精於專業,化繁至簡

“繁雜與昂貴不具備商業可行性。”

Airbus系統通用工程副總裁Bruno Darboux(右)與Airbus建模與模擬資深專家Pascal Gendre(左)一同向我們娓娓道出了,這家航空巨頭如何採用模擬技術有效管理和集成日益複雜的分散式智慧系統(包含現代噴氣飛機)。

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Dimensions:航空業的最大挑戰是什麼?Airbus如何應對?

Bruno Darboux:在過去十年間,大型飛機的系統不斷變得更為複雜。這些系統已從鬆散耦合轉變成更為緊密的耦合。在執行任務時,過去的系統設計很少與其他系統交換資訊(鬆散耦合)。它們在某種程度上算是獨立系統。現在的情況已經迥然不同。目前所有的機載系統日益緊密互連。而且它們共用許多公共資源,例如計算平臺與周邊設備,這讓各方面變得緊密耦合並且相當複雜。不但資源分享,而且功能也會跨越多個系統。

Pascal Gendre:與此同時,系統與現實世界連接的方式也日新月異。Airbus目前以更高精度測量更多物理現象,如:結冰、EMI/EMC、熱環境、材料行為和流固耦合等,這有助於相互作用的系統實現更佳的整體飛行體驗。您無法駕駛一架不穩定的飛機。然而,通過採用緊密連接現實世界的高級飛行控制系統,您就能安全地實現最佳飛行性能。

BD:這種複雜性使我們不得不實施繁雜而又昂貴的程式來開發新型飛機,但是繁雜與昂貴不具備商業可行性。因此,我們引入了高級系統工程方法來化繁為簡,同時也在努力採用更多有效方法。為了能成功開發出A350,我們已開始部署基於模型的系統工程方法,同時希望針對我們的未來產品開發工作進行更多部署。

Dimensions:您簡要地提到了安全性。顯而易見,管理嵌入式軟體對於確保飛機的安全性至關重要,那麼Airbus為管理嵌入式軟體實施了哪些程式?

BD:通過遵守航空標準,可以充分確保嵌入式軟體的安全性。其中包括DO-178C、SAE ARP 4754A等外部標準以及我們自己的內部標準。不過,遵守這些標準存在相關的成本與研發週期挑戰。全面達到合規性要求需要高昂的成本,因此我們不希望重複證明10次,因為軟體隨著每次的反覆運算設計不斷發展變化。我們需要快速反覆運算迴圈。而且,隨著設計走向成熟,我們必須對軟體進行微調,甚至在開發的最後階段(如飛行測試階段等)也不例外。

“我們已經開始部署基於模型的系統工程,同時希望採用更多方法。”

2011年11月泰國國際航空公司首架A380噴氣客機的各個部分在法國圖盧茲空客總裝線完成組裝。
Dimensions:那麼您在這麼晚的階段也能修改軟體?

BD: 當然。這正是模擬軟體的價值所在。ANSYS SCADE Suite、ANSYS SCADE Display等嵌入式軟體建模工具使工程師和設計人員都能非常正式地表達設計規範。這些工具可以從模型自動生成現行的飛行軟體。利用這種方法,我們能夠以大幅降低的認證成本編制軟體,同時減少極其昂貴的測試驗證次數。軟體建模與模擬已將飛行測試過程中的軟體生成時間從兩周大幅縮短到短短兩天。這不僅能實現巨大的改進,而且還可獲得顯著的上市時間優勢。

Dimensions:模擬如何適應開發過程?

PG: 先從子系統設計入手,每個設計團隊都需要對自己環境進行建模,才能解決迫切的具體問題並找到可實現最佳性能的解決方案。在開發的集成階段,我們需要在稱為“Iron Bird”的單個模擬器中高度整合大量模擬結果。此模擬器必須支援多個獨立的系統及其不同物理場和互動方式。

Airbus一瞥

→創立時間:1967年
→總部:位於法國圖盧茲
→全球員工:58000人 (來自100個國家)
→ 影響力:目前有8340架空客飛機正在服役

Dimensions:由於一架飛機由眾多模型製造而成,如何才能將這些獨立的模型完美結合在一起?

