在科幻世界里，赛博常常被用来描述数字化、虚拟化的将来世界。伴随新一代信息技术融合应用的不断进步，数字世界正在愈加明确地展示在大家面前。航空业也不例外。

近年来，受新冠肺炎疫情影响，航空业面临巨大挑战，不少企业亏损紧急。进入后疫情年代，各航空企业都期望可以尽快恢复元气。为此，无论是国内还是海外，大伙都开始将更多注意力放在数字孪生这项革命性的数字技术上。通过该技术，飞行器性能与运行和维护效率大幅提升，从而提高了航班安全和盈利水平。

数字孪生技术正在颠覆航空业。

连接数字世界和物理世界的桥梁

“数字孪生”定义诞生于20多年前，由美国密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯与美国国家航空航天局（NASA）专家约翰·维克斯一同提出。

2003年，格里夫斯在商品生命周期管理课程上初次引入这一定义。之后，NASA与美国空军联合拓展了面向将来飞行器的数字孪生示范，并将数字孪生概念为一个集成了多物理场、多尺度、概率性的仿真过程。

数字孪生的核心是打造虚拟数字孪生体，进而反哺优化物理实体。比如，数字孪生可以基于飞行器的高保真物理模型、历史数据与传感器实时更新数据，构建完整映射的虚拟模型，达成对飞行器健康状况、剩余使用年限与任务可达性的预测。同时，通过比较预测结果与真实响应，数字孪生技术可以准时发现未知问题，进而激活自修复机制或任务重规划，以减缓系统损伤和退化。

换句话说，在一定量上，数字孪生技术具备“预见将来”的能力，而这种预见性正是民航业所需要的。从宏观视角来看，数字孪生的预见性可以帮助企业拟定更好的进步策略。比如，借助数字孪生技术，拜耳作物公司为其在北美区域的9个玉米种子生产基地构建了包含设施、步骤、商品流特质、物料清单与操作规则等信息在内的数字孪生系统。通过由数字孪生塑造的“虚拟工厂”，该公司可以对每一个实行环节进行“假设”剖析，从而对整个生产销售业务策略进行重新构想。

同时，数字孪生的预见性还可以帮助企业构建愈加强大的Supply chain系统。即使是在科技高度发达的现代社会，环境气候仍然很难准确预测。然而，不少行业的Supply chain都与之息息有关。为应付这种不确定性，国际食品加工公司玛氏为其Supply chain构建了数字孪生系统，以提高对气候和其他原因的预见性，降低材料产量波动对生产和销售导致的影响。

对航空业来讲，这类案例提供了考虑的方向。作为沉浸在云数据中的行业，民航业不只拥有大量历史和实时数据，更是一个从业人数多、生产链条长的行业。更要紧的一点是，民航业所服务的顾客也是多元化的。因此，通过数字孪生技术为数字世界和物理世界架设一座互联互通的桥梁，对于全方位推进行业进步至关要紧。

预防潜在问题的“过滤器”

伴随技术的进步，愈加多航电设施和操作系统与复合材料的应用使飞机的复杂性日益提高。在此背景下，从设计、生产到运营、维护等环节，航空业渐渐意识到数字孪生的价值。

通过数字孪生技术，民航业可以有效提高航班运行的安全性。发动机是确保航班飞行安全的核心零部件之一。作为全球知名的航空发动机制造商之一，罗尔斯-罗伊斯公司（以下简称“罗罗公司”）已经将数字孪生技术应用于发动机监控和维护环节。通过这项技术，罗罗公司一方面可以全方位剖析发动机的性能数据并预测潜在问题；其次，依据其提供的预警信息部署维护任务，在降低计划外停机时间的同时，提高发动机靠谱性和性能。

同样感觉到科技力量的还有航空公司。在2022年举办的中国国际航空展会上，东航技术公司通过一个模拟沙盒，展示了运用数字孪生、物联网、AI等技术构建的智能互联机库系统。通过这个沙盒，旅客可以直观地看到数字孪生技术怎么样为民航业赋能——在检查环节，一辆搭载高性能摄像头的小车代替机务职员绕机巡视，并通过AI技术剖析飞机外立面是不是存在构型异常、漆面破损等问题；在诊断环节，当实时采集的影像数据被传回后台时，系统非常快就给出了有关诊断结果和修理策略建议；在修理环节，另外一辆小车频繁往返于货架与飞机之间，依据修理工单自动装卸航材、工具……在这类看得见的行动背后，看不见的数据正运行在一个数字化的孪生空间内，为系统的决策提供验证支撑。

