科幻小说作家通常被认为是伟大的梦想家和未来技术的预言家。但是，可以说，“严肃的”作家也有他们的预言时刻，即使是偶然的。
威廉莎士比亚考虑英语中最着名的作家。在1611年，他刊登了经典的戏剧，关于被流亡的公爵与神奇力量引起的沉船。
莎翁几乎没有意识到，四个多世纪后，一家领先的制造商设想并制造出了一架以“暴风雨”命名的英国战斗机。或者，这架飞机将是一个航空奇迹，使用几个工业4.0 (I4.0)技术。
BAE系统公司“未来工厂”项目的主要技术和负责人奥斯汀·库克解释说:“自2018年英国政府发布公告以来，我们一直在努力利用许多先进技术，帮助创建名为Tempest的未来战斗空中系统。”“在生产车间，我们的目标是在机器连接、数据收集、装配自动化、增材制造和工人可视化方面取得重大进展。到2030年，我们需要为“暴风雨”配备成熟的生产系统，这样到2035年，它就可以作为一种战斗空中系统在英国皇家空军(RAF)服役。”
根据厨师的说法，实施这些技术将为Bae的“智能工厂”带来许多益处，兰开斯特兰顿兰开夏郡兰开顿兰顿。最重要的是生产力较高，提高与制造复杂的军用飞机结构相关的精度和降低成本。
在Team Tempest项目上与BAE合作的是罗尔斯-罗伊斯(喷气发动机制造商)、莱昂纳多英国(国防和航空航天公司)、MBDA英国(欧洲导弹开发商和制造商)和英国皇家空军。其他包括高科技公司、中小企业和英国学术界。
10年前，德国政府在一份详细的报告中引入了I4.0的概念，以促进本国制造业的电脑化、数字化、互联互通和信息透明度。从那时起，世界各地的航空航天和国防工业的制造商都在努力使I4.0对他们自己和他们的客户来说都是一个实际的、有利可图的现实。
慢慢地,当然,独一无二
矛盾的是，即使是大量的航空航天和防御（A＆D）制造商都知道i4.0，它们也不采取普遍的方法来实现其实施。相反，每家公司都会仔细确定它可以从I4.0获得的特定福利。
“A big reason why we don’t see a greater adoption of I4.0 in aerospace and defense is company CFOs don’t automatically think of it as value creation,” says Helena Lisachuk, a partner at Deloitte Consulting, which has recently conducted extensive worldwide research on I4.0 implementation. “They need to be shown which technologies are being brought in and where, as well as each technology’s success factor, like an OEE increase of 2 percent.
“然而，强大的商业案例是不够的，”Lisachuk继续。“你还必须支持公司领导力，以提供适当的工人技能并改变文化。当所有这些东西都在一起时，您将在规模中看到令人难以置信的创新。“
从一开始就在I4.0船上的一家公司是世界上最大的国防承包商洛克希德Martin公司（LMC）。洛克希德马丁斯空间的商业创新，转型和企业卓越副总裁Johnathon Caldwell表示，这些技术在他公司中“彻底改变了”运营，通过设计，制造和最终测试来源来自供应链的过程优化。
另一个实现I4.0的主要A&D公司是诺斯罗普·格鲁曼公司。诺斯罗普·格鲁曼航空系统部门研究、技术和工程副总裁Chris Daughters特别喜欢I.40使他的部门工程师能够比以往任何时候都更早地在设计过程中做出关键的制造决策。
“设计的可制造性，以最小的重复的模拟生产环境，然后生产我们的产品的努力，这可以使我们在速度和承受能力的突破，在预算有限的时间内A＆d环境的需求和快速变化的威胁，”解释女儿。“这些技术是我们在产品生命周期中的”数字线程“的重要组成部分。他们给我们过渡到物理世界前模拟性能，可制造性，复杂性，材料和成本之间进行权衡的能力。”
“简而言之，I4.0涉及利用技术更好地服务世界，”跨国企业软件公司IFS的A&D制造行业总监马特•麦德利(Matt Medley)表示。“不仅仅是通过传感器和工业物联网(IIoT)收集和处理成堆的数据，I4.0正在将数据转化为可操作的智能，不仅提高效率和增长利润，而且还帮助企业更好地管理我们的自然资源和当地社区。航空航天和国防公司的企业软件能够跟上增材制造、人工智能、数字双胞胎、虚拟和增强现实(V/AR)等技术的发展，这些公司将在日益数字化的4.0时代蓬勃发展。”
善待科技的天空
商业客机制造商的数量从未如此大。但在过去的几年里，两个最大的制造商，波音和空中客车，已经实施了各种I4.0技术。
波音公司制造业企业领域负责人菲利普•克罗瑟斯指出:“实体系统和数字系统的融合正在给我们的产品设计、制造和服务方式以及客户的操作方式带来巨大变化。”它将CAD、建筑信息建模、数据管理和基于物理的模拟等传统制造和设计工具结合在一起，并通过工业物联网连接实物资产，实现产品生命周期管理。”
