利用 Teamcenter 和 NX 实现从概念到生产的整个工程流程数字化转型

采用模块化飞机设计方法

在航空航天和国防行业，训练飞行员是一个非常漫长且成本高昂的过程，涉及多个制造商的不同平台。作为这些平台的结合体，飞机也在朝着更快、更大、更贵的方向持续发展。此外，每款飞机都有各自的维护流程、制造商、供应链、工具等。这可能给企业带来沉重的运营负担，同时也进一步证明飞机设计和采购需要更具适应性和前瞻性的方法。

英国军用轻型喷气式飞机开发商 AERALIS 正着手创建可根据特定任务需求进行定制的机队，以彻底改变飞机开发。目前，该公司正在开发名为“Phoenix”的全球首架模块化军用喷气式飞机，并认为它将改写轻型喷气式飞机和训练喷气式飞机采购生命周期成本曲线。该公司将围绕共同核心机身 (CCF) 概念打造这款模块化喷气式飞机，该喷气式飞机可以具有不同的发动机和机翼附件，并根据任务要求进行调整以实现不同的性能特征。

AERALIS 推出了一款名为 AERSYSTEM 的开创性产品，其中包含三个核心组件。第一个组件是 AERALIS Smart Integrated Digital Enterprise (AERSIDE)，可在整个飞机生命周期中集中和利用数据，实现从设计到运行的无缝协作和优化。AERSIDE 专注于全面数字孪生，致力于为全球空军和国防组织提供解决方案，帮助其提高训练效率、作战能力和成本效益。AERALIS Open Systems Avionics (AEROSA) 支持软件系统组件互换，而无需对整个系统进行重新认证。该解决方案可实现传感器装载模块化，简化未来新技术的采用。AERCORE 是 AERSYSTEM 的最后一个组件，可将通用核心机身系统与一系列模块套件相结合，针对不同角色创建特定飞机配置。

AERALIS 的另一款革新性产品则是 AERFLEX（一种灵活的军用喷气式飞机“飞机即服务”）。AERFLEX 是一项国防轻型空中支持服务，可与 AERSYSTEM 结合使用，通过值得信赖的服务合作伙伴根据需要提供可重新配置的机队。AERALIS 数字项目经理查理·琼斯表示：“AERFLEX 支持将服务扩展到 Red Air、Surrogacy 和 Display Team 变体，不仅提供了高度灵活性，还实现了显著成本效益。”

AERALIS 已着手对其第一个变体（一种高级喷气教练机变体）进行详细设计。过去几年，AERALIS 团队一直在使用这些解决方案开发 Phoenix，并意识到有一个数字化机会可以加速飞机开发并优化其使用。AERALIS 与 Siemens Digital Industries Software 建立了合作伙伴关系，使用各种解决方案（例如Teamcenter® 软件和 NX™ 软件）来实现这些目标。Teamcenter 和 NX 是 Siemens Xcelerator 这一软硬件和服务业务平台的一部分。

目前，在航空航天和国防行业，不仅很多维护是按照多个手册完成，而且不少机队优化都是由操作人员自行完成，这会产生大量分类数据，但却没有人利用这些数据来优化流程。AERALIS 从中看到了这样一个机会：在航空航天和国防行业，工具集和机器学习日益成熟，但尚未得到广泛应用，因为许多大企业仍依赖于老旧系统，导致采用速度非常慢。琼斯说，“由于我们是一家初创企业，一片空白，我们从第一天起就能够采用数字化流程。”从流程一开始，AERALIS 就能拥有全面数字孪生，并为客户提供相同的数字孪生，帮助其降低成本、提高飞机交付能力。因此，AERALIS 一直在寻找数字化合作伙伴，以帮助其实现完全数字化工程（即在整个项目中实现真正端到端数字化工程）的愿景。“NX 与 Teamcenter 的集成使得 AERALIS 从设计工作之初就采用了协同式方法。琼斯说，“我们现在已开始考虑采用一些围绕 MBSE、安全性和设计优化打造的新产品，这些产品看起来很有前景。”

尽管 AERALIS 已实现流程数字化转型，但该公司也认识到其合作伙伴和供应商在数字化转型方面可能还没有走得那么远。例如，AERALIS 可以帮助客户优化机队，传递飞行数据并在需要维护时提供建议，但客户是否已为采用该技术做好了准备？琼斯提到，为了消除这种对数字化成熟度犹豫不决的问题，“与西门子的密切合作帮助我们建立了一个为全球监管机构和运营商所熟悉的流程，同时我们通过使用出色的数字工程和从一开始就创建数字模型，充分利用了现有数字化机遇。”