无论是对航空发动机制造商还是对航空公司来讲，数字孪生带来的预测性维护水平提高都十分要紧。基于数字孪生技术提供的数据，机务修理单位可以密切监控飞机性能和健康情况，尽快发现潜在问题，并在必要时提醒有关员工检查并更换零部件，以满足飞机不间断运行需要。在后疫情年代，这将切实帮助航空公司达成降本增效。

在提高盈利水平方面，数字孪生的另一个要紧应用场景是优化地面服务运行保障步骤。去年8月，东航地服运行保障数字化（GCS）3.0项目完成验收。该项目应用运筹算法建模、数字孪生等技术，可自动化满足东航地面服务部资源预测、调配和安全保障等需要，可以达成航班资源投放剖析、机坪航班保障汽车运行调度和监控、值机柜台开放预测、驾驶员不安全行为告警等。其中，在机坪资源分配方面，数字孪生技术可对保障航班的汽车、职员、设施进行定位、集成和任务关联，并实时监控汽车地方、状况、轨迹，对驾驶员汽车越界和超速进行告警，并依据机型、机位、航班计划动态设置电子围栏，该系统还能对上述任务节点状况数据进行自动采集，从而提升航班保障节点的反馈效率和准确性。

应付复杂进步环境的探路者

在物联网和云数据支持下，数字孪生为航空器制造商提供了加速进步的新工具。作为备受关注的国产大型客机，C919应用了不少新技术，其中就包含建成了飞控系统功能测试、人机协同线束安装、多工序协同等典型场景的数字孪生系统。伴随C919飞机进入商业运营阶段，该系统可支持多机型总装生产线研发和建设，达成更多旅客早日坐上国产大飞机的愿望。

同时，面对日益复杂的进步环境，数字孪生也为航空制造业进步提供知道决问题的新思路。眼下，全球航空业面临巨大减排重压，而最早直面这一挑战的无疑是航空器制造商。一方面，全球民航业仍在持续进步，全球航空旅客数目不断增加；其次，全球民航飞机碳排放量约占全球碳排放总量的2%。因此，航空公司倾向于采购愈加环保的机型。

在提升飞机效率和性能方面，数字孪生发挥了积极推动作用。大家都知道，飞机的燃油效率和性能在非常大程度上依靠于空气动力学。通过仿真模拟，工程师可以准确辨别高阻力和湍流地区，并对其进行精确调整，以减小阻力、改变机翼形状并加大气流控制，从而达成降低燃油消耗和碳排放的目的。

同时，在航空器制造商看来，已经投入市场的商品同样可以通过数字孪生提高运营效率。以空客A350 XWB为例。在数字孪生技术的支持下，空客公司可以对该机型进行持续监控和剖析，并采集来自各种传感器和系统的数据，包含油耗、发动机效率和飞机整体性能等。通过剖析这类数据，空客公司可以对飞机的设计、运行和维护进行策略性调整，如细化飞行参数、优化发动机设置和加大维护等，从而显著降低飞机的燃料消耗和碳排放量。

对涉及职员多、生产链条长的民航业来讲，每个环节的不确定性都会给生产运营带来巨大损失。但有了数字孪生技术，当数字世界的虚拟模型可以与物理世界的实体同步运行时，更多风险点将在数字世界中被提前监测、反馈并修正，从而大大降低风险的发生概率。可以说，在高速进步的商业社会中，孪生的数字世界，有如现实世界的探路者。通过对物理世界的高精度映射，它可以降低实质错误的发生概率、减少企业的试错本钱，也可以让生产设施变得愈加“健康长寿”、让飞机等商品的设计制造愈加贴合顾客的需要。愈加多的实质应用表明，数字孪生技术将为民航业的可持续进步创造条件，为旅客航空出行提供新的体验。

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