利用人工智能、数字孪生和 AR/VR 增强飞机维护和维修

自 737 月初以来，领先的飞机制造商一直承受着巨大的压力，当时一架全新的阿拉斯加航空 XNUMX Max 飞机在飞行中被面板炸毁。虽然这个问题对于一家制造商来说是最前沿和中心的问题，但该活动凸显了多年来该行业积累的一系列安全和制造问题。这些事件使传统的维护和维修程序成为焦点，并更加需要利用新技术来改进程序。

人工智能（AI）等先进技术的集成， 数字双胞胎，增强现实/虚拟现实（AR/VR）正在彻底改变这些传统的飞机维护和修理方法。航空公司和航空航天制造商越来越多地转向这些创新解决方案来优化维护程序、增强安全协议并降低运营成本。

航空航天、国防和其他工业部门的使命是利用数字孪生技术实现基础设施现代化，以提高运营效率。现有的操作、培训和维护流程严重依赖于二维纸质手册，可用的数字模型最少。

现有数字模型的缺乏严重影响了运营效率、任务规划和飞机准备状态。数字孪生现在彻底改变了我们设计、构建、操作和修复物理对象和系统的方式。工业流程的数字化转型要求它结合数字孪生技术，以帮助在未来几十年提供最好的工具。

航空航天制造商仍然面临一系列挑战，包括缺乏广泛的 3D CAD 模型。对于传统飞机，可用的 3D 模型非常有限，并且大多数模型、要求和规格都是 2D 形式。使用专用扫描仪生成准确的 3D 模型并使用传统方法基于 2D 数据进行数字修改非常昂贵且耗时。此外，大多数 3D 扫描软件将模型保留为专有格式，由于互操作性受到限制，显着限制了模型的实用性。

其他挑战包括将生成的 3D 模型合并到现有模型中的能力 系统ML 工作流程和/或创建不绑定到专有模型和系统的灵活工作流程。为了仿真每个模型和子系统的独立行为，以及不同子系统之间的交互，制造商需要使用 SysML 将 3D 模型及其物理行为合并到系统仿真模型中。这需要创建一个框架，用于将所有单独和组合的系统需求纳入 SysML 工作流程、参数化模型配置、模拟和监控各个组件的行为及其交互。

人工智能驱动的预测性维护

飞机维护传统上依赖于定期检查和根据报告的问题进行反应性维修。然而，人工智能驱动的预测性维护现在正在改变这种方法，利用数据分析和机器学习算法来预测潜在的故障发生。航空公司正在利用人工智能来监控从飞机部件、发动机和系统中嵌入的传感器收集的大量数据。对实时数据进行分析，以检测表明即将发生故障或性能下降的微妙模式。

人工智能算法可以检测数据模式中的异常情况，例如 发动机温度波动 或不规则的振动特征，这可能表明存在潜在问题。通过持续监控和分析这些数据，人工智能可以准确预测特定组件何时可能需要维护或更换，使航空公司能够在日常维护间隔期间主动安排维修。这种从被动维护到预测性维护的转变不仅通过降低意外故障的风险来增强安全性，而且还优化了运营效率并最大限度地减少了停机时间。

数字孪生的作用

数字孪生是飞机等物理资产的虚拟表示，是使用从传感器收集的实时数据、历史维护记录和操作输入创建的。该技术使航空航天制造商和航空公司能够在虚拟环境中模拟和可视化飞机部件和系统的性能。通过将人工智能算法集成到数字孪生模型中，运营商可以获得有关单架飞机及其组件的健康和运行状态的宝贵见解。

对于飞机维护，数字孪生通过提供对飞机状况和行为的全面了解，提供了一种变革性的方法。维护人员可以利用数字孪生来模拟不同的操作场景，并评估对飞机性能和维护要求的潜在影响。这样可以更准确地规划维护活动，优化备件库存管理，并根据预测分析增强决策制定。

数字孪生还有助于远程监控和诊断，使维护团队无需进行物理检查即可识别问题。例如，利用数字孪生的实时数据，人工智能算法可以根据关键部件的当前状况推荐具体的维护操作，从而减少人工检查的需要，提高整体维护效率。

将 3D 技术融入数字孪生

如今，领先的数字孪生解决方案提供商正在重塑工业部门如何利用人工智能和空间计算来实现数字孪生、自动化和机器人应用。这些提供商利用沉浸式 XR 界面、人工智能和云技术的进步，提供开放、模块化、高精度和可扩展的人工智能驱动的云平台，以实现快速、准确和经济高效的 3D 数字孪生创建，从而提高效率和自动化以及制造、运营、培训和维护方面的生产力。

随着内置于这些 COTS 设备中的高质量传感器（即高分辨率彩色相机、深度传感器（例如 LIDAR）、运动传感器和眼动仪）的激增，提供商可以访问非常高质量的空间数据来生成近乎实时的准确 3D 空间地图。公司主要受到这些移动设备的计算和功率（电池）的限制。当今的平台简化了 3D 扫描和数字孪生工作流程，同时使用云计算使经济实惠的消费类硬件超越其标准功能。

这些解决方案通过在云中处理数据（本地/气隙或远程，例如 AWS GovCloud），克服了移动设备在电池寿命和计算方面的限制。这样可以通过手机、平板电脑和 XR 耳机中的传感器快速生成毫米级精度的详细 3D 模型，模型具有完全保真度且没有明显的延迟。

通过将最密集的处理任务转移到云端，人工智能驱动的软件可以从廉价的 COTS 设备生成高质量的点云。与传统方法相比，这显着加速了数字孪生的创建。当今较新的商业解决方案可以使用 XR 耳机作为捕获设备来快速、准确地生成 3D 点云，同时在服务器 PC 上处理所有数据。

AR/VR 在维护和培训中的应用

增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 技术正在重塑飞机维护程序和技术人员培训计划。 AR 将数字信息叠加到技术人员的视野中，在维护任务期间提供实时指导和说明。例如，AR 可以将原理图、检查表或诊断数据叠加到物理飞机部件上，使技术人员能够更准确、更高效地执行复杂的维修。

另一方面，VR 通过在虚拟环境中提供沉浸式和交互式的维护过程模拟，正在彻底改变技术人员培训。学员可以练习复杂的任务，例如发动机拆卸或接线维修，而无需实际接触飞机。 VR模拟可以复制不同的飞机模型和场景，在安全可控的环境中提供实践体验。

好处和未来展望

将人工智能、3D 空间数字孪生和 AR/VR 技术集成到飞机维护和维修功能中，可以为航空公司和航空航天制造商带来诸多好处。增强的预测维护能力可减少运营中断、延长飞机使用寿命并优化维护成本。数字孪生提供了飞机健康状况的整体视图，支持主动决策和简化维护流程。 AR/VR 技术提高了技术人员的效率和熟练程度，最终提高了整体安全性和可靠性。凭借这些前沿技术，航空航天制造商和航空公司可以极大地改善飞机维护和修理的过程。