Роль данных жизненного цикла в управлении деталями самолетов

Этот всесторонний процесс, известный как управление данными жизненного цикла, охватывает всю информацию, собранную в течение всего срока службы детали: технические характеристики, сырье, производственные процессы, историю эксплуатации, циклы технического обслуживания, а также окончательное списание и утилизацию.

Поскольку авиационная отрасль испытывает возрастающее давление, чтобы стать более устойчивой и ориентированной на данные, мышление, ориентированное на жизненный цикл, выдвинулось на передний план как конкурентное преимущество.

Organizations like the Aerospace Technology Institute (ATI) emphasize that environmental responsibility in aviation hinges on understanding and acting on the full lifecycle impact of aircraft components. This goes far beyond emissions tracking during flight; it includes the energy of materials like aluminum and CFRP (carbon fiber reinforced plastic), emissions during production, and how easily those parts can be recycled when they’re done flying ().

Роль данных о жизненном цикле также расширяется под давлением регуляторных и экономических факторов. ИКАО, Европейский зеленый курс и цели Полетного плана 2050 стимулируют производителей и операторов воздушных судов сокращать выбросы, шум и отходы материалов на протяжении всего существования самолета (, , ).

Интеллектуальное управление жизненным циклом помогает достичь таких целей, превращая каждый болт, подшипник и скобу в известную величину с измеримым следом.

Почему жизненный цикл данных имеет большее значение, чем когда-либо

Самолеты - это дорогостоящие, масштабные системы, насчитывающие десятки тысяч деталей, находящиеся под пристальным вниманием регуляторов, финансистов и пассажиров.

Большинство систем управления запасными частями ограничены и сосредоточены на логистике, а не на сроке службы. Но по мере старения флотов и усиления экологических целей, такой подход уже не работает.

Данные о жизненном цикле меняют правила игры. Они дают операторам возможность до того, как они выведут самолет из строя, моделировать воздействие на окружающую среду при замене, а также принимать решения, исходя из общей стоимости жизненного цикла, а не только начальной цены. 

Например, изготовление деталей из углеродного волокна может быть более дорогостоящим, но если они уменьшают вес, то в долгосрочной перспективе позволяют экономить топливо. Понимание, когда этот компромисс начинает работать в вашу пользу, является задачей обработки данных и огромной возможностью ().

Кроме того, данные о жизненном цикле необходимы для проведения аудитов устойчивости и соблюдения нормативных требований. Как отмечает ATI, выбросы не только исходят от двигателей — они начинаются на заводе. Управление данными жизненного цикла позволяет авиакомпаниям отслеживать следы CO₂ и NOx каждой детали, подтверждать свои заявления об устойчивости и участвовать в инициативах круговой экономики, таких как повторное использование и переработка деталей.

Как данные о жизненном цикле способствуют принятию более обоснованных решений по техническому обслуживанию и ремонту

Традиционно обслуживание воздушных судов осуществлялось по строгим графикам или реактивным протоколам ремонта. Но с управлением жизненным циклом данных стало возможным более умное, , что позволило отрасли перейти от принципа «чинить, когда сломается» к предотвращению поломок. 

Точное знание того, как изготавливалась деталь, из каких материалов она состоит, каким нагрузкам она подвергалась и история её ремонта позволяет командам (техническое обслуживание, ремонт и модернизация) принимать гораздо более обоснованные решения. 

Например, композитная панель, изготовленная из углеродного волокна NCF, может демонстрировать другие модели износа, чем панель из тканого волокна, даже в идентичных условиях. Данные о жизненном цикле предоставляют доказательства для корректировки интервалов осмотра, планирования профилактической замены и сокращения незапланированных простоев.

Это также позволяет операторам отслеживать экологическую стоимость деятельности по техническому обслуживанию и ремонту. Согласно данным Ассоциации технологической индустрии (), процессы технического обслуживания и ремонта могут быть энерго- и ресурсоемкими, часто включают использование опасных материалов. Связывая записи о техническом обслуживании с данными о жизненном цикле, операторы могут оценивать не только стоимость и производительность, но и влияние на устойчивость решений по ремонту в сравнении с заменой. Это понимание критически важно для достижения целей по замкнутому циклу и сокращения углеродного следа авиации.

Экологическая выгода отслеживания продукта от производства до утилизации

Детали самолетов не исчезают, когда их выводят из эксплуатации, но слишком часто данные о их материальном составе, воздействии на окружающую среду и потенциале переработки исчезают. Этот пробел имеет реальные последствия.

