数字主线贯穿始终

作者:Luca Bedon,意大利都灵市GE Aviation旗下子公司Avio Aero高级工程部经理

航空航天的行业领导者GE Aviation率先提出极具开创性的概念:创建一个穿插于从初创概念到实际操作设计过程中的“数字主线”。通过集中处理具体设计数据,该公司不仅加快了研发速度、提高了员工生产力,而且持续显著地提升了产品质量。此外,更令人振奋的是,数字孪生体还能很快创建一个闭环过程,将操作数据反馈给工程师。

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avio aero engine

商业航空公司正面临着多方压力,如全新的环境与安全法规、不断上涨的燃料成本及消费类产品的价格问题,因而亟需实现高度创新的产品解决方案以及远超以往的交付速度。

Luca Bedon

商用喷气式发动机系统和组件的设计向来是一项艰巨的任务,其难点在于工程复杂、业界监管严格及产品故障零容忍要求。如今,航空航天工程更具挑战性。

商业航空公司正面临着多方压力,如全新的环境与安全法规、不断上涨的燃料成本和消费类产品的价格问题,因而亟需实现高度创新的产品解决方案以及远超以往的交付速度。近年来,喷气式飞机制造商难以跟上市场需求,因为航空航天客户所要求的交付周期大幅缩短。

Avio Aero是GE Aviation的一家子公司,同时也是喷气式发动机系统和组件制造的全球领导者。Avio Aero公司认识到只有探索并采用业界最佳的工程技术,才能满足这些日益增长的需求。作为20多年的工程仿真用户,该公司最近培训了更多仿真人员,并将仿真应用范围扩展到工程功能之外,进一步扩大了仿真的影响力。

在意大利政府推出的国家工业4.0计划(旨在保持Avio Aero等技术领先企业的竞争力)的支持下,该公司如今在数字化进程中已处于领先地位,而且还开创了收集、分析和应用工程数据的新方法。在意大利都灵和公司其它地点,大多数产品研发工程师都接受过仿真培训,从而创造了一种共享的所有权和协作感,这能够促进实现巨大创新。

商业环境变得越来越具有挑战性,而致力于创新才能让公司持续处于领先地位。

这意味着未来的每一次设计都能受益于过去的经验教训。

数字主线:前沿概念

GE Aviation率先提出了名为“数字主线”的创新概念,即一系列每天都在扩展通用的工程和产品性能数据,且由企业内所有重要利益相关方共享的。

是什么促使GE Aviation衍生了这一想法?该公司认识到,随着时间的推移,只有提升发动机的数字化程度和连接紧密度,才能生成并收集大量的性能数据。事实上,与早于2010年的“无数字”时代传统设计相比,今天的智能发动机组生成和收集的数据正在呈指数级增长。广泛采用分析技术并结合使用物理模型(由高级仿真功能提供支持),可帮助GE Aviation获得意义深渊的洞察,从而不仅有助于提升产品性能、可靠性以及盈利能力,还能完善面向客户的解决方案⸺即根据发动机的实际运行情况进行优化。

在Avio Aero的数字主线战略中,工程仿真数据起着核心作用。喷气式发动机组件和系统的仿真规模非常大,其中包括多物理场、复杂反应和瞬态力等。对于公司产品研发过程的速度、成本及质量,仿真都贡献巨大,而且Avio Aero认识到,如果能收集到所有仿真数据并将其提供给所有利益相关方,这将会显著加强仿真优势。

如今,设计每一款产品,都需要从最初的创意阶段开始收集信息,随后这些数据组件被验证、测试、重新设计以及发布到制造模块,贯穿于设计的整个生命周期。因此,可对任何设计返工进行简化,因为与该设计有关的所有现有信息都是即时可用的,并且还可通过相同的部件编号清晰地识别,消除了昂贵又耗时的重复传递。任何人在公司的任何地方都可以轻松了解设计所处的状态,并轻松为产品的最终成功做出贡献。

增强数据的可用性和可访问性

Avio Aero将这一过程称为“创造真理的唯一来源”,其优势不言而喻。增强信息的可访问性意味着,在整个研发周期中,每一种产品设计都能以更低成本、更快地推动进程,进而消除不必要的冗余,精简设计的增量改进。

