基于数字孪生技术（Digital Twin）的运营物料清单（OBOM）构建技术综述

赵妮妮 上海飞机客户服务有限公司技术出版物部

引言：设想在人员很少的情况下，需要在短时间内收集某架飞机所有的信息，并提出维修方案，你怎么办？

如果依靠传统的方法，可通过查找该架飞机的基本信息、3D模型、零组件信息、航材信息、运行数据、维修数据、可靠性信息等，依靠多个专业的技术人员配合工作，分别开展各自领域的收集和分析，才能为下一步的任务提供输入。但如果有一个始终伴随真实飞机的“影子飞机”，包含了完整的真实飞机信息并与真实飞机保持数据同步，上述问题就迎刃而解，只需要调出“影子飞机”的相关信息并加以分析即可。这种始终伴随真实飞机的“影子飞机”，就是数字孪生技术的未来应用场景之一。

1 概述

1.1 数字孪生技术的提出

数字孪生（DigitalTwin）的概念最早出现于2003年，由美国密歇根大学的迈克尔.格里菲斯教授在他所讲授的产品生命周期管理课程上引入，并且于2014年在其所撰写的白皮书中进行了详细的阐述。康维护等问题中。

图1 美国航天器数字孪生技术

首先在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步，这样每次飞行后，根据结构现有情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。

1.2 数字孪生技术特点

数字孪生是产品全生命周期的数据中心，贯通到产品设计、仿真、工艺及后面的使用和维护。数字孪生也是全价值链的数据中心，数字孪生的主要特征是：

（1）规模性：涵盖产品所有数据，机器可读，单一数据源。

（2）互操性：设计的“理论”和制造的“实测”可进行直接比较和分析。

（3）保真性：可用于生产模拟，对自动或手工作业进行模拟，包括制造、装配等。

（4）可扩展性：价值网络协作的基础，包括厂际、供应链上下游之间乃至全球范围的协

1.3 数字孪生技术的应用

数字孪生技术目前制造领域已经得到广泛使用。2011年，空客在A350XWB 总装线上部署了企业定位智能解决方案，实时连接其工业物体，通过在关键工装、物料和零部件上安装射频识别（RFID）单元，生成A350XWB 总装线的数字孪生，见下图。使工业流程和设备应用更加透明化。

图2 空客生产线数字孪生

2 基于数字孪生的OBOM构建

数字孪生技术在航空工业运行支持领域还处于研究阶段，目前还未有航空企业运用于实践，属于待开发的“黑科技”。美国《航空周报》预计：到2035年，当航空公司接受一架飞机的时候，将同时还验收另外一套数字模型。每个飞机尾号都伴随着一套高度详细的数字模型。”每一特定架次飞机都不再孤独。因为它将拥有一个忠诚的影子，终生相伴，永不消失。这是对数字孪生技术在客服领域使用的构想。

随着我国运行支持技术的不断进步，在构建服务物料清单(SBOM)和单机物料清单（OBOM）技术上与国外飞机制造商的差距正在逐步缩小。服务物料清单(SBOM)是基于3D模型的服务工程数据管理系统，该系统的支撑技术如构型管理技术和S1000D编码技术目前已经趋于成熟，单机物料清单（OBOM）是基于SBOM的单架次飞机的数字化飞机，从交付开始，伴随真实飞机一生。

图3 基于数字孪生的OBOM概念

2.1 SBOM的构建

SBOM主要来自于对工程物料清单和制造物料清单的重构和转换，通过重构和转换，形成SBOM维修视图、飞行/运行视图等。

图4 不同BOM之间的关系

2.2 OBOM的构建

在SBOM有效管理的基础上，结合飞机交付信息生成单架次OBOM，主要用于记录在役单机的各种交付信息及在运行维护阶段产生的动态信息。SBOM与OBOM的关系如下图所示：

图5 基于SBOM的OBOM构建

3 数字孪生技术在OBOM构建中的体现

数字孪生技术在OBOM构建中有3个方面的体现：

（1）数据完整性，OBOM数据覆盖单价次飞机的所有数据，包括交付数据和运行数据，可真实飞机的完整数字飞机；

（2）实时保真性：OBOM随着飞机的运行和构型变化，实时更新数据，始终保持与真实飞机同步，通过查看OBOM的模型或者数据，与在真实飞机上查看是一致的；

（3）功能扩展性：真实飞机信息需要在电脑上录入相关的飞行和维修信息，以便实施下一步的维修计划、航材订购、可靠性分析等，OBOM信息则足以支持后续维修任务的开展，并能提供更多的扩展功能，如健康监测、与其他飞机的协同互操作等。

4 结束语

数字孪生的概念已经提出超过十年，成为了美空军和洛马公司的顶层战略，得到美国防部、美空军和美国航空航天局大力推动，并已经在美欧航空航天项目中得到实际应用。我国飞机制造行业在数字化领域整体上起步较晚，目前在基于模型的系统工程方面与美欧差距较大，对数字线索和数字孪生的概念可能还比较陌生。

我国航空工业运行支持技术的发展较为迅速，尤其是服务工程数据的体系建设，与欧美差距不大，目前欧美飞机制造商尚未实现采用数字孪生技术的OBOM构建，这阶段研究国产飞机OBOM构建，是一个难得的契机，必将实现在该领域的技术赶超，与发达国家飞机制造商齐头并进。