西门子数字化工业软件Simcenter 航空航天行业解决方案总监Thierry Olbrechts

过去几年，航空航天的商业化不断加快步伐，尤其是在太空工业领域更是将人类对于太空的探索带入了一个崭新的时代，新应用和大胆创新层出不穷，整个行业孕育着勃勃生机。根据美国银行预测，至2030年，太空工业的行业规模将达到1.4万亿美元的市场规模。立足中国，在政府明确支持民营企业发展商业航天的前提下，中国的航空航天也进入了商业进程。进入2023年，如此天翻地覆的变化将对产品工程的优先级产生怎样的影响？传统企业应该如何保持其地位？新入局者要想站稳一席之地，又该从何入手？

借用数字化，节约时间和成本，降低风险

数十年来，行业机构一直在给定的预算范围内实现工程，然而在今天的航空航天时代，最终价格已然成为业务成败的决定性因素。要想在商业市场中获得成功，必需降低成本，并采用不同的风险管理方式，以及更加敏捷的客户导向型业务模式——这既是主流传统机构所面临的难题，也是新入局者的机遇所在。

设计与制造流程的全面数字化是在产品和流程层面节省时间和成本的关键。利用带有集成模型和测试功能的数字孪生技术，企业可以缩短决策过程及开发时间，进而大幅加快上市速度。数字化技术能帮企业整合不同流程，推动自动化、实现零部件的大规模生产、系统驱动方法、提高重用率、进行预测性维护、反馈循环、增材制造，并增强机械与电气工程之间的协同。

在虚拟环境下探索创新理念

在商业发展的促使下，一些新入局者常常会奇思妙想，对既有方式提出质疑。然而，要将这些想法落到实处，不仅需要遵守时间和成本方面的制约，还需进行大量工程作业，包括定义需求，调研概念，探索架构，优化设计等等，并要将其转变为实际产品，对其演变发展进行跟踪，直至整个生命周期结束。

这其中的大部分工作都可以基于数据的基础在虚拟环境下完成。这种方法一方面需要功能强大的探索工具与可扩展的仿真方法，另一方面需要一个可以将所有生命周期环节相关联的数字化平台。

在制定计划和设定交付时间时，商业航天企业还会对各技术领域的预期发展进行预测，这也是该行业可以始终处于创新前沿的原因所在。此过程也需要数字化平台提供支持，以帮助企业捕捉、采集所有想法，并执行模拟仿真，按时、按预算地完成开发，同时保持整个项目平稳有序的开展。

应对复杂性问题

在太空工业方面，大部分太空系统都含有先进的材料，且涉及大量物理特性。以高度控制推进系统或内置人工智能的机器人系统为例，其研发过程涉及众多参数，工程师需要依靠数字孪生技术，设立具备预测能力的仿真模型，从设计周期之初，对所有系统进行同步优化。

有一部分智能系统还会随着时间的推移不断演进，这些系统包含诸多传感器，运行时可进一步进行性能优化。此外，智能系统还会与彼此及环境进行交互，并将信息反馈给设计团队，以便他们进行改进和预测性维护。这一系统行为意味着必须使用一个贯穿产品生命周期的数字化解决方案，以对海量的数据进行管理以及分析。同时，要考虑到太空系统的设计意图是在严酷的空间环境中运行，设备一旦离开地球大气层的保护，就会面临不同的重力条件、极端的温度变化、宇宙辐射等等，情况非常复杂，对其他行业来说可称得上先进的很多应用或材料，对太空业而言往往只是标配。

要将数字孪生应用于产品设计与研发过程，离不开高性能的仿真软件。只有专为解决典型太空工程需求而打造的解决方案才能胜任。当前，市面上只有少量解决方案能够满足此类要求，因此，商用软件往往需要与内部工具结合使用，而这一集成又导致了复杂性的进一步加剧。

利用数字主线和数字孪生，实现卓越太空项目

太空系统工程需要一个完整的数字基础设施，它既要能够采集和管理产品生命周期各阶段的数据，还要确保项目的利益相关方都能获取该等数据。此类平台需要提供全面的数字主线，囊括从需求定义到探索、再到详细设计流程、制造、合格性鉴定、认证等全过程信息；而数字孪生则可以将空间中的产品与其原始需求进行关联，对整个项目期间的所有决策和行动的影响进行跟踪。

西门子的工业软件具备开放性、灵活性等特点，能够交付满足产品生命周期各方面需求的解决方案，且这些解决方案可轻松集成至数字主线之中，为商业航天和太空项目打造统一的数字化平台，实现对数据和用户权限的全面管理，加快创新步伐。