Digital omvandling av försvarets framtid
Augustines lag förutspår ”År 2054 kommer hela USA:s försvarsbudget att köpa bara ett flygplan. Detta flygplan kommer att behöva delas av flygvapnet och flottan 3 ½ dagar vardera i veckan, förutom under skottåret, då det kommer att göras tillgängligt för marinkåren för den extra dagen.”
Även om världen inte är på rätt väg mot de 800 miljarder dollar dyra flygplanen som Augustine förutspådde, måste flyg- och försvarsindustrin vidta åtgärder för att föra ny teknik till slagfältet utan prislappen på 800 miljarder dollar. Utvecklingen av robotflygplan eller drönare är ett sätt att leverera ny kapacitet snabbare till lägre kostnad.
En mycket lovande tillämpning av sådan teknik är de samarbetande stridsflygplanen (CCA) som utvecklas för sjätte generationens stridsflygplan. Utöver ett avancerat bemannat jetplan integrerat med den senaste programvaran och utrustningen kommer sjätte generationens flygplan att åtföljas av flera autonoma CCA:er (Community Assistant Compliance Area), som stöder de bemannade flygplanen i en mängd olika funktioner.
Minskad kostnad, snabbare tid till kapacitet och uppdragsvariabilitet är bara några av fördelarna med CCA:er. Komplexiteten som är inneboende i deras design och i de flygplan de stöder presenterar dock nya utmaningar som kan hindra deras utplacering. För att säkerställa att CCA:er kan vara redo i tid och undvika att Augustinus lag förverkligas kräver A&D-företag nya metoder för produktutveckling som drivs av digital transformation.
CCAers snabba uppgång
CCAer förväntas flyga i luften mycket snart. Den första familjen av CCAer, YFQ-42 och YFQ-44, förväntas flyga för första gången före slutet av 2025. En viktig faktor i denna snabba utplacering ligger i den parallella utvecklingen av CCAerna med de sjätte generationens flygplan de är avsedda att stödja, till stor del tack vare systemtekniska metoder.
Systemteknik hjälper A&D-industrin att leverera mer kapacitet snabbare genom att utnyttja komplexitet. Systemtekniska tekniker gör det möjligt för ingenjörer att ta ett mycket komplext problem – eller i det här fallet ett mycket komplext enskilt flygplan – och dela upp det i flera integrerade lösningar. CCAer flyttar kapacitet från ett enda komplext flygplan till en familj av enklare, integrerade flygplan. Den parallella utvecklingen av dessa obemannade drönare, med deras bemannade motsvarigheter, gör det möjligt för militärer att leverera kapacitet snabbare.
CCAer är också billigare att designa, bygga och driva än bemannade flygplan. Även om ingenting kan matcha mänskliga piloters instinkter och skicklighet, tar det lång tid att få piloter redo att flyga. De måste genomgå tillräcklig fysisk och mental träning för att förstå de flygplan de är avsedda att flyga, och det kan ta två år och kosta 10 miljoner dollar att utbilda en enda F-35-pilot. Att upprätthålla deras kompetens är också dyrt. En enda F-35-flygtimme kostar 42 000 dollar. Däremot är kostnaden per flygtimme för en MQ-9 Reaper-drönare bara 3 500 dollar.
Medan CCAer är billigare att driva är målet med sex generationers CCA:er inte att ersätta mänskliga piloter. Istället kommer dessa CCAer att utöka kapaciteten hos de mänskliga piloter som kommer att flyga med dem, genom att placera sensorer på platser där det inte är säkert för mänskliga piloter att operera. De tillför artificiell intelligens (AI) till slagfältet för att förstärka mänskliga piloter så att de kan fokusera på viktigare uppgifter.
Programvaru-definierad luftfart (Software-Defined Aviation)
CCAer kan också uppfylla flera syften tack vare kraften i programvara. Istället för att vara utrustade för alla syften samtidigt är CCAer utformade för att vara modulära, kapabla att byta sensorer och elektronik och sedan ändra sitt syfte med bara en programvaruuppdatering. En CCA kan utrustas för rekognosering en morgon och sedan uppdateras och omrustas för ett helt annat uppdrag senare samma kväll.
CCAer är det ultimata exemplet på programvarudefinierade fordon. Deras flexibla hårdvara gör dem inte bara billigare att producera och snabbare att sätta in, utan deras programvara gör det också möjligt för dem att anpassa sig till vilket uppdrag de än behövs för, vilket möjliggör snabb utplacering för en mängd olika funktioner.