Согласно исследованиям ATI и исследованиям жизненного цикла из Университета Крэнфилд, значительную роль в воздействии авиации на климат играет то, как изготавливаются и утилизируются детали ().

Lifecycle data allows organizations to evaluate whether a part can be refurbished, reused, or recycled. CFRP components, for example, are lightweight and fuel-efficient in use but can be environmentally costly to produce and difficult to recycle. Knowing the composite type (e.g., thermoplastic vs. thermoset), the resin used, and the fabrication process (prepreg, injection molding, etc.) allows operators to select proper end-of-life pathways such as pyrolysis or mechanical recycling ().

Такое понимание переводит устойчивость из абстрактной цели в тактическое преимущество. Имея данные, менеджеры по запасным частям могут выбирать материалы не только за прочность и вес, но и за общее воздействие на жизненный цикл, включая количество выбросов, которые будут предотвращены, если деталь будет переработана, а не отправлена на свалку.

Как цифровые двойники увеличивают ценность данных жизненного цикла

Данные о жизненном цикле не являются статичными. Они обогащаются по мере того, как детали самолета эксплуатируются, летают, изнашиваются и проходят техническое обслуживание. Цифровые двойники, виртуальные копии физических компонентов, используют этот постоянный поток данных для моделирования, отслеживания и прогнозирования производительности в реальном времени ().

Когда цифровые двойники используются совместно с встроенными датчиками и потоками данных IoT, они могут предупреждать операторов о предстоящем утомлении или воздействии окружающей среды до появления физических признаков. К примеру, лопатка двигателя, отслеживаемая на протяжении всего жизненного цикла — от выбора сплава до текущего воздействия тепла — может быть виртуально протестирована на прочность в различных полетных сценариях. Такие данные помогают техникам выявлять начальные стадии отказа, уточнять график технического обслуживания и сокращать время на осмотр.

Кроме того, цифровые двойники открывают путь к более широкому моделированию устойчивости. Операторы, интегрирующие экологические данные, могут проводить симуляции для повышения эффективности и сокращения выбросов углерода. Аэрокосмический технологический институт (ATI) выделил это как критически важный следующий шаг в снижении выбросов на протяжении всего жизненного цикла флота, особенно поскольку на рынок выходят новые системы движения и материалы, такие как водород и углеродно-волоконные композитные материалы (CFRP).

Почему усилия по созданию циркулярной экономики требуют прослеживаемости жизненного цикла

Переход авиационной отрасли к циркулярной экономике зависит от одного фактора: прослеживаемости. Без знания о том, откуда взялась деталь, из чего она сделана и как использовалась, нет масштабируемого способа ответственно перерабатывать, восстанавливать или перепрофилировать компоненты самолетов.

Проект ЕС PAMELA (Процесс усовершенствованного управления концом эксплуатации самолетов) показал, что до 95% материалов самолета могут быть восстановлены при систематическом демонтаже с полной видимостью данных ().

Тем не менее, в большинстве современных систем записи о жизненном цикле разбросаны между несколькими поставщиками, операторами и производителями оригинального оборудования. Такое разделение затрудняет выявление опасных материалов, определение компонентов, пригодных для повторного использования, или сопоставление восстановленных деталей с новыми стандартами сертификации.

Данные о жизненном цикле решают эту проблему, выступая в роли «цифрового паспорта» для каждого компонента. С их помощью бригады по разборке могут безопасно демонтировать самолеты, отделять ценные сплавы от опасных отходов и направлять пригодные композитные материалы на новые применения.

Восстановленные детали могут быть с уверенностью возвращены на рынок, не угрожая безопасности или устойчивости.

Аргументация в пользу использования жизненного цикла в закупке компонентов и стратегии работы с поставщиками

Оценка жизненного цикла (LCA) является стратегической частью закупок в авиации. Каждая приобретенная деталь влияет на расход топлива, частоту технического обслуживания и последующие расходы на утилизацию. LCA предоставляет закупочным командам долгосрочную перспективу: выбросы, потребление энергии и воздействие на окружающую среду от добычи сырья до конца жизненного цикла.

Исследование Университета Крэнфилд, сравнивающее алюминиевые и усиленные углеродным волокном полимерные (УУВП) панели крыла, наглядно это демонстрирует ().

