航空發(fā)動機被譽為高端制造業(yè)領(lǐng)域的“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，是衡量國家的綜合科技水平、科技工業(yè)基礎(chǔ)實力和綜合國力的重要標志，具有研制難度高、技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)回報高的特點。目前大多數(shù)發(fā)達國家的發(fā)動機市場被GE、普惠以及羅羅等公司所壟斷。那么，到底是什么原因造成了這樣的落差？如何縮小中西方航空制造業(yè)之間的差距？讓我們通過李杰教授采訪航空發(fā)動機專家王安正教授的對話進一步探究。

李杰：

美國辛辛那提大學(xué)講席教授

美國國家科學(xué)基金會IMS中心創(chuàng)始主任

麥肯錫全球資深顧問

王安正：

中組部“千人計劃”

上海交通大學(xué)致遠講席教授

上海交通大學(xué)航空發(fā)動機研究院首席科學(xué)家

李教授：我們大家都知道，中國的航空產(chǎn)業(yè)和西方的航空產(chǎn)業(yè)有一定的落差，王教授作為一名常年從事航空發(fā)動機研究的專家，您覺得是什么原因造成這種落差的呢?

王教授：關(guān)于中國航空產(chǎn)業(yè)和西方航空產(chǎn)業(yè)的落差，這個問題我被問過很多次，其實這個問題沒有標準答案。航空產(chǎn)業(yè)包括很多方面：總體設(shè)計、航空材料、制造，其實這是一個系統(tǒng)的工程。如果說一定需要一個總結(jié)，就需要明確哪個領(lǐng)域是中國航空產(chǎn)業(yè)最需要掌握的核心。

我認為，中國航空產(chǎn)業(yè)目前最缺乏的是系統(tǒng)過程，缺少從系統(tǒng)的角度看待工程問題的能力。航空領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，是建立在引擎設(shè)計、制造以及運行等過程中人們累積的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)之上的。這些經(jīng)驗與教訓(xùn)的累積，具體的表現(xiàn)就是數(shù)據(jù)的累積。系統(tǒng)工程的數(shù)據(jù)不是零零散散的、片狀的，而是比較完整的、系統(tǒng)的，這些數(shù)據(jù)是整合起來的，彼此有關(guān)聯(lián)的。

現(xiàn)在，我們要在沒有足夠的引擎設(shè)計經(jīng)驗，也沒有先進技術(shù)的情況下，建立起自己的航空產(chǎn)業(yè)，并縮小與西方航空產(chǎn)業(yè)間的差距，我認為很難。因為航空產(chǎn)業(yè)是一個非常龐大以及復(fù)雜的系統(tǒng)，如果要從設(shè)計和發(fā)展先進技術(shù)等方面開始，追趕西方航空產(chǎn)業(yè)，我們甚至都不知道該如何下手，從什么方向下手。

但我們正處于工業(yè)4.0時代，擁有了新的工具——大數(shù)據(jù)。同時，我們擁有龐大的航空市場，相當(dāng)于擁有了一個龐大的數(shù)據(jù)庫。如何將這些數(shù)據(jù)整合、關(guān)聯(lián)起來，將零散的、片狀的數(shù)據(jù)變得更加系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)來引導(dǎo)我們，告訴我們要怎么做引擎設(shè)計，做什么樣的設(shè)計，要怎么樣發(fā)展自己的技術(shù)，發(fā)展什么樣的技術(shù)，是中國航空產(chǎn)業(yè)在工業(yè)4.0時代需要面臨的一個重要課題。

如果使用傳統(tǒng)的方式進行引擎設(shè)計，從引擎系統(tǒng)來看，我們不知道什么樣是好的設(shè)計，什么樣是不好的設(shè)計，我們沒有完整的商用大涵道比引擎，沒有西方幾十年積累下來的引擎測試和運行的數(shù)據(jù)庫。所以，為了追趕西方航空產(chǎn)業(yè)，我們需要利用大數(shù)據(jù)，反向引導(dǎo)出我們需要做的設(shè)計和需要發(fā)展的先進的科技。這不同于反向工程，我稱它為反向技術(shù)。