Drivna av digital transformation
Historien har visat hur kostnaden för militära flygplan och deras utveckling har ökat med deras komplexitet. Varje nytt instrument eller komponent kan medföra nya utmaningar för deras design eller produktion, såväl som oväntade problem som kan störa den snabba tid till kapacitet som A&D-företag strävar efter att uppnå. Dessutom måste CCAer produceras i högre volymer med flera varianter, något som många flyg- och rymdfabriker inte är utrustade för att tillverka.
Den fjärde generationens F-15 flög första gången 1972. Den nådde sin initiala operativa kapacitet (IOC) tre år senare. Femte generationens F-35s första flygning var 2006, men nådde inte IOC förrän 2015. Det är tre gånger längre än F-15ans. Sjätte generationens stridsflygplan och dess CCA:er kommer att ha ännu mer kapacitet, fler sensorer och mycket mer programvara än tidigare generationer. Betyder detta att F-47 kommer att behöva 27 års utveckling mellan första flygningen och IOC? Om industrin ska vända på Augustines förutsägelse måste den hitta nya sätt att omvandla sina utvecklingsprocesser.
Den omfattande digitala tvillingen i huvudroll
Lösningarna för att hantera denna komplexitet och navigera genom dessa utmaningar och problem ligger i digital transformation. Digital transformation innefattar digitala verktyg som A&D-företag kan använda för att optimera sina design- och produktionsprocesser. Grunden är den omfattande digitala tvillingen, den virtuella representationen av en produkt under hela dess livscykel, vilket säkerställer heltäckande datakontinuitet mellan aktieägare och samarbete över flera domäner från den tidigaste designfasen till drift.
Den omfattande digitala tvillingen kan gynna CCA-produktion på många sätt. Ingenjörer kan modellera och simulera drönardesigner innan de ens bygger en fysisk prototyp, vilket gör det möjligt för dem att upptäcka fel tidigt och ge dem mer tid att göra sin design så bra som möjligt. Det kan också användas för att modellera och testa tillverkningsprocesserna som bygger drönarna, en välsignelse för företag som vill bygga eller omvandla fabriker för de högre volymer och flygplansvarianter som drönarproduktion kräver. Möjligheten att simulera hela produktlivscykeln tidigt gör det möjligt för A&D-företag att inte bara producera de bästa drönarna utan också producera dem så snabbt och effektivt som möjligt.
En annan viktig komponent i digital transformation som kan hjälpa till att producera framtida drönare är artificiell intelligens. I likhet med hur mänskliga piloter kommer att stödjas av CCAer, kan AI förstärka ingenjörer och deras arbete, från att automatisera vardagliga uppgifter till att fungera som en andrepilot i designprocessen. AI:s roll som andrepilot utvecklas ständigt. Snart kommer ingenjörer att prata med sin andrepilot med naturligt språk och låta den justera sina drönardesigner i ett virtuellt designutrymme i realtid, och svara på deras begäran i muntliga krav. AI revolutionerar inte bara hur CCA:er drivs, det revolutionerar också hur de tillverkas.
Anpassning till en föränderlig värld
Världen förändras ständigt, och tekniken förändras med den. Samarbetande stridsflygplan är bara ett exempel på den moderna slagfältets omvandling. Oavsett om det handlar om att stödja framtidens flygplan eller att tillhandahålla rekognoscering på egen hand, erbjuder samarbetande stridsflygplan en ny, billig form av försvar med förmågan att anpassa sig och distribueras till alla situationer.
För att möta kraven från samarbetande stridsflygplan och utveckling av nya flygplan över hela världen måste företag fortsätta investera i digital transformation och använda innovativa verktyg som den omfattande digitala tvillingen och artificiell intelligens för att optimera drönardesign och anpassa sina produktionsprocesser för att möta önskade volymer. Detta kommer att säkerställa att Augustines förutsägelse om oöverkomliga, oproducerbara flygplan aldrig slår in.
Artikelförfattare: TOD TUTHILL
VP of Aerospace & Defense, Siemens Digital Industries Software
För den som vill veta mer om hur Siemens lösningar för flyg- och försvarstillverkning stöder den digitala transformationen, finns mer information på: https://www.siemens.com/aerospace-manufacturing