而同样重要的是,这也意味着未来每一次设计都能受益于过去的经验教训。开展全新仿真的工程师可以轻易辨别过去是否已进行过类似研究。根据过去的成功/失败经验,他们一开始就能确定准确的产品几何结构和操作参数。这为Avio Aero带来了至关重要的竞争优势,因为Avio Aero能满足越来越紧迫的产品交付时间。

通过数字孪生体关闭环路

作为Avio Aero数字化产品研发过程的成果,虚拟原型由协作工程生成,而且现已准备好进行物理测试。将所有物理测试结果收集起来作为数字主线的一部分,这不仅有助于该产品的任何返工,结果也将成为公司知识库的一部分。

接下来发生的事情就更令人振奋了。下一步是创建该产品的数字孪生体,通过与客户合作并在实际工作的产品上放置传感器进行研发。实现这一目标后,Avio Aero能近乎实时地收集真实的运行数据。通过将相同的物理条件应用于它的虚拟原型,Avio Aero能看到其长期运行的效果。随着时间的推移,企业能够利用实时数据预测故障、安排检修维护、订购维修部件,并改善每个工作产品的性能。

此外,数字孪生体也将关闭数字主线上的环路,首次创建贯穿产品设计整个生命周期-从最早的理念到真实运行-的视图。Avio Aero中的每个利益相关方都可获得并访问整个生命周期收集的所有洞察信息,从而不仅能对未来的设计产生积极影响,同时还可为未来数年内实现产品的高性能奠定基础。

Avio Aero

培养专家的战略思维

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发现并应用包括仿真在内的高级技术对Avio Aero的工程数字化转型非常关键。但同样重要的是,需要文化变革来支持这一举措。

高级工程部经理Luca Bedon表示:“二十年前,工程部门的每个人都被狭隘地定义为专家。例如,某人学习了如何进行CFD仿真,那这就是他们全天的工作。他们对产品的最终成功并没有感觉,因为他们无法了解他们工作之外的任务。”

Bedon表示,今天的Avio Aero工程团队有了完全不同的理念。他解释道:“我们完全重新定义了我们所谓的‘专家’,并根据系统思维模式重新塑造了不同的组织,充分展现每个人能为产品最终成功做出的贡献。我们已经对半数的团队成员进行了仿真培训,这样任何人都可以接手项目并开展工作。我们消除了工作交接环节,增加了责任感,让每个人都能看到端到端产品的整个生命周期。”

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Bedon补充道:“这样就形成了战略性视角和感受:每位员工都在为Avio Aero的成功做出贡献。这是一次重大公司文化变革,也是我们员工真正接受的一次变革。他们在工作中享受到乐趣,并坚信他们确实在我们的高层业务战略中发挥着关键作用。”

ANSYS:战略合作伙伴

作为ANSYS 20余年的客户,Avio Aero高度依赖ANSYS的帮助以实现其数字主线的愿景。ANSYS是工程仿真技术领域公认的领导者,因此Avio Aero在创建新一代数字架构时采用ANSYS先进的仿真解决方案是具有重大意义的。

ANSYS不仅能为包含多物理场和多工程的应用提供业界极佳的仿真解决方案,同时也提供了方便协作的统一平台。ANSYS专家与Avio Aero通过协商寻求出了最佳途径,将ANSYS解决方案与Avio Aero的数据架构、内部套件及第三方工具套件进行集成。

Avio Aero对未来工程师的协作方式提出了愿景,ANSYS助力其实现了这一愿景。随着时间推移,Avio Aero与ANSYS已发展成真正的战略合作伙伴关系。

avio aero simulation

数字化腾飞

为满足日益增长的客户需求,以及符合新出台的环境标准及更严格的监管规定,GE Aviation必须大力研发,推出有史以来最具创新性、科技水平最高的喷气式发动机。要实现这一目标,意味着需要采用最具创新性的高科技产品研发战略。这一战略促使GE Aviation采用端到端的数字主线概念,在产品生命周期的每个阶段采集并利用深度信息。

并非每个企业都生产如喷气式发动机系统这样复杂的产品,也不是每个企业都需要在全球航空航天业务这样要求严苛的行业中竞争。但是每个工程团队都可以从数字主线的概念中获益,它为每个产品设计提供了统一数据源和真实的信息共享。公司致力于采集和利用仿真数据,可以加快研发进程,最大限度提高员工生产效率,减少或避免返工并最终提升产品质量。数字主线这一概念正在兴起,并收获诸多肯定。

AVIO AERO简介

Avio Aero

员工数量: 4,800
总部: 意大利Rivalta di Torino

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