AERALIS Phoenix 飞机上空气流仿真。图片来源：AERALIS。

利用 Teamcenter 扩展数字化企业

AERALIS 正在积极使用各种西门子解决方案来扩展其数字化企业，特别是利用 Teamcenter 作为其数字主线主干。AERALIS 正在打造一个数字化企业，帮助他们高效、快速地设计、开发、制造和认证模块化喷气式飞机系列。此外，它还必须是一个生态系统，可监测每个空气系统的运行，通过生命支持来提供帮助，确保持续适航性。AERALIS 发现，Teamcenter 功能强大，不仅自带工具集，还具备必要主题专业知识，可与 AERSIDE 完全集成，将产品生命周期管理 (PLM) 确立为数字主线主干。该公司计划利用 Teamcenter 来管理其设计和工程物料清单 (BOM)，包括产品变体管理。

AERALIS 首席 PLM 和设计工具工程师卡勒姆 沃森 (Callum Watson) 表示：“显然，西门子也有志进行智能协作，有效帮助用户实现 AERSIDE 之旅。为此，他们持续为 Teamcenter 提供支持和配置，以满足不同用户需求，真正灵活应用数字主线。”目前，AERALIS 的多家主要供应商、承包商和设计合作伙伴都在与该公司的工程师合作，使用 Teamcenter 和 NX 对飞机进行现场设计。Hamble Aerostructures 看到了这一共同愿景的可行性，转而采用 NX 与 AERALIS 合作。琼斯说：“我们可以与多个合作伙伴合作，使用 NX 同时设计飞机的不同组件，从而提高效率。”

要与 Hamble Aerostructures 开展协同设计工作，要么需要将 Teamcenter 与其现有计算机辅助设计 (CAD) 系统集成（可能既费钱又复杂），要么需要全新的方法。AERALIS 发现可以在规模较小的敏捷设计团队中试用 NX，以便他们探索 NX 及其功能。只用了大约 5 个月的时间，
AERALIS 就从单纯学习使用 Teamcenter 发展到拥有一个可以让其团队与设计合作伙伴协同工作并高效共享需求的环境。

AERALIS 模块化双发动机变体。图片来源：AERALIS。

使用 NX 简化 CAD 流程

AERALIS 团队还使用 NX 的其他几项功能来简化其 CAD 工程流程。

沃森说，“NX 在航空航天领域是一款久经考验的 CAD 工具，但西门子在其路线图中更加注重如何使 NX 更好地满足航空航天行业需求。通过该工具，我们可以将 CAD 与 PLM 管理的生态系统结合使用，从而能够与国内和国际设计合作伙伴建立协同设计环境，同时保持配置控制和基于商业规则访问方面的良好做法。此外，该集成还将我们的零件、
组件和物料清单与需求和系统模型等元素一起整合到数字主线中”。

AERALIS 还利用 NX 简化飞机结构、框架、肋板和翼梁的建模，以支持协同设计。他们还使用 WAVE 几何体链接器来控制设计合作伙伴之间共享的几何接口，确保单一数据源，并优化 LH/RH 零件管理，避免重复工作。

AERALIS 使用的另一个重要工具是装配布置，事实证明，在设计多配置、多变体产品时，该工具非常有用。借助该工具，AERALIS 的 CAD 工程师能够为每款产品提供多个设计方案，并在装配导航器中快速切换。无论是不同的动力装置解决方案及其结构，单动力装置还是双动力装置，抑或是不同压缩重量的起落架，AERALIS 团队都能在同一空间内快速建模并分析各种方案。

CheckMate 还有助于在设计合作伙伴之间执行建模标准，实现检查自动化，并将人力资源解放出来，用于更高层次的任务。通过提取路径，可以更好地了解系统安装和维护的便利性，这对设计用户友好型产品至关重要。人体建模功能可以提供人体测量链接仿真模型和试飞员信息，有助于设计驾驶舱，提高设计迭代效率。HD3D 工具，尤其是可视报告和需求验证，有助于促进对设计规范的分析和验证。间隙分析是 NX 的另一个工具，可评估系统设计安全距离，为 AERALIS 团队提供安全标准。NX 连结/PMI 功能支持下游流程，可提高制造和协同设计工作效率。总之，通过这些功能，AERALIS 可以优化其设计工作流程，确保准确性、协同和符合标准。

AERALIS 高级喷气教练机。图片来源：AERALIS。

可持续发展和数字化方法展望

鉴于西门子解决方案具有简化流程和可持续性等诸多优势，AERALIS 已经并将继续使用这些解决方案来推进其开放式系统航空电子架构建设。琼斯说：“我们可以更快地采用新技术、新硬件和新软件，因为我们从第一天起就使用开放式系统架构来制造这架飞机。“当我们需要更新某些软件或出现新硬件时，采用这种技术要快得多，这将显著减少飞行对环境的影响”。

AERALIS 计划继续使用 Siemens Xcelerator 解决方案开发 Phoenix 和未来产品。展望未来，AERALIS 最终目标是提供全系列的有人驾驶和无人驾驶飞机。为此，他们将继续采用 Siemens Xcelerator 业务平台中的各种解决方案，包括 Opcenter、HEEDS 和其他有助于推进其数字主干建设的西门子解决方案。琼斯说，“AERALIS 这一强大愿景与西门子通过单一数据源实现数字主线的目标十分契合。我们将继续共同努力实现这一目标。”