكاليف الصيانة. توفر التوائم الرقمية رؤية شاملة لسلامة الطائرات، مما يتيح اتخاذ قرارات استباقية وعمليات صيانة مبسطة. تعمل تقنيات AR/VR على تحسين كفاءة الفنيين وكفاءتهم، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز السلامة والموثوقية بشكل عام. ومع وجود هذه التقنيات في المقدمة، يمكن لمصنعي الطيران وشركات الطيران تحسين عملية صيانة الطائرات وإصلاحها بشكل كبير.