Хотя алюминий имел меньший производственный след благодаря эффективной переработке, он стал более вредным для окружающей среды, когда в расчет была принята дополнительная нагрузка на топливо из-за его большего веса. Углепластики с оптимизированными комбинациями волокон и смол, а также с правильной переработкой, превзошли алюминий по выбросам CO₂ на протяжении всего срока службы, несмотря на более энергоемкое производство.

Команды по закупкам, которые включают данные жизненного цикла продукции (LCA) в решения о выборе поставщиков, могут избежать краткосрочных компромиссов и соответствовать возрастающему давлению по доказательству углеродной нейтральности на протяжении всей цепочки поставок.

Инструменты стандартизации и моделирования для унификации усилий по всему жизненному циклу

Данные о жизненном цикле становятся пригодными для действий только тогда, когда они стандартизированы и смоделированы таким образом, чтобы заинтересованные стороны в экосистеме могли интерпретировать и использовать их. Здесь на помощь приходят инструменты, такие как фреймворки экологического моделирования Института аэрокосмических технологий ().

ATI инвестирует в инструменты управления жизненным циклом данных всего воздушного судна для оценки CO₂, NOₓ образования конденсационных следов, водяного пара, шума и возможности переработки. Эти инструменты позволяют лучше сравнивать различные технологии, составы флота и типы топлива. Они также помогают определить, где инвестиции в НИОКР принесут наибольшую отдачу в сокращении углеродных выбросов.

Без такой стандартизации сложно проводить оценку или прогнозирование. Утверждение одного OEM о «перерабатываемости» может относиться к алюминиевым компонентам, в то время как другое может касаться переработанных термопластов. Единые структуры и определения жизненного цикла обеспечивают понимание на одном языке всех, от дизайнеров деталей до бригад по разборке.

И с учетом глобальных инициатив, таких как система CORSIA ИКАО и система торговли выбросами ЕС, которые ужесточают условия для авиации, наличие этих общих инструментов необходимо для соответствия требованиям и конкурентоспособности (, ).

Почему моделирование конца жизненного цикла продукта больше не является необязательным

На протяжении десятилетий конец эксплуатационного срока (EoL) был слепым пятном авиации. Списанные самолеты хранились, разбирались на запчасти или продавались — часто с минимальным контролем. Но сейчас все быстро меняется. Поскольку такие материалы, как углеродно-волоконные композиты (CFRP), становятся доминирующими в конструкции самолетов, задача безопасного, экономичного и устойчивого вывода самолетов из эксплуатации становится невозможной для игнорирования ().

Проект PAMELA, финансируемый ЕС, доказал, что до 95% компонентов самолета могут быть повторно использованы, переработаны или восстановлены при наличии соответствующих процессов, что значительно превышает обычно достигаемые 60% ().

Проект создал полномасштабные испытания EoL и предложил новые стандарты ЕС для разборки, разделения материалов и отслеживаемости. Также были рассмотрены риски безопасности нерегулируемых рынков подержанных запчастей и экологически опасных методов демонтажа.

Когда менеджеры по запчастям и производители оригинального оборудования включают моделирование конца жизненного цикла в свои процессы принятия решений, они могут сократить отходы, возвратить ценные материалы и предотвратить дальнейший вред окружающей среде.

Проблемы с данными при отслеживании жизненного цикла (и почему цифровые двойники помогают)

Одним из крупнейших препятствий для получения значимой информации о жизненном цикле являются неаккуратные, неполные или несогласованные данные. Из-за фрагментированных систем воздушного пространства, ручного ведения записей в обслуживании, ремонте и техническом обслуживании, а также закрытых сетей поставщиков, многие компоненты воздушных судов не имеют полной, прослеживаемой записи о жизненном цикле.

Здесь цифровые двойники незаменимы. Создавая цифровое представление физического компонента, включая его материалы, энергопотребление, историю обслуживания и условия эксплуатации, заинтересованные стороны получают ценные знания.

ATI отмечает, что цифровые двойники все чаще используются для оптимизации производственных процессов, сокращения отходов и уменьшения переработки (). Но их влияние не ограничивается только производственным цехом.

Цифровые двойники также могут помочь определить детали, приближающиеся к экологическим порогам конца срока службы, выявлять энергонеэффективные конструкции или направлять решения относительно ремонта вместо замены. При демонтаже цифровые двойники предоставляют четкую карту того, что подлежит переработке, восстановлению или является опасным, что делает операции по переработке более быстрыми и безопасными.

Всё чаще цифровые двойники становятся необходимым звеном между физическим миром и возможностью его отслеживания.