李教授：您也認為航空領(lǐng)域最缺乏的是系統(tǒng)整合的數(shù)據(jù)，那您覺得應(yīng)該怎么收集大數(shù)據(jù)？收集什么樣的大數(shù)據(jù)？為什么要收集這些大數(shù)據(jù)？收集大數(shù)據(jù)之后怎么使用呢？

王教授：現(xiàn)在，航空產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從對引擎的設(shè)計、制造等部分的研究，發(fā)展到對整個引擎系統(tǒng)的關(guān)注。以前，我們會將引擎分成幾個模塊，然后分別對每個模塊、每個部件進行設(shè)計、分析、制造和測試。在這個過程中，我們可以獲取很多的數(shù)據(jù)，但它們只針對某個部件或某個模塊，沒有形成系統(tǒng)整合的數(shù)據(jù)。這些零散的數(shù)據(jù)，對于通過引擎的適航認證，提高引擎運行的可靠性，相對于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來說，沒有那么高的價值，我們需要的是系統(tǒng)工程的大數(shù)據(jù)。

所謂系統(tǒng)工程的大數(shù)據(jù)，從橫向來看，是將所有模塊收據(jù)收集起來，將他們整合成為引擎的數(shù)據(jù)。從縱向來看，包括從引擎設(shè)計、選材、制造、測試、運行、維護到生命周期結(jié)束這一整個過程中，整合起來的引擎數(shù)據(jù)。

圖 1 航空發(fā)動機大數(shù)據(jù)架構(gòu)

由于航空產(chǎn)業(yè)相對于其他來說，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性方面存在著更高的要求和行業(yè)標準，所以，即使引擎發(fā)生故障或運行異常的可能性很低，它們還是航空界主要關(guān)注的問題。西方的航空產(chǎn)業(yè)希望利用大數(shù)據(jù)技術(shù)抓住引擎運行異常時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過分析，找到缺陷，提升引擎的穩(wěn)定性和可靠性。

而對于我們來說，還需要利用大數(shù)據(jù)，確定引擎在正常運行時各部件的運行狀態(tài)，通過反向技術(shù)，讓數(shù)據(jù)引導(dǎo)我們進行部件設(shè)計及制造。另外，引擎系統(tǒng)中也存在著許多看不見的技術(shù)，而大數(shù)據(jù)提供了一種新的挖掘這些隱性技術(shù)的方法。

擁有了大數(shù)據(jù)，并不代表擁有了其中蘊含的價值，這些數(shù)據(jù)只是數(shù)字而已，我們應(yīng)該怎么利用這些數(shù)據(jù)，讓他們產(chǎn)生價值，是航空系統(tǒng)工程大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)。

工業(yè)4.0當(dāng)中存在著三種主要的概念：故障預(yù)測與健康管理(PHM)、信息物理系統(tǒng)(CPS)和智能管理系統(tǒng)(IMS)。這些系統(tǒng)可以引導(dǎo)我們進行大數(shù)據(jù)的收集、過濾、分類，幫助我們建立引擎大數(shù)據(jù)框架以及大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)跟蹤和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的方法。

當(dāng)引擎大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)框架建立起來之后，我們就可以通過對框架中數(shù)據(jù)進行跟蹤、分析，將可能與某一部件相關(guān)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到一起，總結(jié)部件的經(jīng)驗公式，得到部件性能的大致范圍，以及我們在部件設(shè)計和制造的過程中需要滿足的一些限制條件，利用它們指導(dǎo)我們進行部件設(shè)計和制造。就這樣，我們將數(shù)據(jù)信息與實際的部件聯(lián)系在了一起，實現(xiàn)了信息與物理間的融合。

反向工程與反向技術(shù)

反向工程是從結(jié)果或知識端去反推問題，其核心是找到隱性問題的顯性根源，簡單的說就是從結(jié)果里找原因，再從原因中開發(fā)及制定關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)化6-sigma的控制流程。

反向技術(shù)是利用大數(shù)據(jù)，反向引導(dǎo)出我們需要做的設(shè)計和需要發(fā)展的先進的科技。

以上內(nèi)容截取自李杰、倪軍、王安正的著作《從大數(shù)據(jù)到智能制造》