俄羅斯政府早在2017年就正式批准了數字經濟發展規劃，總統普京在國情諮文中也提到為利用技術革新的重大能力，在短期內建立立法基礎消除數字化技術應用障礙的必要性。在工業領域廣泛的應用數字化技術有助於工業4.0推進、多樣化經濟變革和出口能力發展。在航空製造領域，數字化技術可以用於新產品快速設計、製造、市場投放，以及全壽命跟蹤。當前，俄羅斯聯合飛機制造集團、聯合發動機製造集團、“俄羅斯電子”集團等大型航空相關企業都開始研究並引入各類數字化技術，積極促進研製生產和服務系統向智能數字化模式轉變。
一、數字化發展需求
由於引入新的數字化生產技術、標準和方法，世界飛機制造業正發生根本性變化。俄羅斯認為，國外領先的飛機制造商已開始全面掌握航空產品研發、測試、生產供應、銷售和運營的全程數字化能力。目前，俄羅斯航空工業企業在使用先進數字技術方面起步較晚，僅在SSJ-100等新機型的開發過程中引入了虛擬設計工具，建立了數字格式的技術文檔。
SSJ-100支線客機的三維數字樣機
俄羅斯航空產品的研製問題，首先是階段耗時較長，在現有體系內，航空產品各個元件、組件和部件的設計、建模與試驗不能並行進行，而返回之前任一階段又需要額外的資金；其次，大量的資金都花費在多次的實體測試上；第三，由於必須對紙質文件進行管理和保存，增加了核對和修正的複雜性，以及人為因素造成負面影響的風險；同時，俄羅斯目前還沒有能夠保障所有航空工業組織間順暢通信的信息基礎設施，且缺少協調一致的解決方案。
為此，俄羅斯當前致力於形成統一數字環境，將設計文件和其他文件向數字格式轉化，發展數字孿生技術，保障所有實物資產完全數字化，以便在根據設計、試驗生產需求和資源有效利用等方面進行優化；努力建立一個綜合的軟硬件平臺，將生產準備系統、管理系統和資金管理系統的功能都集中，同時確保較高的技術信息安全標準，在初始階段將通過數據自動收集系統進行填充，集成相關用戶的工作數據，包括航空裝備研究機構、認證中心、生產企業、租賃和服務公司、運營商等；加強發展信息基礎設施，包括兼顧數字技術要求的保障用戶對數據收集和傳輸需求的通信網絡，數據存儲和處理中心繫統（包括高效計算系統、雲計算方案等），保障提供可負擔的、安全穩定的且經濟有效的航空工業數據存儲和處理服務，開發並推廣使用統一的國家數字平臺，將已有的和正在開發的不同系統組合起來，形成多個行業數字技術能力中心等。
二、數字化技術應用
對航空工業來說，數字化技術已經滲透確定發展方向、產品研發、批生產、使用維護等全壽命階段。根據霍尼韋爾公司的報告，全球47％的受訪運營商計劃在近一段時間內為每架飛機投入約50萬美元用於引入數字技術。目前俄羅斯數字化技術的應用範圍包括：
——主動控制系統，通過載荷控制影響飛行中的飛機載荷和氣動彈性特性。在機身設計時佈置可提供特殊操縱面傾斜的信號的傳感器，降低局部載荷，減少機身疲勞和機翼重量，提高壽命。
——大數據技術，俄羅斯國際航空公司2016年開始利用大數據技術，跟蹤飛機飛行期間單元和部件的技術狀態。這些巨大的信息流被傳輸到地面技術維護和維修服務部門，經過系統處理後形成了及時更換磨損部件的計劃，無需停工維修。
——瞬時計算能力，俄羅斯S7航空公司測試了通過連接到銀行系統的區塊鏈銷售機票的情況。從訂購機票到借記資金和更新狀態的所有操作都自動執行，可以在23秒內完成任何付款，包括之前需要14天才能完成的庫存用品。
