保证航空航天电气 / 电子系统遵从性

在多个发展阶段中，航空航天电气化的复杂性是不断累加的。同样重要的是，复杂性的累加将影响到系统的法规遵从性。关键程序的遵从性面临巨大风险，航空航天原始设备制造商（简称OEM）同样面对按时交付产品的巨大压力，电气化使问题变得更加复杂。

 

电气系统的应用大幅增长的主要原因在于，航空航天领域的OEM制造商越来越多地转向通过引入电气系统来实现产品差异化。了解电气化的两个不同方面是很重要的：机载发电以及其它新型的电气解决方案，如电传控制系统和先进的多功能座舱显示器。

 

电气和电子（Electricaland Electronic，简称E/E）的技术内容在过去20年里有了很大的丰富，在过去的50年里，电气化解决方案已逐步取代了传统的机械、气动、液压实施方案，也使得电力需求增长了10倍。

 

旧的设计

 

当设计和集成多个电气系统到飞机上，并试图证明其遵从性时，随着复杂性的增加，旧方法无法很好地扩展应用。航空航天OEM供应商仍在使用半手动方式和物理移交方式在工程小组之间交换数据——这种分析实践方法早在现代电气化之前就存在了，那时电气化系统相对比较简单。旧方法的遵从性问题往往在设计过程后期才显现出来，这会引发昂贵的设计迭代成本。在商用飞机上，工程师必须考虑成千上万的电子设备/部件、长达数英里的电线、多种实施配置，以及大量的安全和认证标准。这这种情况下，手动或物理方式的交接、过程设计数据以及最终产品描述，已不能满足实际需要了。

 

数字孪生技术

 

电气化系统日益复杂已是不争事实，能适应这一事实的最有效解决方案就是数字孪生技术，它是一种物理对象的虚拟表示形式，可用于分析和预测物理对象的相互作用结果。数字孪生技术提供了整个产品生命周期中产品、生产过程以及性能表现这三者的核心模型。

 

取决于其所模拟的是产品生命周期的哪个阶段，数字孪生技术按应用场合可以划分为三种类型——产品、生产和性能表现(图1）。它提供了产品、生产和性能表现三者的核心模型，贯穿整个产品生命周期，允许工程师创建、迭代、复制和改进各个有价值的程序。该技术保证了数据的一致性和稳定性，系统的可集成性和高度自动化，这将显著降低流线型电气化平台的设计和集成风险。随着越来越多的OEM供应商采用数字孪生系统，产品的可靠性大大提高，上市时间也大幅缩短。

 

 

数字孪生模型还提供了产品生命周期的成本分析功能，能让维护周转更短，电气平台的操作性更佳。它还提供了整个价值链中的反馈机制。数字主线可以应用于产品设计的早期阶段，并将丰富的数据向前传递到生产、维护和操作环节。它允许设计师、制造者、装配者、供应商、维护者和操作者创建一个完整的、闭环的决策环境，以便在平台开发和运行的数十年里，从价值链的各个方面进行持续优化。

 

解决方案

 

Mentor是西门子集团旗下的一家公司，为航空航天电气系统的开发人员提供名为Capital的工具软件包。Capital软件包提供跨越多个模块的高级自动化功能，从电气/电子(E/E)体系结构的定义，到电气系统的详细设计和线束制造，再到归档和诊断(图2）。该软件功能包括功能验证、制造工作指令生成、配置管理和设计变更管理。

 

 

将电气规程置于集成的虚拟环境中，可以增加工程团队和供应商的参与感，缩短响应时间，引入新技术并激励创新，降低归档成本，并通过反复利用提高供应链的负载能力。最重要的是，减少平台集成过程中的事故发生率，而这些意外事故可能引发高昂的迭代成本，影响项目的预算和进度，以及工程人员的职业生涯。

 

遵从性

 

随着电气化程度的不断提高，必须以一种全面综合的方式，重申与复杂性相关联的遵从性的重要性。

 

Mentor的软件遵从性工具——Capital负载分析器，完全符合OEM供应商的需求。该工具通过利用自动化和数字数据连续性，帮助工程师分析系统复杂性对电气负载的影响，以促进电气系统的法规遵从性。该解决方案适用于所有飞行阶段（包括紧急情况），提供电气系统安全设计的综合分析(图3）。该工具为电气系统的遵从性提供了一种数字化解决方案，并为每种配置创建了一份综合报告。

 

 

未来展望

 

CapitalE/E工具软件包为电气系统的设计和集成提供了成熟的端到端数字主线解决方案。其提供的软件环境可以跨越整个电气系统价值链——电气系统定义、设计、制造、支持和维护。

 

随着电气化程度和系统复杂性的不断增加——在电气系统设计和遵从性方面——转向自动化程度更高的流程，能够更有效地帮助到OEM供应商及其价值链合作伙伴。采用更先进的技术手段能够提高航空航天工业的生产率，实现更严格的成本控制，保证交货时间，提高产品的首次交付合格率，进而开发出一条高功能供应链，提供多种合作、创新机会。