Sfruttare l'intelligenza artificiale, i gemelli digitali e AR/VR per migliorare la manutenzione e la riparazione degli aeromobili

I principali produttori di aeromobili sono sotto forte pressione dall’inizio di gennaio, quando un pannello ha fatto saltare in aria un nuovissimo 737 Max dell’Alaska Airlines a metà volo. Sebbene questo problema sia stato centrale per un produttore specifico, l'evento ha messo in luce una lunga serie di problemi di sicurezza e di produzione che si sono accumulati per il settore nel corso degli anni. Questi eventi hanno messo a fuoco le tradizionali procedure di manutenzione e riparazione e hanno intensificato la necessità di sfruttare le nuove tecnologie per migliorare le procedure.

L’integrazione di tecnologie avanzate come l’Intelligenza Artificiale (AI), gemelli digitalie la realtà aumentata/realtà virtuale (AR/VR) sta cambiando drasticamente questi approcci tradizionali alla manutenzione e riparazione degli aeromobili. Le compagnie aeree e i produttori aerospaziali si rivolgono sempre più a queste soluzioni innovative per ottimizzare le procedure di manutenzione, migliorare i protocolli di sicurezza e ridurre i costi operativi.

I settori aerospaziale, della difesa e altri settori industriali hanno la necessità di modernizzare le proprie infrastrutture per migliorare l’efficacia operativa utilizzando le tecnologie del gemello digitale. I processi esistenti di funzionamento, formazione e manutenzione si basano fortemente su manuali cartacei bidimensionali con una modellazione digitale minima disponibile.

La mancanza di modelli digitali esistenti ostacola gravemente l’efficienza operativa, la pianificazione delle missioni e la prontezza degli aerei. I gemelli digitali ora rivoluzionano il modo in cui progettiamo, costruiamo, gestiamo e ripariamo oggetti e sistemi fisici. La trasformazione digitale dei processi industriali richiede l’integrazione di tecnologie di gemello digitale che contribuiscano a fornire i migliori strumenti possibili per i decenni a venire.

I produttori aerospaziali devono ancora affrontare numerose sfide, tra cui la mancanza di modelli CAD 3D estesi. Per gli aerei legacy sono disponibili modelli 3D molto limitati e la maggior parte dei modelli, requisiti e specifiche sono in formato 2D. La generazione di modelli 3D accurati utilizzando scanner dedicati e modifiche digitali basate sui dati 2D utilizzando metodi tradizionali è molto costosa e richiede tempo. Inoltre, la maggior parte dei software di scansione 3D mantiene i modelli in formati proprietari, limitando in modo significativo l'utilità dei modelli a causa dell'interoperabilità limitata.

Ulteriori sfide includono la capacità di incorporare i modelli 3D generati in quelli esistenti SysML flussi di lavoro e/o creazione di flussi di lavoro flessibili che non siano legati a modelli e sistemi proprietari. Per simulare il comportamento autonomo di ciascun modello e sottosistema, nonché l'interazione tra diversi sottosistemi, i produttori devono incorporare il modello 3D e il relativo comportamento fisico in un modello di simulazione del sistema utilizzando SysML. Ciò richiede la creazione di un framework per l'inserimento di tutti i requisiti di sistema singoli e combinati in un flusso di lavoro SysML, la parametrizzazione delle configurazioni del modello, la simulazione e il monitoraggio del comportamento dei singoli componenti e delle loro interazioni.

Manutenzione predittiva basata sull'intelligenza artificiale

La manutenzione degli aeromobili si basa tradizionalmente su controlli programmati e riparazioni reattive basate sui problemi segnalati. Tuttavia, la manutenzione predittiva basata sull’intelligenza artificiale sta ora trasformando questo approccio sfruttando l’analisi dei dati e gli algoritmi di apprendimento automatico per prevedere potenziali guasti prima che si verifichino. Le compagnie aeree stanno sfruttando l’intelligenza artificiale per monitorare grandi quantità di dati raccolti da sensori incorporati all’interno di componenti, motori e sistemi degli aerei. Questi dati in tempo reale vengono analizzati per rilevare modelli sottili indicativi di malfunzionamenti imminenti o degrado delle prestazioni.

Gli algoritmi AI possono rilevare anomalie nei modelli di dati, come ad esempio fluttuazioni della temperatura del motore o tracce di vibrazioni irregolari, che potrebbero indicare problemi di fondo. Monitorando e analizzando continuamente questi dati, l’intelligenza artificiale può prevedere con precisione quando componenti specifici potrebbero richiedere manutenzione o sostituzione, consentendo alle compagnie aeree di pianificare le riparazioni in modo proattivo durante gli intervalli di manutenzione ordinaria. Questo passaggio dalla manutenzione reattiva a quella predittiva non solo migliora la sicurezza riducendo il rischio di guasti imprevisti, ma ottimizza anche l'efficienza operativa e riduce al minimo i tempi di fermo.

Il ruolo dei gemelli digitali

I gemelli digitali sono rappresentazioni virtuali di risorse fisiche, come gli aerei, create utilizzando dati in tempo reale raccolti da sensori, registri storici di manutenzione e input operativi. Questa tecnologia consente ai produttori aerospaziali e alle compagnie aeree di simulare e visualizzare le prestazioni di componenti e sistemi di aeromobili in un ambiente virtuale. Integrando gli algoritmi di intelligenza artificiale nei modelli di gemello digitale, gli operatori possono ottenere preziose informazioni sulla salute e sullo stato operativo dei singoli aeromobili e dei loro componenti.

