技术革新与生态升级：数字孪生激活航空制造高效能

来源：滚动播报

（来源：中国航空报）

毛先之

　　作为航空业创新的重要驱动力之一，数字孪生技术正深刻改变行业发展模式。作为几乎所有航空部件的核心功能载体，航空线束全生命周期管理的优化升级，成为数字孪生技术赋能航空业的重要突破口。

　　从20世纪60年代的物理孪生实践，到2010年“数字孪生”定义首次出现在技术路线图中，历经多年的技术积淀，数字孪生技术在航空航天领域的应用，正朝着全生命周期管控的深度方向演进，依托物联网、大数据与人工智能技术的融合，实现从设计仿真到运维监控的全链条数字化覆盖。

航空业线束面临多重挑战

　　世界上任意一架飞机的机身、机翼及各类部件中都遍布着线缆束，它们承担着电力、信号与数据的传输重任，规模与重量十分可观。以空客A380为例，其线缆总长度可达数百千米，重量超7.4吨，约占飞机总重量的3%。随着多电飞机（MEA）的发展，商用飞机的电力需求已从150千瓦提升至1兆瓦，混合动力与全电飞机的研发更加剧了线束的复杂性与重量，而电气系统的升级也带来了更高的安全风险，电气故障引发的空中火情隐患不容忽视。在环保层面，各国及相关机构制定了温室气体减排目标，轻量化成为降低飞机碳足迹的核心策略，同时循环经济理念要求延长部件寿命、减少包括线束在内的电子废弃物。

　　行业数据显示，传统线束设计依赖多工具切换与人工协调，复杂系统误差率可达15%以上，波音787在未应用数字化技术前，线束装配错误率就高达15%，每处错误需 4~6小时返工，新员工培训周期长达3~6个月。此外，传统开发流程中，电气原理图与机械结构设计存在数据断层，物理样机测试阶段暴露的干涉、电磁兼容问题需回溯修改，单次迭代成本占总开发成本的20%~30%。

　　更关键的是，传统线束防护设计多依赖经验判断，难以精准匹配复杂工况需求，而电气线路互联系统（EWIS）的物理隔离与防护标准又对设计提出了严苛要求，进一步加剧了传统模式的研发难度。供应链方面，线束组装集中于少数国家，地缘政治波动导致生产延误，80%以上的高管提及质量问题，劳动力成本持续上升，这些都对行业发展构成制约。

数字孪生技术赋能线束 全生命周期管理

　　为应对上述挑战，航空制造商纷纷转向数字孪生技术，而线束组装环节成为技术落地的关键突破口。传统线束设计以纸质为核心，组装外包至海外供应商，成品运回后人工安装，不仅易受供应链影响，还存在人为误差，且无法在组装前进行有效测试模拟，材料性能评估也难以实现。设计偏差、质量不均或组装损伤等问题，可能导致飞机生产延误、空中故障、高额召回及声誉损失。

　　数字孪生技术通过有限元分析（FEA），让设计工程师可视化线束在特定部件中的组装与运行状态，实现从设计、制造到生命周期模拟的全流程管控。

　　西门子Capital软件等专业工具的应用，进一步简化了数字孪生的创建流程，确保设计生命周期中数据的连续性与无缝共享，避免了不同学科间的手动数据传输误差。其核心流程始于包含所有连接点、线缆及电气设计逻辑数据的3D CAD模型，随后转化为基于计算机辅助制造（CAM）的数字孪生体，模拟生产过程并反馈数据优化设计。达索系统的CATIA电气系统设计集成方案，通过实时设计规则检查、自动线长计算等功能，可缩短线束开发周期30%以上，设计缺陷率下降90%。

　　国产大飞机C919建成了人机协同线束安装等典型场景的数字孪生系统，为多机型总装生产线提供支撑，最终由机器人系统将线缆直接装配至成品部件，并完成与相关设备及电源的连接，这一过程被称为电气功能集成。

技术落地助力航空业绿色安全发展

　　数字孪生技术为航空业带来了多重核心价值。在环保领域，该技术支持轻量化材料测试与线束设计优化，Q5D的研究显示仅商务舱座椅线束重量即可减少约5千克；达索系统的方案还能通过精准线长计算，平均节省8%~12%的线缆成本，减少材料浪费。同时，数字孪生通过降低人为误差与规格冗余，减少部件报废率和备件需求，结合精准的材料回收流程，切实推动循环经济发展。

　　安全层面，数字孪生与机器人技术的结合，避免了人工组装中线缆拉伸、松动摩擦等问题，大幅降低电气故障引发的空中火情风险。按照航空行业标准HB7756.14-2005要求，线束弯曲半径需不小于4倍线缆外径，屏蔽层覆盖率不低于85%，数字孪生系统可通过仿真工具实时验证这些指标，同时借助传感器实时监测线缆温度、电流、振动等参数，提前预警潜在故障。空客A350运用EWIS数字模型，不仅实现了线束维修路径的仿真优化，更减少了40%的拆装工作量，波音公司则通过数字孪生结合增强现实技术，将线束装配效率提升30%，错误率降低50%。

　　供应链方面，CAM文件中的制造指令可传至全球任意生产基地，实现本地化生产，无需长途运输、大量备件及仓储，简化维护、维修与大修流程，缩短周转时间。这一模式不仅降低了物流成本与原材料消耗，还通过自动化生产降低劳动力成本，缓解供应链波动影响。在政策与标准层面，《中国制造2025》《中国航空运输现代化发展规划》等政策明确推动数字孪生技术应用，国际层面的ISO35343等标准也为数据一致性、模型构建等提供了规范指导。

　　在可持续发展与电气化成为航空业核心趋势的背景下，数字孪生技术推动制造商以全新视角重构飞机设计与生产，而作为航空电气系统“生命线”的线束，正成为这一数字化转型的核心载体，助力打造更绿色、更安全、更可靠的航空运输体系。预计到2025年末，航空航天器数字孪生在运维阶段的应用将占据市场总量的30%，带来超过50亿美元的市场规模。

　　（本文摘编自Aero Space网站）