——保障空中安全，飛行期間飛機位置和航線的實時圖像在現代化系統“佩刀飛行探索器”（Sabre Flight Explorer）中顯示，將系統數據與來自機載計算機的信息同步並進行分析，以保障飛行安全。
——方便飛行員工作，飛行員使用電子飛行包（Electronic Flight Bag）產品，藉助獨立的筆記本電腦和帶有專用軟件的便攜式平板電腦，使飛行員可以通過互聯網和內部網絡進行工作。
作為一種軍用飛機，蘇-57戰鬥機在研發、生產和使用維護等方面也都全面採用了數字化技術
三、數字化技術進展
為落實國家數字經濟規劃，提升航空工業產品研製效率，俄羅斯各大航空集團在企業內部積極推廣數字化技術。
1．統一信息環境
當前，俄羅斯聯合飛機制造集團下屬的圖波列夫公司已經初步具備飛機設計、生產和售後服務的統一信息環境。這是俄羅斯航空製造業首次建立全壽命週期的統一信息環境，圖波列夫公司下屬的設計局引進了大量新型計算裝備，包括超級計算工具，實現了無紙化設計，通過虛擬現實、3D技術等應用大大提高了複雜零部件的設計效率。該系統在2015年開始研製，2017年在虛擬環境完成數字化機身建設，利用樣機的數字孿生、大量計算軟件和虛擬模型能夠加速飛機設計試驗過程。例如，在虛擬環境下進行部件試驗不需要實體臺架，可集中不同地點的設計數據，在24/7小時制度下工作。
在統一信息環境下可以對所有產品研製階段——從3D模型設計到數控機床控制程序的準備、到幾何參數測量，都可以在統一的信息平臺上實時跟蹤，實現設計、工程計算、生產技術籌備、設計執行和工藝文件產生的多維知識管理，納入內部研製、試驗和生產數據。建設統一信息環境，還為外部設計能力引入提供了平臺，具有全行業設計人員共同開展型號設計的能力，極大的提升了並行設計工作效率，能夠有效的完成研製週期緊張的項目。
俄羅斯航空產品研製統一信息系統的硬件及軟件工作界面
2．數字孿生
俄羅斯聯合發動機製造集團自2017年開始，陸續與聖彼得堡理工大學、薩拉夫工程中心等機構在發動機製造業數字化領域展開合作，合作的主要方向是研究和優化發動機及其零部件的“數字孿生”。數字孿生技術是建立高度符合實際材料、結構和物理過程的數字化數學模型，數字孿生製造車間的建立應當考慮使用設備、車間佈置、自動化和手動操作特點，保證實際情況下的通過能力、生產週期，能夠模擬變化並使計算接近真實的效果。該技術的應用不僅可以極大的縮短研製週期，而且能夠降低全壽命週期成本，拓寬和提高研製產品的技術和使用性能。聯合發動機製造集團和薩拉夫工程中心的合作包括建立數學模型，開展計算工作，完成虛擬試驗，初始和計算數據信息交換，合作分析校對結果等。
在聯合發動機製造集團下屬企業之間建立以試驗和計算數據為基礎的共用信息系統具有特殊意義，聯合工作成果將用於航空發動機製造領域關鍵項目的研製工作，包括PD-14、PD-35、PS-90A、TV7-117系列等。聯合發動機製造集團在研製PD-14和SaM146等新型發動機時，通過使用數字化技術僅經過3.5年時間即獲得滿足技術規範要求的第一臺樣品，驗證了數字孿生技術的有效性，同時降低了全壽命週期成本，並積累了大量數據。
此外，俄羅斯通過數字孿生完成了包括蘇-35S和第五代戰鬥機蘇-57、雅克-130軍用教練機、中短程幹線飛機MS-21在內的新型飛機及其部件的虛擬測試，並將所得結果反饋在飛機設計當中。
3．超級計算能力
