西門子數字化工業軟件Simcenter 航空航天行業解決方案總監Thierry Olbrechts

過去幾年，航空航天的商業化不斷加快步伐，尤其是在太空工業領域更是將人類對于太空的探索帶入了一個嶄新的時代，新應用和大膽創新層出不窮，整個行業孕育著勃勃生機。根據美國銀行預測，至2030年，太空工業的行業規模將達到1.4萬億美元的市場規模。立足中國，在政府明確支持民營企業發展商業航天的前提下，中國的航空航天也進入了商業進程。進入2023年，如此天翻地覆的變化將對產品工程的優先級產生怎樣的影響？傳統企業應該如何保持其地位？新入局者要想站穩一席之地，又該從何入手？

借用數字化，節約時間和成本，降低風險

數十年來，行業機構一直在給定的預算范圍內實現工程，然而在今天的航空航天時代，最終價格已然成為業務成敗的決定性因素。要想在商業市場中獲得成功，必需降低成本，并采用不同的風險管理方式，以及更加敏捷的客戶導向型業務模式——這既是主流傳統機構所面臨的難題，也是新入局者的機遇所在。

設計與制造流程的全面數字化是在產品和流程層面節省時間和成本的關鍵。利用帶有集成模型和測試功能的數字孿生技術，企業可以縮短決策過程及開發時間，進而大幅加快上市速度。數字化技術能幫企業整合不同流程，推動自動化、實現零部件的大規模生產、系統驅動方法、提高重用率、進行預測性維護、反饋循環、增材制造，并增強機械與電氣工程之間的協同。

在虛擬環境下探索創新理念

在商業發展的促使下，一些新入局者常常會奇思妙想，對既有方式提出質疑。然而，要將這些想法落到實處，不僅需要遵守時間和成本方面的制約，還需進行大量工程作業，包括定義需求，調研概念，探索架構，優化設計等等，并要將其轉變為實際產品，對其演變發展進行跟蹤，直至整個生命周期結束。

這其中的大部分工作都可以基于數據的基礎在虛擬環境下完成。這種方法一方面需要功能強大的探索工具與可擴展的仿真方法，另一方面需要一個可以將所有生命周期環節相關聯的數字化平臺。

在制定計劃和設定交付時間時，商業航天企業還會對各技術領域的預期發展進行預測，這也是該行業可以始終處于創新前沿的原因所在。此過程也需要數字化平臺提供支持，以幫助企業捕捉、采集所有想法，并執行模擬仿真，按時、按預算地完成開發，同時保持整個項目平穩有序的開展。

應對復雜性問題

在太空工業方面，大部分太空系統都含有先進的材料，且涉及大量物理特性。以高度控制推進系統或內置人工智能的機器人系統為例，其研發過程涉及眾多參數，工程師需要依靠數字孿生技術，設立具備預測能力的仿真模型，從設計周期之初，對所有系統進行同步優化。

有一部分智能系統還會隨著時間的推移不斷演進，這些系統包含諸多傳感器，運行時可進一步進行性能優化。此外，智能系統還會與彼此及環境進行交互，并將信息反饋給設計團隊，以便他們進行改進和預測性維護。這一系統行為意味著必須使用一個貫穿產品生命周期的數字化解決方案，以對海量的數據進行管理以及分析。同時，要考慮到太空系統的設計意圖是在嚴酷的空間環境中運行，設備一旦離開地球大氣層的保護，就會面臨不同的重力條件、極端的溫度變化、宇宙輻射等等，情況非常復雜，對其他行業來說可稱得上先進的很多應用或材料，對太空業而言往往只是標配。

要將數字孿生應用于產品設計與研發過程，離不開高性能的仿真軟件。只有專為解決典型太空工程需求而打造的解決方案才能勝任。當前，市面上只有少量解決方案能夠滿足此類要求，因此，商用軟件往往需要與內部工具結合使用，而這一集成又導致了復雜性的進一步加劇。

利用數字主線和數字孿生，實現卓越太空項目

太空系統工程需要一個完整的數字基礎設施，它既要能夠采集和管理產品生命周期各階段的數據，還要確保項目的利益相關方都能獲取該等數據。此類平臺需要提供全面的數字主線，囊括從需求定義到探索、再到詳細設計流程、制造、合格性鑒定、認證等全過程信息；而數字孿生則可以將空間中的產品與其原始需求進行關聯，對整個項目期間的所有決策和行動的影響進行跟蹤。

西門子的工業軟件具備開放性、靈活性等特點，能夠交付滿足產品生命周期各方面需求的解決方案，且這些解決方案可輕松集成至數字主線之中，為商業航天和太空項目打造統一的數字化平臺，實現對數據和用戶權限的全面管理，加快創新步伐。