Crothers表示，波音正在试验几个基于数字和系统架构的制造项目，这些项目可以在当地成功实施，然后迅速在整个公司推广。他举了计算能力和机器学习等人工智能技术的例子，这些技术让工程师能够从对波音制造过程的质量或生产率有积极影响的因素中提取出有价值的模式。
Crothers解释说:“通过捕捉这些模式并实现闭环控制，我们可以实时增强操作，同时还可以捕获数据，以便在未来的设计循环中运行。”“直接管理(我们的)供应链是另一个例子。I4.0能够在全球范围内实现实时连接，实现报告、协作、控制和故障恢复。”
在2019年秋季，空中客车在德国汉堡的A320工厂实施了一条高度自动化的机身装配线。新线具有数字数据采集系统，20个机器人，自动导向车辆和激光测量的自动定位。
在生产线开始时，8个机器人在每个纵向接头上钻1100至2400个孔。在接下来的步骤中，12个机器人，每个在7个轴上操作，将机身的中心和尾部与尾部组合成一个主要部件。机器人钻、沉、密封，每个轨道连接插入3000个铆钉。
去年，Fraunhofer工厂运营和自动化研究所的工程师（IFF）开始与汉堡的空中客车一起使用，学习如何在运输和安装Jetiner舱门时检测和预测中断。将门从供应商运送到装配线上的机身的材料传送单元配备了各种空中箱传感器和数据存储系统，这些传感器和数据存储系统在整个操作期间提供具有相关信息的工程师。
IFF的研究科学家Martin Woitag指出:“尽管它会持续跟踪客舱门的位置和温度，但它不会向服务器发送信号，除非传感器数据包含两个标准:正确的安装位置和达到室温。”“只有到那时，舱门才可以安装，因为舱门不仅已经交付，而且已经加热到机身的温度。”
传感器数据和事件存储在本地数据库中并在Web上可视化。最多六个自动识别和预配置的传感器可以连接到盒子以构建传感器网络。
Siegharts，基于奥地利的Test-Fuchs（TF）制造用于空中客车和波音飞机的测试系统，部件和地面支撑设备，以及由Probraer S.a.in Brazil制造的测试系统。在过去三年中，TF依赖于IFS企业资源规划软件，以优化奥地利，德国，意大利，法国，英国，美国，新加坡和中国的机械工程和制造业务。
“我们最近推出的IFS云在一个平台上提供了一个平台的整个软件解决方案，其中一个常见的用户体验，”Medley说。“它使航空航天制造商能够更好地提供全部重要的服务时刻：当他们被评判的那一刻和令人愉悦或让最终用户失望。这可以随时发生 - 是否他们提供关键部分或组件进一步提高制造供应链，或者确保资产准备好作为与设备运营商为基于服务的协议的一部分运作。“
诺斯罗普·格鲁曼一直在努力将其3D设计开发过程结合，制造大型平面部分，重量数千磅。女儿还表示，他的公司正在采用先进技术制造复杂的微电子。
“I4.0没有明确的限制，”女儿说。“除了提高生产能力和效率之外，它还使我们能够执行基于模型的制造（MBM）。这是我们在最终确定工程设计之前，我们运行了对工程模型的模拟来评估可制造性。MBM使制造成本在设计中成为一个独立的变量，这是通过压缩成本和生产计划来对我们的计划的大益处。“
强大的国防
随着过去几年国内和国际军事开支的增加，I4.0技术在国防承包商中也同样受到欢迎。对BAE来说，这些技术提供了一个重要且必要的机会，来改变其制造军用飞机的方式。
“因为我们是一家大型公司，拥有丰富的历史和生产军用飞机的经验，我们有许多系统和方法到位，对于我们真正改变，可以转化以提高效率，”厨师说。“总的来说，实施I4.0进展顺利，使我们的制造更适应。这些技术允许我们将关键数据转换为我们实际使用的视觉指标。“
在其兰开夏郡工厂，BAE正在改变人类和机器一起运行的方式。协作和柔性机器人消除了对固定，长引线工具的需求，并且已经修改了智能机器，以在公差上以精确运行，如人头发的宽度小于第三个。
传统上，飞机在制造过程的每个阶段都要从一个站点移动到下一个站点。在这里，一个灵活的操作系统，结合数字和自动化技术，允许工人从一个飞机程序或操作切换到另一个，而不需要沉重的夹具结构。这种灵活的制造方法也帮助公司朝着净零的目标前进，减少了定制建筑和工具的需求。
2018年，BAE与Fairfield控制系统有限公司(FCS)和谢菲尔德大学先进制造研究中心合作开发了智能工作站。自2019年以来，该工作站已被修改，用于台风飞机生产线。
当工作人员登录到工作站上后，他或她会收到来自BAE的SAP(系统应用程序和产品)软件的平板电脑上的工作指令。当人通过指令工作时，3D光学投影系统会在指令中强调特定的工作步骤。然后使用自动视觉系统来验证一个指令是否正确完成，然后再进行下一个指令。
平板电脑和投影系统都通过硬件和软件的结合使用增强现实技术。另外，BAE在去年秋天完成了AR眼镜的原型，该头盔提供图像稳定，可以在恶劣环境和移动平台上佩戴，进一步增加了BAE的制造能力的数字化。