俄羅斯在聯合發動機製造集團下屬“土星”公司建立了超級計算中心，集成了高效計算資源AL-100系統和新的專用軟硬件系統（SPAK），稱為“土星-100”。在引進和應用工業超級計算的創新發展計劃中，土星公司採用了的SPAK系統，運算速度達到了每秒114萬億浮點預算。AL-100系統也曾用於解決最重要的預算問題：燃燒室燃燒、渦輪葉片熱交換、聲學計算、單個結構件優化計算等。此外，2019年3月，“俄羅斯電子”集團和“俄羅斯原子能”國家公司完成了阿納帕“時代”軍事創新科技城信息通信中心計算系統的建設。新數據中心的主要任務是為了解決科技城試驗室數學過程建模的問題。為“時代”軍事創新科技城創建的大數據處理解決方案是實施“數字經濟”國家計劃的又一步。新的計算能力能夠通過系統的數學建模加速航空產品和技術開發和測試的過程。
4．增材製造技術
增材製造技術是“數字化”生產中發展最塊的領域之一，通過該方法來能夠減少結構的部件數量和成本。由於航空發動機具有技術水平高、製造工藝複雜等特點，航空發動機製造業成為增材製造技術研究及應用的重要領域。聯合發動機製造集團在其《增材製造技術發展草案》中提出，在其下屬的烏法發動機生產企業成立大尺寸鈦合金毛坯件製造專業中心，採用選區激光熔融和直接激光沉積（包括利用多相粉末激光冶金）工藝，服務於未來產品研製。2019年4月，聯合發動機製造集團在薩馬拉庫茲涅佐夫公司開設增材技術實驗室，以便掌握工業燃氣渦輪發動機大型零件的生產工藝，實驗室具有俄羅斯最大的金屬粉末材料直接激光沉積設備，可以生產直徑達2.5米的零件，增材製造技術實驗室的投產是公司工藝設備改造的重要一步，到2021年，增材製造技術實驗室製造的零件範圍預計增加到53項。
俄羅斯庫茲涅佐夫公司的增材製造（3D打印）設備
此外，“俄羅斯電子”集團下屬的“釷”科研生產企業已經研製了第一臺電子束3D打印機，用於粉末金屬的增材製造，該設備的主要優勢是通過減少電子束移動系統中的機械零件實現較高的工作速度和精度，以及對粉末質量的低敏感度，不必在外部高溫系統中預熱和在工作艙中建立防護環境。在粉末完成選區熔化過程之後，這些部件將具有非常高的密度，與鑄造工藝相當，並且具有良好的表面質量，無需額外的燒結和後處理。採用電子束方法融化粉末金屬的打印技術能夠製備實際中任何複雜的零件，包括導彈衝壓發動機和飛機渦輪發動機葉片，以及大小在0.2-0.4MM的微小尺寸產品等。
5．數字空間“4.0 RU”
俄羅斯工業與貿易部於2017年7月提出的統一數字空間“4.0 RU”系統，在工業生產的所有階段和級別全面引入數字技術。“4.0 RU”的宗旨是將利用統一的數字空間將數字設計、技術和製造相結合。目前，俄羅斯國內機床行業最大的製造商“STAN”、卡巴斯基實驗室、物流公司“ITELMA”，以及西門子公司都已經參與項目合作。以MS-21的金屬加工產品的生產過程為例，飛機的基本緊固件由“STAN”集團生產的車床製造，使用西門子軟件實現了該產品生產的設計和技術準備，以及運營管理和生產分析，由“ITELMA”提出支持數字物流流程的解決方案，整個系統的網絡安全由卡巴斯基實驗室提供。“4.0 RU”系統可以在設計階段確定所開發產品的最終成本，同時藉助網絡物理環境縮短新產品推向市場的時間，提高生產靈活性、產品質量、生產過程效率，最終為企業在國內和國際市場提供競爭優勢。
6．機器人技術