BD:顯然,每個團隊不但需要自己的模型,而且還需要與模型相關的表現方案。例如,水力系統團隊需要清楚地表現發動機性能、動力側引擎機艙環境以及使用者側的起落架收放順序。這就促使我們開發了一套不僅能共用模型,而且還可將其裝配到更大型系統中的方案。

然後我們進行端到端模擬,並且只需根據相關結果調整控制邏輯或者反覆運算到架構設計。

PG:無論您希望檢查控制面的運動學、研究駕駛艙設計的人為因素還是設計與校正空調或通風系統,您都需要採用不同的建模方法,而且必須模擬各種不同組合的參數。要點是在設計的微調過程中提前採用建模與模擬實施大部分集成工作,並在最終測試階段減少整架飛機在地面或空中的測試點數量。

Dimensions:您如何看待將物理測試與建模融合在一起的最佳方法?

PG:我們擁有真正懂得如何解釋模擬結果的專家。對實際飛機或模型進行的大部分物理測試旨在重複檢查模擬結果是否與實際情況一致。然後,我們就可採用模擬技術來驗證飛機在完整設計與非設計封裝 (off-design envelope) 中的行為。

“軟體建模與模擬已將飛行測試過程中的軟體生成時間從兩周縮短到短短兩天。”

Dimensions: 您還遇到過哪些其它挑戰?

BD:Airbus不僅在內部擁有許多非常厲害的團隊,而且我們還與供應商的工程團隊開展眾多協作。我們負責系統架構與集成,同時將95%的系統詳細設計與設備製造進行外包。我們內部完成5%,採購95%。供應商提供技術與智慧設計解決方案,而且參與集成工作。因此我們必須與供應商交換模型,以説明我們在上游完成更多模擬並減少成品測試。

PG:為了交換模型,我們需要依靠強大可靠的標準。我們已經實施了Airbus AP2633等交換標準,但我們還不能說我們已具備完美實現任務所需的名符其實的優良標準。我們在努力針對整個行業制定相關標準;例如MOSSEC計畫等。MOSSEC代表協作式系統工程環境下的建模與模擬資訊。

Dimensions:在航空業,您認為哪些技術趨勢會在未來5年或10年發揮至關重要的作用?

BD:我們很難預測到創新。不過,我們通常在能夠為我們的飛機客戶帶來增值的領域實現創新:卓越的乘客體驗、飛機性能的持續改進以及無縫的機隊運營等。
毋庸置疑,數位化是所有這些方面的大勢所趨,即:以最睿智的方法使用資料設計出最佳解決方案。另外很重要的一點是採集和傳輸最佳資料,以便為最終使用者提供最佳即時服務。

2015 Ambience A350 XWB發動機

無論您希望進行多物理場優化,還是跨機載與地面計算平臺設置分散式功能,建模與模擬技術都能使我們的業務獲益良多。這樣我們就能減少部署週期與成本,從而更快速地在市場推陳出新。憑藉建模與模擬功能,我們能不斷開發更好的產品,如:最新的A320 Neo在燃油效率方面提高了逾15%。

Bruno Darboux曾就職於Thales、ATR與Airbus,曾參與過眾多民用與軍用平臺的工程與程式設計開發工作。Bruno Darboux目前負責管理空客系統開發工藝、方法與工具的制定工作,同時還管理著空客飛機安全與資格認證團隊。
 
Pascal Gendre 獲得航空計算流體動力學博士學位後,曾就職於Lacroix與Airbus公司。在投身開發建模與模擬程式之前,負責採用建模與模擬技術來開發產品。Pascal Gendre目前負責管理空客飛機專案中各個工程方面所需的建模與模擬研發項目。
A380駕駛艙

“憑藉建模與模擬功能,我們能夠不斷開發更出色的產品。”

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