Когда легче не всегда значит экологичнее: парадокс УПК

Углеродно-волоконные армированные полимеры (УВАП) давно стали фаворитами в авиации: они прочные, легкие и значительно повышают топливную эффективность.

Но это не однозначная победа для окружающей среды. Согласно сравнительной оценке жизненного цикла (LCA) 2024 года, углеродно-волокнистые композитные материалы (CFRP) часто имеют более высокое воздействие на окружающую среду во время производства и утилизации по сравнению с алюминием ().

Производство углепластиков потребляет много энергии, особенно при использовании препрегов или углеродного волокна на основе ПАН. Переработка термореактивных углепластиков также сложна, обычно требуя процессов пиролиза или сольволиза, которые все еще развиваются и далеко не везде внедрены.

Исследование показало, что, хотя углеродно-волоконные композиты (CFRP) превосходят алюминий в течение всего срока службы самолета благодаря экономии топлива, они становятся более предпочтительным выбором с точки зрения воздействия на окружающую среду только после примерно 300 000 км полета.

Это подчеркивает важный момент для менеджеров по запчастям и руководителей устойчивого развития: при выборе материалов необходимо учитывать весь жизненный цикл, включая энергию производства, возможность переработки и пороги сокращения выбросов, а не только операционную эффективность. Лучшая топливная экономичность не всегда означает лучшее для окружающей среды. 

Как моделирование жизненного цикла данных улучшает прогнозирование спроса и стратегию управления запасами

Данные о жизненном цикле также помогают менеджерам по запасным частям вести более строгую и умную операционную деятельность. Способность моделировать ожидаемый срок службы, точки отказа и кривые завершения срока службы для различных материалов и компонентов переводит прогнозирование запасов из реактивного в предиктивное.

Например, дорожная карта устойчивого развития компании ATI стимулирует интеграцию данных инженерии на протяжении всего жизненного цикла с системами планирования спроса. Если оператор знает, что определенная партия панелей из углеродного волокна (CFRP) деградирует быстрее из-за воздействия ультрафиолета в определенных широтах, он может прогнозировать более высокий спрос на замену в этих регионах. Или если углеродный след выбросов детали резко возрастает после достижения определенного порога налета часов полета, операторы могут решить раньше вывести из эксплуатации и переработать, формируя будущий спрос.

Интеграция данных о жизненном цикле в системы технического обслуживания, ремонта и поставок позволяет командам осуществлять более стратегическое заказывание, сокращать избыточные запасы и достигать целей по сокращению выбросов углерода. Прогнозирование, учитывающее жизненный цикл, является новым преимуществом в стратегии управления запасными частями для авиации.

Беспорядок в середине: Управление запасами на фоне технологических изменений

Новые технологии — топливные элементы на водороде, батарейные электрические системы, гибридные силовые установки — приближают авиацию к нулевым выбросам.

Но для менеджеров по запчастям они вводят неудобный промежуточный этап, когда традиционные системы на керосиновой основе все еще преобладают, даже несмотря на то, что платформы следующего поколения медленно набирают популярность. Управление запасами во время этого перехода - это высокорискованный акт балансировки ().

Согласно данным Института аэрокосмических технологий (ATI), вероятно, что самолеты на батарейном питании будут ограничены применением на коротких маршрутах и в городской воздушной мобильности в обозримом будущем из-за ограничений по энергетической плотности. Водород, хотя и перспективен для региональных маршрутов, требует совершенно другого хранения топлива, обращения с ним и интеграции в конструкцию самолета.

Это означает, что цепочка поставок должна продолжать поддерживать устаревшие системы, гибридные конфигурации и экспериментальные платформы — все одновременно. Данные о жизненном цикле становятся здесь необходимыми, помогая прогнозировать не только когда детали износятся, но и когда они станут устаревшими.

В этой запутанной середине успешное управление запасами означает игру на два фронта: оптимизацию текущих запасов и планирование изменяющихся потребностей в инвентаре на завтра.

Операционные данные: мост между пониманием жизненного цикла и реальными действиями

Данные о жизненном цикле важны, но именно добавление операционных данных делает их пригодными к действию. Знание полного воздействия компонента на окружающую среду - это полдела. Операторам также необходимо иметь возможность реального времени для понимания, как эти детали функционируют в условиях реальных полетов и как эти модели использования влияют на цели устойчивого развития.

Данные о жизненном цикле показывают теоретическое воздействие. Операционные данные подтверждают или опровергают это на практике.

