AI、デジタルツイン、AR/VR を活用して航空機のメンテナンスと修理を強化

737月初旬、飛行中に新品のアラスカ航空XNUMX Maxのパネルが吹き飛ばされて以来、大手航空機メーカーは強い圧力にさらされている。この問題は、特にあるメーカーにとって最重要課題でしたが、このイベントは、長年にわたって業界に積み重なってきた一連の安全性と製造上の問題に焦点を当てました。これらの出来事により、従来のメンテナンスと修理手順に焦点が当てられ、手順を改善するために新しいテクノロジーを活用する必要性が高まっています。

人工知能（AI）などの先進テクノロジーの統合、 デジタル双子拡張現実/仮想現実 (AR/VR) は、航空機のメンテナンスと修理に対するこれらの従来のアプローチを劇的に変えています。航空会社や航空宇宙メーカーは、メンテナンス手順の最適化、安全プロトコルの強化、運用コストの削減を目的として、これらの革新的なソリューションにますます注目しています。

航空宇宙、防衛、その他の産業部門には、デジタル ツイン テクノロジーを使用してインフラストラクチャを最新化し、運用効率を向上させるという使命があります。既存の運用、トレーニング、メンテナンスのプロセスは、利用できるデジタル モデリングが最小限で、二次元の紙ベースのマニュアルに大きく依存しています。

既存のデジタル モデルが不足しているため、運用効率、ミッション計画、航空機の準備が大幅に妨げられています。デジタルツインは現在、物理的なオブジェクトやシステムの設計、構築、運用、修理の方法に革命をもたらしています。産業プロセスのデジタル変革には、今後数十年にわたって可能な限り最高のツールを提供するのに役立つデジタルツインテクノロジーを組み込む必要があります。

航空宇宙メーカーは、広範な 3D CAD モデルの不足など、依然として多くの課題に直面しています。レガシー航空機の場合、利用できる 3D モデルは非常に限られており、ほとんどのモデル、要件、仕様は 2D 形式です。専用のスキャナーを使用して正確な 3D モデルを生成し、従来の方法で 2D データに基づいてデジタル修正を行うには、非常に費用と時間がかかります。さらに、ほとんどの 3D スキャン ソフトウェアはモデルを独自の形式に保持しており、相互運用性が制限されているため、モデルの有用性が大幅に制限されています。

追加の課題には、生成された 3D モデルを既存のモデルに組み込む機能が含まれます。 システムML ワークフローや独自のモデルやシステムに縛られない柔軟なワークフローの作成。各モデルとサブシステムのスタンドアロン動作、および異なるサブシステム間の相互作用をシミュレートするには、メーカーは SysML を使用して 3D モデルとその物理的動作をシステム シミュレーション モデルに組み込む必要があります。これには、個別および組み合わせたすべてのシステム要件を SysML ワークフローに取り込み、モデル構成をパラメータ化し、個々のコンポーネントの動作とその相互作用をシミュレーションして監視するためのフレームワークを作成する必要があります。

AI を活用した予知保全

航空機のメンテナンスは従来、定期的な点検と、報告された問題に基づく事後的な修理に依存してきました。。しかし、AI を活用した予知保全は、データ分析と機械学習アルゴリズムを活用して潜在的な障害を発生前に予測することで、このアプローチを変革しつつあります。航空会社は AI を活用して、航空機のコンポーネント、エンジン、システムに組み込まれたセンサーから収集された膨大な量のデータを監視しています。このリアルタイム データは、差し迫った故障やパフォーマンスの低下を示す微妙なパターンを検出するために分析されます。

AI アルゴリズムは、次のようなデータ パターンの異常を検出できます。 エンジン温度の変動 または不規則な振動の兆候があり、根本的な問題を示している可能性があります。このデータを継続的に監視および分析することで、AI は特定のコンポーネントのメンテナンスや交換が必要になる時期を正確に予測できるため、航空会社は定期メンテナンスの間隔中に事前に修理のスケジュールを立てることができます。事後保全から予知保全へのこの移行により、予期せぬ故障のリスクが軽減されて安全性が向上するだけでなく、運用効率が最適化され、ダウンタイムが最小限に抑えられます。

デジタルツインの役割

デジタル ツインは、センサー、過去のメンテナンス記録、運用入力から収集されたリアルタイム データを使用して作成された、航空機などの物理的資産の仮想表現です。このテクノロジーにより、航空宇宙メーカーや航空会社は、仮想環境で航空機のコンポーネントやシステムのパフォーマンスをシミュレートし、視覚化することができます。 AI アルゴリズムをデジタル ツイン モデルに統合することで、オペレーターは個々の航空機とそのコンポーネントの健全性と運用状態に関する貴重な洞察を得ることができます。

