诸如计算机辅助设计（CAD）或有限元分析（FEA）之类的仿真技术使航空航天工程师能够可视化复杂的零件几何形状，了解零件如何响应所施加的载荷（结构分析）并优化工具资源。数字孪生技术可实现机器资产监控和供应链管理。这些技术通过将重要的产品决策拉到更上游来进行，从而降低了成本，因为流程和仿真的成本比物理原型设计和测试便宜。

       类似的好处扩展到测试，在测试中，技术可以提高质量保证流程的效率。实时数据采集和处理，用于客户规格的数字存储库以及协作的工作流工具可加快产品推出速度。

       虚拟测试，使用计算建模和仿真来改善设计和材料特性，将设计暴露于实际负载和材料特性中，以便在不良结果发生之前进行识别。虚拟测试还可以优化维护，提高维护成本并降低保修风险。

案例分析

        2007年，联邦航空管理局（FAA）强制要求美国航空公司每季度为其每架波音777飞机冷启动辅助动力装置（APU）一次。越来越多的测试导致每年有三到四架APU被移除，这很昂贵，使飞机无法使用，并且在故障时产生令人不快的机舱气味。轴承故障是罪魁祸首，但美国航空公司无法确定问题的来源：是材料、设计、润滑剂，还是操作规范？

       为了找到答案，材料工程软件公司Vextec对新的APU轴承以及因操作而损坏的轴承进行了虚拟测试。该团队还评估了美国航空提供的一般运行条件说明。Vextec的模拟研究了与正常与冷启动，负载和设计以及润滑相关的灵敏度。研究表明，轴承设计是合适的，但是冷启动的方式导致了故障，需要更换润滑脂。

       在获得FAA对该解决方案的批准后，美国航空公司于2011年8月引入了新的润滑油和冷启动协议。从那时起，该航空公司就没有发生过APU故障，每年可节省多达400万美元。这一改进是在避免了高昂的物理测试费用和轴承的时间承诺的情况下实现的。此外，美国航空公司不必重新设计轴承，因为模拟测试显示这将导致更多故障。

工业4.0和AM

       虚拟测试是将航空制造业转变为工业4.0的众多技术之一。增材制造（AM）通过提出一种根本不同的飞机制造方式，在这一转变中发挥了更大的作用。

       随着增材制造在生产飞行关键金属零件方面的能力越来越强，它将影响原始设备制造商（OEM）以及维护，修理和大修（MRO）运营商。更好地控制生产量和及时制造可以降低OEM的成本。生产原本难以采购的替换旧零件将是MRO的主要收入来源。

       与使AM能够生产关键零件紧密相关的是有效认证AM内置零件的使用。由于AM工艺已显示出比常规工艺（如铸造和锻造）更具可变性，因此难以实施典型的质量保证/质量控制采样技术（例如，仅测试少量生产的零件）。使用产品性能的计算模拟进行虚拟测试可以提高关键用途的AM信心，而无需测试每个AM内置部件-类似于美国航空对其APU轴承所做的操作。

实施技术

技术采用的步骤包括：

       授权设计师。在产品开发生命周期的早期为设计人员提供更多可操作情报的技术消除了设计和制造中的死胡同。这可以大大减少开发新组件所需的时间，同时降低总体程序成本。

       优化产品生命周期管理（PLM）。PLM从早期设计阶段一直延伸到用户性能。可以同时解决PLM多个领域的技术（例如仿真软件）会使用可能的最大数据存储库对PLM进行优化，从而在整个生命周期中创建一个反馈环。

       利用第三方。软件订购通常包括技术和产品支持，在将技术集成到已建立的PLM工作流程时会增加价值。与直接购买软件相比，订阅还更实惠，更灵活。

       全面思考。AM以快速原型制造而闻名，在某些情况下可以处理生产。探索新技术如何整体适用于PLM，以确定其可以（或不能）应用的领域。

       遵守认证。用新的生产方法制成的现有零件可能很难认证。选择解决方案时，请设置方法以证明其符合质量标准，尤其是在可能尚不存在认证的情况下。

        航空航天制造商必须看到技术的真正含义：行业的未来。尽管最近几十年来取得了所有进步和改进，但与可能发生的事情相比，它们显得苍白无光，而且在许多情况下，对于那些拥抱机遇的人们来说已经是可能的。