俄羅斯航空製造企業在過去三年中機器人數量增加了一倍。例如，在烏里揚諾夫斯克組裝MS-21客機機翼的航空複合材料公司，藉助機器人提高裝配精度，控制成品的質量，工人人數大幅減少。2019年3月，俄羅斯聯合發動機製造集團下屬企業“土星”公司設計了藉助機器人系統、使用滾動方式處理部件曲線表面的方法，可用於處理渦輪機和壓縮機的葉片邊緣。該方法考慮了伴隨加工的物理過程，零件機械性能的變化，允許將手動加工轉移為數控設備或機器人技術系統。通過機器人技術和智能生產系統的引入，俄羅斯飛機制造能力獲得快速提升。
對俄羅斯航空工業來說，數字化轉型發展趨勢顯而易見，通過數字技術使企業具有更加準確和有效的設計能力，製造和運營成本降低，為研製有競爭力的航空產品奠定了基礎。
張慧女士已為《空天防務觀察》提供26篇專欄文章，如下表：
<table><tbody>序號
篇名
發表日期
1
俄羅斯總統普京批准《工業政策法》以扶持工業發展
2015年3月30日
2
八張圖說俄羅斯聯合飛機制造公司（請一併注意我們在4月13日發佈的：內容更正）
4月10日
3
2014-2015年影響俄羅斯航空工業長期發展的十大事件
4月29日
4
九張圖說俄羅斯直升機公司
7月8日
5
第12屆莫斯科航展：俄羅斯中央航空發動機研究院展示豐富發動機研究成果
8月28日
6
第12屆俄羅斯莫斯科航展：主要合同簽訂和重要信息公佈情況
8月31日
7
第12屆俄羅斯莫斯科航展總結和重要信息公佈情況
9月2日
8
2015年俄羅斯航空領域重要動向
2016年5月6日
9
“亂花漸欲迷人眼”—俄羅斯國際軍事技術論壇上的無人機秀
9月5日
10
俄羅斯軍用無人機的涅槃之路
10月26日
11
C919的北方對手：俄羅斯MS-21窄體幹線客機採用的多項新技術一瞥
12月30日
12
俄羅斯出臺新版航空工業戰略應對四大挑戰
2017年5月22日
13
他山之石——進擊的俄羅斯新型民用飛機！
6月14日
14
俄羅斯直升機製造業在創新中砥礪前行
7月5日
15
俄羅斯空天軍航空武器裝備規模與分佈詳解
7月14日
16
俄羅斯“產品30”發動機配裝蘇-57戰鬥機及其影響
12月20日
17
俄羅斯航空武器裝備發展現狀與趨勢系列之一：前線航空裝備
2018年1月10日
18
俄羅斯航空武器裝備發展現狀與趨勢系列之二：遠程航空裝備與軍用運輸航空裝備
1月12日
19
俄羅斯航空武器裝備發展現狀與趨勢系列之三：陸軍航空裝備與無人機裝備
1月17日
20
俄羅斯航空武器裝備發展現狀與趨勢系列之四：艦載航空裝備與特種航空裝備
1月22日
21
俄空天軍航空裝備在敘利亞的作戰運用
4月8日
22
從敘利亞戰例看小型無人機群襲攻防作戰
4月25日
23
俄羅斯PD-35大涵道比渦扇發動機的研製準備工作
5月22日
24
俄羅斯高速直升機發展簡析
7月9日
25
淺析俄羅斯國防工業創新發展
11月8日
26
俄羅斯航空產品進口替代計劃實施成效顯著
12月17日
27
俄羅斯航空工業持續數字化轉型（即本篇）
2019年4月28日
有興趣的讀者，可點擊相關文章的“篇名”閱讀原文。
（中國航空工業發展研究中心 張慧）
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本篇供稿：系統工程研究所
運 營：李沅栩
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