航空機のメンテナンスでは、デジタル ツインは航空機の状態と動作を包括的に理解することで革新的なアプローチを提供します。整備員はデジタル ツインを利用してさまざまな運用シナリオをシミュレートし、航空機の性能や整備要件への潜在的な影響を評価できます。これにより、メンテナンス活動のより正確な計画、スペアパーツの在庫管理の最適化、予測分析に基づく意思決定の強化が可能になります。

デジタル ツインはリモート監視と診断も容易にし、メンテナンス チームが物理的な検査を行わずに問題を特定できるようにします。たとえば、デジタル ツインからのリアルタイム データを使用すると、AI アルゴリズムが重要なコンポーネントの現在の状態に基づいて特定のメンテナンス アクションを推奨できるため、手動検査の必要性が減り、全体的なメンテナンス効率が向上します。

デジタルツインへの 3D テクノロジーの組み込み

現在、主要なデジタル ツイン ソリューション プロバイダーは、産業界がデジタル ツイン、オートメーション、ロボティクス アプリケーションのために AI と空間コンピューティングを利用する方法を再構築しています。これらのプロバイダーは、イマーシブ XR インターフェイス、AI、およびクラウド テクノロジーの進歩を活用して、オープン、モジュール式、高精度、スケーラブルな AI を活用したクラウド プラットフォームを提供し、効率と自動化を向上させる高速、正確、コスト効率の高い 3D デジタル ツインの作成を実現します。製造、運営、トレーニング、維持における生産性も向上します。

これらの COTS デバイスに組み込まれた高品質センサー、つまり高解像度カラー カメラ、深度センサー (LIDAR など)、モーション センサー、アイ トラッカーの普及により、プロバイダーは非常に高品質の空間データにアクセスして生成できるようになりました。ほぼリアルタイムで正確な 3D 空間マップを作成します。企業は主に、これらのモバイル デバイスの計算能力と電力 (バッテリー) によって制限されます。今日のプラットフォームは、クラウド コンピューティングを使用して 3D スキャンとデジタル ツインのワークフローを合理化し、手頃な価格の消費者向けハードウェアがその標準機能を超えることを可能にします。

これらのソリューションは、クラウド (オンプレミス/エアギャップ、または AWS GovCloud などのリモート) でデータを処理することにより、バッテリー寿命と計算におけるモバイル デバイスの制限を克服します。これにより、携帯電話、タブレット、XR ヘッドセットのセンサーから、モデルを完全に忠実に再現し、顕著な遅延もなく、ミリ単位の精度で詳細な 3D モデルを迅速に生成できます。

最も集中的な処理タスクをクラウドに移動することにより、AI 主導のソフトウェアは、安価な COTS デバイスから高品質の点群を生成します。これにより、従来の方法と比較してデジタル ツインの作成が大幅に加速されます。現在の新しい商用ソリューションでは、キャプチャ デバイスとして XR ヘッドセットを使用し、すべてのデータをサーバー PC で処理しながら、高速かつ正確な 3D 点群の生成が可能になります。

メンテナンスとトレーニングにおける AR/VR アプリケーション

拡張現実 (AR) および仮想現実 (VR) テクノロジーは、航空機のメンテナンス手順と技術者のトレーニング プログラムを再構築しています。 AR は技術者の視野にデジタル情報を重ね合わせ、メンテナンス作業中にリアルタイムのガイダンスと指示を提供します。たとえば、AR を使用すると、回路図、チェックリスト、または診断データを航空機の物理的なコンポーネントに重ね合わせることができるため、技術者は複雑な修理をより正確かつ効率的に行うことができます。

一方、VR は、仮想環境でメンテナンス手順の没入型でインタラクティブなシミュレーションを提供することで、技術者のトレーニングに革命をもたらしています。訓練生は、航空機に物理的にアクセスすることなく、エンジンの分解や配線の修理などの複雑な作業を実践できます。 VR シミュレーションでは、さまざまな航空機モデルやシナリオを再現し、安全で制御された環境での実践的な体験を提供できます。

メリットと今後の展望

航空機のメンテナンスおよび修理機能における AI、3D 空間デジタル ツイン、AR/VR テクノロジーの統合は、航空会社や航空宇宙メーカーに多くのメリットをもたらします。強化された予知保全機能により、運航の中断が軽減され、航空機の寿命が延長され、メンテナンスコストが最適化されます。デジタル ツインは航空機の状態を総合的に把握し、プロアクティブな意思決定と合理化されたメンテナンス プロセスを可能にします。 AR/VR テクノロジーは技術者の効率と熟練度を向上させ、最終的に全体的な安全性と信頼性を向上させます。これらのテクノロジーを最前線に置くことで、航空宇宙メーカーや航空会社は航空機のメンテナンスと修理のプロセスを大幅に改善できます。