Per la manutenzione degli aeromobili, i gemelli digitali offrono un approccio trasformativo fornendo una comprensione completa delle condizioni e del comportamento di un aeromobile. Gli equipaggi di manutenzione possono utilizzare i gemelli digitali per simulare diversi scenari operativi e valutare il potenziale impatto sulle prestazioni degli aeromobili e sui requisiti di manutenzione. Ciò consente una pianificazione più accurata delle attività di manutenzione, una gestione ottimizzata dell'inventario dei pezzi di ricambio e un processo decisionale migliorato basato sull'analisi predittiva.

I gemelli digitali facilitano inoltre il monitoraggio e la diagnostica da remoto, consentendo ai team di manutenzione di identificare i problemi senza ispezione fisica. Ad esempio, utilizzando dati in tempo reale provenienti dai gemelli digitali, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono consigliare azioni di manutenzione specifiche in base alle condizioni attuali dei componenti critici, riducendo così la necessità di ispezioni manuali e migliorando l’efficienza complessiva della manutenzione.

Integrazione della tecnologia 3D nei gemelli digitali

I principali fornitori di soluzioni di digital twin stanno oggi rimodellando il modo in cui i settori industriali utilizzano l’intelligenza artificiale e il calcolo spaziale per le applicazioni di digital twin, automazione e robotica. Questi fornitori sfruttano i progressi nelle interfacce XR immersive, nell'intelligenza artificiale e nelle tecnologie cloud per fornire una piattaforma cloud aperta, modulare, ad alta precisione e scalabile basata sull'intelligenza artificiale per la creazione di gemelli digitali 3D rapida, accurata ed economica che aumenta l'efficienza e l'automazione e produttività nella produzione, nelle operazioni, nella formazione e nel sostegno.

Con la proliferazione di sensori di alta qualità, ovvero telecamere a colori ad alta risoluzione, sensori di profondità (come i LIDAR), sensori di movimento e eye-tracker, integrati in questi dispositivi COTS, i fornitori hanno accesso a dati spaziali di altissima qualità per generare mappe spaziali 3D accurate quasi in tempo reale. Le aziende sono limitate principalmente dal calcolo e dalla potenza (batteria) di questi dispositivi mobili. Le piattaforme odierne semplificano la scansione 3D e i flussi di lavoro dei gemelli digitali utilizzando al tempo stesso il cloud computing per consentire all'hardware consumer a prezzi accessibili di superare le sue capacità standard.

Queste soluzioni superano i limiti dei dispositivi mobili in termini di durata della batteria e calcolo elaborando i dati nel cloud (in sede/air gap o in remoto come AWS GovCloud). Ciò consente la generazione rapida di modelli 3D dettagliati con precisione millimetrica dai sensori di telefoni cellulari, tablet e visori XR con piena fedeltà del modello e senza ritardi evidenti.

Spostando le attività di elaborazione più intense nel cloud, il software basato sull'intelligenza artificiale produce nuvole di punti di alta qualità da dispositivi COTS economici. Ciò accelera notevolmente la creazione di gemelli digitali rispetto ai metodi tradizionali. Le soluzioni commerciali più recenti di oggi consentono la generazione rapida e accurata di nuvole di punti 3D utilizzando un visore XR come dispositivo di acquisizione, elaborando tutti i dati su un PC server.

Applicazioni AR/VR nella manutenzione e nella formazione

Le tecnologie di realtà aumentata (AR) e realtà virtuale (VR) stanno rimodellando le procedure di manutenzione degli aeromobili e i programmi di formazione dei tecnici. L'AR sovrappone le informazioni digitali al campo visivo del tecnico, fornendo indicazioni e istruzioni in tempo reale durante le attività di manutenzione. Ad esempio, l’AR può sovrapporre schemi, liste di controllo o dati diagnostici su componenti fisici dell’aeromobile, consentendo ai tecnici di eseguire riparazioni complesse in modo più accurato ed efficiente.

La realtà virtuale, invece, sta rivoluzionando la formazione dei tecnici offrendo simulazioni immersive e interattive delle procedure di manutenzione in un ambiente virtuale. I tirocinanti possono esercitarsi in attività complesse, come lo smontaggio del motore o la riparazione del cablaggio, senza la necessità di accedere fisicamente all'aereo. Le simulazioni VR possono replicare diversi modelli e scenari di aerei, fornendo un'esperienza pratica in un ambiente sicuro e controllato.

Vantaggi e prospettive future

L’integrazione dell’intelligenza artificiale, dei gemelli digitali spaziali 3D e delle tecnologie AR/VR nelle funzioni di manutenzione e riparazione degli aeromobili offre numerosi vantaggi per le compagnie aeree e i produttori aerospaziali. Le funzionalità avanzate di manutenzione predittiva riducono le interruzioni operative, prolungano la durata di vita degli aeromobili e ottimizzano i costi di manutenzione. I gemelli digitali forniscono una visione olistica della salute degli aeromobili, consentendo un processo decisionale proattivo e processi di manutenzione semplificati. Le tecnologie AR/VR migliorano l'efficienza e la competenza dei tecnici, migliorando in definitiva la sicurezza e l'affidabilità complessive. Con queste tecnologie all'avanguardia, i produttori aerospaziali e le compagnie aeree possono migliorare notevolmente il processo di manutenzione e riparazione degli aeromobili.