考德威尔指出:“随着我们继续作为数字连接企业运营，连接是关键。”“我们需要采用正确的技术进步和数字工程，以确保我们促进所有项目和制造组合的连通性，并内置网络安全。
“通过这种转变，我们将改善整个供应链的实力，创新和网络安全性也很重要，”Caldwell补充道。“例如，我们使用网络安全成熟度模型认证的原则，以确保所有关键供应商在共享数据时连接在网络安全的右侧级别。”
LMC使用智能工厂框架(IFF)方法来实现工业物联网。它自动收集、分析、标准化和规范化机器数据，如遥测信息。然后，它通过一个符合美国政府监管要求的网络安全网络汇集和共享数据。
“我们使用应用程序编程接口、机器学习和软件定义的网络，因此全公司的机器可以自动实时报告它们的状态，”考德威尔继续说。“到今年年底，我们计划在12个生产基地部署IFF 2.0。此次升级将包括增强网络、无线支持、分类设计概念和扭矩扳手等数字工具的标准流数据管道。”
天造地设
未来的工厂越来越多地成为现有技术的工厂 - 一个先进的技术是制造商日常现实的地方。一种这样的技术是数字双胞胎，这是一种虚拟表示，其用作物理对象或过程的实时数字对应物。
数字双胞胎的概念始于2002年，当时密歇根大学的迈克尔·格里夫斯创造了这个词。然而，美国宇航局在20世纪60年代首次使用配对技术，这是数字双胞胎技术的先驱。这项技术帮助NASA工程师在地面上复制系统，以匹配太空中的系统。它还帮助他们决定如何拯救1970年的阿波罗13号任务。
Today, LMC uses digital twins to support NASA’s missions, and the company is already applying this technology on spacecraft like the OSIRIS-REx, which was launched in 2016 on a mission to obtain a sample from the Bennu 8 asteroid before returning to Earth on Sept. 24, 2023. NASA is working with LMC on this mission, with its engineers using the company’s digital twin maturity model throughout. According to Olivia Billett, systems engineer and science phase lead for ORISIS-REx at LMC, the model helps project engineers be more responsive to the mission plan as it evolves.
LMC还将其数字孪生成熟模型与不同公司工厂的制造和生产流程进行集成，并将其与扩展的供应链保持一致。考德威尔说，这样做有助于推动LMC支持的所有项目的行业标准。
在LMC的主要空间制造设施中，是网关中心，位于丹佛附近公司Waterton Canyon Campus的卫星生产设备。在2020年完成，3.5亿美元的设施包括最先进的高湾洁净室，能够同时构建微型和宏观卫星。无纸制的数字化的生产环境包括迅速可重新配置的生产线和高级测试能力。该中心包括膨胀的热真空室，以模拟空间的恶劣环境，作为对传感器和通信系统的高度看得的测试，以及先进的测试操作和分析中心。
LMC还设有由Courtland，AL的设施，它使用先进的制造来开发超声波技术。应用包括集成2D和3D电子泡沫板，用于繁琐的操作，如线束装配，并认证关键开发阶段。
在一个单独的项目中，LMC最近与美国的NEC公司合作，将NEC的系统不变分析技术（SIAT）集成到LMC的遥测分析，用于通用人工智能（T-TAURI）AI平台的遥测分析。根据Caldwell的说法，T-Tauri已被用于分析各种生产过程中的数据，取得了巨大的成功。
一个应用程序涉及orion artemis iii航天器，即LMC是美国宇航局的建筑。在四小时的时间内，T-TAURI和SIAT建立了工艺正常运营的模型，从近150,000个传感器建立了220多亿逻辑关系的分析。
这和类似的型号可用于监测随后的车辆的所有未来测试，以比较预期和不规则行为，分析回归分析的一致性和辅助。如果没有这些先进的AI和机器学习工具，则单个工程师不可能以所需的速度手动分析大量数据。
LMC工人用于建造猎户座的另一项I4.0技术是混合现实，通过AR耳机和VR环境提供。这款耳机可以让工人的双手自由操作硬件，语音指令引导他们完成每一个组装步骤。全息指示覆盖在工人组装和安装在猎户座的四个座位的相关部分。
对于需要精确测量的任务，在宇宙飞船的适配器狂热的公平公平的技术人员上用手动标记位置进行精确测量 - 使用全息指示已经完成了这些重复任务的速度快90％。此外，已经消除了装配错误，LMC经历了零点的零错误或返工请求，其中工人通过耳机辅助。
AR器件还消除了来回通过纸张或平板电脑的需要，并允许人们解决问题而无需查看某人的肩膀或去参观工地。
