大数据技术在飞机制造中的应用探究

李进平

（中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089）

0 引言

在飞机制造过程中，对于零组件和装配的加工可行性是最重要的，同时也是难点。随着航空技术的不断发展，飞机的零组件也在逐渐向着重量更轻、制造维护成本更低的方向前进。因此，基于更环保、运营成本更低理念设计和制造的飞机将会获得更好的性能和更多的市场，这种思维同时也给飞机制造业带来了前所未有的挑战和动力。基于此，在飞机制造过程中一定要积极充分地发挥利用大数据技术的技术优势。另外，通过引入大数据技术可以不断地改进提升研制过程中零组件加工、组部件装配的过程数据数学建模以及仿真数据处理。这样飞机制造可以更加提升生产加工效率和降低故障率保障飞行安全、有效降低生产成本。

1 大数据技术概述

在20世纪90年代，科学家John Mashey在一次演讲中首次提出了“大数据”这一概念。若借助4V特性对其可概括为:大容量、高速率、多形式以及高价值这四项典型特征[1]。若按照生命周期来分类，可分为采集数据源、管理数据、分析数据以及展示数据这四个阶段。第一阶段，重点是如何采集获取各种交织混杂在一起的结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据并可达到初步抽取提炼的过程。第二阶段，重点解决的是储存和保管大规模的数据。期间，要不断抽取数据进行分类，目的是为了快速储备分析所需的数据。第三阶段，利用各种方法或者各种工具不断地对其进行检查、清洗以及建模，并从中获取有用的价值数据。第四阶段，数据展示是分析流程的门户，便于将数据以形象化的形式呈现给用户[2]。对于制造飞机的数据，它们必须具有严谨的规范和相对固定的格式；像行车记录仪、车辆违法监控等这些自动记录仪器，通过采用大数据技术分析生产过程可以降低误码率，使承载的信息更清晰准确，便于数据清洗或日后的准确分析，其实这为航空航天等高附加值领域开展大量的大数据技术的应用奠定了基础[3]。

2 制造飞机的难度

航空制造能力已然成为衡量一个国家工业实力和综合国力的重要标杆之一。当然，航空制造业也是一种典型的高投资、高技术以及高风险的行业[4]，所以航空制造业已经成为一项国家战略性的产业且属于核心竞争力范畴。飞机制造的技术难度非常大且综合能力要求非常高，制造的过程也不是简单的采用自动化流水线的生产模式就可以实现的。对飞机制造过程可简单划分为以下阶段：确定工艺分工路线、审查零组件的可制造性、制订工艺总方案、制定材料定额并采购材料、搭建装配结构关系以及编制各类工艺文件等。上述各项工艺准备工作可借助大数据技术对其尽量同步开展，从而在有限资源条件下提高工作效率并大幅度地缩短工艺准备周期。另外，在飞机制造过程中无可避免会出现设计缺陷、错误施工的现象。充分利用大数据技术对其建立控制流程的相关体系；建立对超差、拒收以及代料等各类偏离的控制体系；建立现场反馈信息系统；从而确保飞机设计研发与生产制造过程的准确性和协同性。

3 大数据技术对制造飞机的影响

在国内，制造飞机的系统化工作已经逐渐完成，但企业内部的系统不仅繁多、业务复杂，而且在信息系统数据交互时难免出现各种困难或者相互掣肘，但是通过大数据技术可以为其提供帮助[5]。通过大数据技术在航空领域的发展与应用的总结分析可知，在航空领域中，大数据技术的应用对飞机制造在未来将会呈现以下趋势：第一，为提升用户的舒适性体验在新一代的民用客机中机体内部的传感器数量较之前更多，各系统之间信息交联也更加复杂，此外采集的相关参数数据及种类也更加多样化，面对不断增加的数据存储量，日益丰富的航空飞行数据资源，需要不断扩充大数据技术在航空制造行业的应用场景。第二，由于不断叠加的分析数据量以及航空装备本身可能存在的系统耦合性，单一的统计学分析方法将难以准确地概述飞机制造本身技术状态的变化。借助以深度学习为代表的人工智能大数据技术对其内部的逻辑关系进行准确的概述，对于航空装备复杂系统研制、机体制造以及关联的维修业务均扮演着重要的角色。第三，随着逐渐兴起的虚拟现实技术在工业领域的应用实践，大数据可视化技术有望提升工程技术人员的感知以及相关的分析能力，进而实现更为高效的人机交互，进而快速地推动大数据可视化技术的发展[6]。

4 大数据在制造飞机中的应用

借助大数据技术进行飞机生产制造，可以有效地缩短生产制造周期并且设备利用率会更高。大数据技术的优势在于对海量数据多维度的分类汇总和抽取利用，在如今大数据技术时代对于飞机制造工程技术人员的思维影响主要集中在以下几点：第一，相较于过去的样本数据抽样分析，大数据技术可以实现对指定数据类型按分析需求进行全面细致分析，大数据技术能够让人们更加清晰地认识到数据之间的发展规律和影响范围。第二，常规的数据处理一般都集中于对峰值的“精确度”获取，这种获取方式在样本数据量不大时实现难度较低；然而通过大数据技术的应用，过去认为在纷繁多样、交织混杂海量业务数据中无法分析的数据现象也可以进行精确度分析，虽然在这个过程中可能需要牺牲部分精确度，但这种结果更加全面且更具说服力。第三，采用大数据技术能够更好地帮助我们通过过滤条件进行数据分析并抽取其中的数学规律逻辑，从而帮助我们验证数据之间关联关系并结合经验加以利用。工程技术人员在整个飞机生产加工过程必须编制加工所需的各类工艺文件实现对各项操作的指导与解释说明，基于设计部门提供的产品模型推导创建加工过程的中间模型从而指导对飞机零组件的生产加工，在此过程中将经验公式和历史数据、设备加工数据采集等技术结合实现对加工生产的工艺策划、仿真验证，大数据技术的应用可以对各类数据归纳总结后明确设备调试、环境参数等影响因素的优化方向，从而得到零组件加工的最佳工艺实施方案和更低生产成本。而在飞机的部总装环节，通过与虚拟现实、激光跟踪仪测量验证技术及装配仿真验证技术等技术的结合，实现对装配过程的全流程监控分析和能力提升。此外，在飞机制造中通过大数据技术的应用会产生以下数据：零组件加工的结构化数据，一般涉及基础物料信息、追溯信息、加工设备信息、尺寸精度控制要求等，做好上述信息的管控是飞机制造的重点之一；在飞机装配过程中需要用到数以万计的零件、标准件，即使按概率计算各种制造缺陷都是一定存在的，如何快速准确定位到存在缺陷的零组件或标准件将直接影响产品交付和企业运营，通过对这些零组件的缺陷信息进行测试验证迭代，从而提高飞机零组件的加工质量并降低整体故障率。

5 结语

数据是现代化工业生产的基础之一，相较于传统的数据分析，大数据技术在飞机设计与制造效率、故障模拟预测以及客服维保等领域都有十分突出的作用，例如零组件的加工生产、供应商加工能力管理、供应链保障的计划与需求分析以及工业物联网的应用。我们应该充分利用大数据技术对飞机制造进行管理和优化，所以，在飞机制造过程中应该充分利用好大数据技术并尽可能充分地发挥其作用于优势，从而提升飞机制造质量并有效降低企业成本。