Как управление жизненным циклом данных изменяет (MRO)

Техническое обслуживание, ремонт и капитальный ремонт - одни из самых ресурсоемких этапов в жизни детали самолета. Это также один из этапов, испытывающих наибольший дефицит данных — по крайней мере, до недавнего времени.

Исторически решения по техническому обслуживанию и ремонту основывались на регулярных графиках, прошлых сбоях или рекомендациях производителя оборудования. Но по мере того как данные о жизненном цикле становятся более обширными и интегрированными, техническое обслуживание и ремонт преобразуются в дисциплину, управляемую точностью и ориентированную на устойчивое развитие.

Управление техническим обслуживанием, ремонтом и эксплуатацией, основанное на жизненном цикле, подразумевает использование встроенных датчиков, прогнозирующего анализа и отслеживания производительности для продления срока службы деталей, когда это безопасно, и замены деталей до того, как они станут угрозой.

Это сокращает ненужные отходы, повышая при этом безопасность и время безотказной работы воздушных судов. Технологии неразрушающего контроля и цифровые двойники уже способствуют этому изменению, позволяя выявлять микроусталость и ранние признаки деградации без необходимости разбирать самолеты.

Деятельность в области технического обслуживания и ремонта не просто центр затрат и потерь, но и контрольный пункт для учета выбросов и восстановления материалов.

Почему данные о жизненном цикле являются наименее используемым активом в авиации

Несмотря на все свои перспективы, данные о жизненном цикле являются стратегическим активом, который авиация только начинает использовать. На каждом этапе — от закупки до вывода из эксплуатации — полная видимость жизненного цикла помогает авиакомпаниям, компаниям по техническому обслуживанию, ремонту и эксплуатации (MRO), производителям оригинального оборудования (OEM) и лизинговым компаниям принимать более обоснованные решения. Однако слишком часто данные разбросаны по бумажным записям, изолированным системам и устаревшим платформам, которые не предназначены для анализа в реальном времени или совместной работы.

Многим компаниям может показаться обременительным достижение полной прозрачности, если не почти невозможной задачей в глобальной цепочке поставок с множеством подрядчиков, субподрядчиков и суб-субподрядчиков. К тому же, многие практики недостаточно этичны, и любое прозрачное выявление может привести к серьезным последствиям.

Соблюдение требований обходится дорого, будь то в долларах или в общественном мнении. Однако, такой взгляд краткосрочен и показывает упущенную возможность.

Полные данные о том, что производится, где и как, позволяют авиационным компаниям принимать более обоснованные и экономически выгодные решения о том, что покупать (и не покупать) на основе качества подрядчика, летных характеристик, или затрат, связанных с утилизацией или переработкой детали после того, как она становится непригодной для использования в воздухе.

Точные данные о жизненном цикле также улучшают прогнозируемое техническое обслуживание, снижая общие затраты на техническое обслуживание, ремонт и эксплуатацию, и могут направлять решения о покупке с учетом топливной эффективности по сравнению с остаточной стоимостью активов.

Переход к полной циркулярности и прозрачности в цепочках поставок неизбежен, и сопротивление текущим изменениям подобно попыткам удержаться на плаву. Цели устойчивого развития ужесточаются, и они исходят из основных предпосылок для долгосрочной устойчивости в аэрокосмической отрасли.

Способность компании полностью отслеживать детали и компоненты, от производства до утилизации, будет определять разницу между доверием потребителей и соответствием требованиям, а также между штрафами и устареванием.

Существующие цели устойчивого развития становятся более экологичными. ИКАО и Европейский Союз стремятся к более строгой отчетности в области выбросов и результатов утилизации на конец срока службы, в то время как производители оригинального оборудования (ОЭМ) испытывают возрастающее давление в отношении разработки продукции с возможностью последующей переработки.

Для участников индустрии, которые все еще управляют данными о запасных частях с помощью таблиц, устаревших программных платформ и несвязанных ERP-систем, настало время для изменения мышления. Данные о жизненном цикле становятся операционным компасом, реестром ESG и конкурентным преимуществом, объединенными в одном.

Те, кто освоит это, удовлетворят возрастающие потребности задолго до конкурентов и возглавят следующую эру отрасли.

Готовы превратить данные жизненного цикла в реальное воздействие?
помогает лидерам авиационной отрасли цифровизировать, автоматизировать и оптимизировать каждый этап жизненного цикла деталей самолета — от закупки до утилизации. Позвольте нашему ИИ выполнить самую тяжелую работу.