大模型原理與技術(shù)-課件 chap14 基于大模型的航空航天裝備制造

基于大模型的航空航天裝備制造計算機科學與技術(shù)學院智周萬物?道濟天下o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄2o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄3o

我國在大飛機制造方面實現(xiàn)了突破性進展，逐步建立起了相對完整的生產(chǎn)研制體系。當前C929已經(jīng)進入了詳細設計階段，第六代戰(zhàn)機（即人工智能控制的吸氣式高超音速戰(zhàn)斗機）已經(jīng)進入原型機研究階段。o

飛機制造橫跨多個關(guān)鍵階段:設計、材料選擇、數(shù)字化制造、測試驗證、驗證等多方面。

由于大飛機具有復雜性、可靠性、研制成本高的特征，大模型技術(shù)的融入將成為傳統(tǒng)航空領域的典范。

大飛機制造概述4o

設計階段l

工程師借助計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）工具進行初步設計。l

涉及結(jié)構(gòu)、空氣動力學、系統(tǒng)集成等方面復雜因素。l

精密設計奠定了整個飛機制造過程的基礎。o

數(shù)字化制造階段l

包括數(shù)字化加工、數(shù)字化裝配等。l

在加工階段。數(shù)控機床通過數(shù)字控制系統(tǒng)精確切削、成型金屬零部件，3D打印技術(shù)以逐層堆疊的方式制造出具有復雜結(jié)構(gòu)的零部件。l

在裝配階段，C919引入機身壁板自動鉆鉚設備、虛擬五軸自動制孔設備、壁板類自動裝配設備、機身/翼身自動對接設備等，實現(xiàn)部件裝配/對接自動化測量、定位及數(shù)字化制造協(xié)調(diào)和檢測等綜合技術(shù)的應用集成。o

測試驗證階段l

包括虛擬測試和實際測試，確保飛機達到最高標準的安全性和性能。l

虛擬測試可以通過大模型技術(shù)進行，模擬分級在各種飛行條件下的性能，降低實際測試的成本和時間。

大飛機制造概述5o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄6

設計和優(yōu)化中的應用

大模型助力飛機設計，為工程師提供先進的工具來優(yōu)化飛機的結(jié)構(gòu)和空氣動力學性能。、

7o

大模型賦能創(chuàng)成式設計:實現(xiàn)3DCAD的自主優(yōu)化設計，提升SiemensSolidEdge、PTCCreo等主流CAD的設計效率。o

未來基于云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，大模型將能夠自動生成或優(yōu)化大飛機設計方案，提高注入EDA、CAD、CAE等軟件設計效率和精度。o

Cadence公司推出了AllegroXAItechnology新一代系統(tǒng)芯片設計技術(shù)，利用生成式AI簡化系統(tǒng)設計流程，將PCB設計周轉(zhuǎn)時間縮短至原來的十分之一。

設計和優(yōu)化中的應用空氣動力學優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設計

大飛機整機外形檢測

8o

通過模擬和深度分析飛機各個部件的結(jié)構(gòu)，大模型使工程師能夠進行精準的優(yōu)化設計，旨在提高零部件的強度、降低重量，并確保整體飛機的安全性。o

典型應用案例：有限元分析。通過大模型進行細致的有限元分析，工程師可以針對機翼等部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而提高整個飛機的結(jié)構(gòu)強度。這種精密的結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅有助于減輕飛機的總重量，還增強了其整體性能和耐久性。o

大模型技術(shù)在空氣動力學優(yōu)化將發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過模擬飛機在不同飛行條件下的氣動性能，大模型幫助工程師優(yōu)化飛機的外形，以提高燃油效率和飛行性能。o

典型應用案例：中國商飛上海飛機設計研究院開發(fā)了“東方?翼風”大模型，利用華為MindSporeFlow流體仿真套件，結(jié)合流體領域?qū)＜医?jīng)驗和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維超臨界機翼流體仿真。在三維機翼幾何變化的情況下，全流場誤差達到了萬分之一，三維翼型仿真模擬時間降低為原來的千分之一，加速了飛機設計的效率。o

大模型技術(shù)將大飛機制造的領域知識融入到現(xiàn)有的深度學習網(wǎng)絡中，更加全面高效地對大飛機外形特征進行概括分析。o

大模型可以有效地構(gòu)建大飛機外形多模態(tài)數(shù)據(jù)集，有足夠多的樣本數(shù)據(jù)支持大模型訓練o機器學習領域最新的遷移學習、圖卷積網(wǎng)絡、注意力機制、Transformer、擴散模型等技術(shù)將能夠更深入地應用到大飛機整機外形檢測領域。o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄9o

航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè):是渦扇/渦噴發(fā)動機、渦軸/渦槳發(fā)動機和傳動系統(tǒng)以及航空活塞發(fā)動機的集研發(fā)、生產(chǎn)、維修保障服務的一體化產(chǎn)業(yè)集群。航空發(fā)動機運作過程:將燃料和空氣混合，經(jīng)過高溫高壓燃燒形成強大氣流，最終通過噴射口釋放出的噴氣推力，推動飛機飛行。

航空發(fā)動機概述10o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄11

航空發(fā)動機中的應用整機系統(tǒng)仿真燃燒室設計和優(yōu)化

材料研究和優(yōu)化

12o

大模型技術(shù)可用于模擬和優(yōu)化燃燒室的設計。通過考慮燃燒室中的流動、燃燒過程和溫度分布等因素，大模型幫助工程師優(yōu)化燃燒室的幾何形狀和燃燒過程，以提高燃燒效率、降低排放，并確保燃燒室的穩(wěn)定性。o

典型應用案例：使用大模型進行燃燒室的數(shù)值模擬，優(yōu)化噴嘴形狀和燃氣流動，以實現(xiàn)更完善的燃燒和燃燒效率。o

大模型技術(shù)可以用于模擬發(fā)動機在不同飛行條件下的工作。考慮到燃油供應、冷卻和排氣系統(tǒng)的各種因素，能夠在虛擬環(huán)境中對整個系統(tǒng)的性能進行詳盡評估。o

典型應用案例：在高溫環(huán)境中，冷卻系統(tǒng)的效率對發(fā)動機性能有著直接而關(guān)鍵的影響。通過仿真，設計者可以調(diào)整冷卻系統(tǒng)的參數(shù)，預測并改善發(fā)動機在各種氣候條件下的表現(xiàn)。o

大模型技術(shù)通過模擬材料的熱膨脹、熱傳導等性質(zhì)，大模型幫助選擇和優(yōu)化耐高溫、輕量化的材料。使用大模型對不同材料的熱膨脹系數(shù)、強度等進行模擬分析，以選擇最適合發(fā)動機工作環(huán)境的材料。o

流體動力學優(yōu)化l

大模型技術(shù)允許工程師對渦輪機械內(nèi)部的復雜氣流進行精確模擬。通過模型的幫助，設計者可以更好地理解氣體在葉片和靜子之間的流動情況。o

溫度分布模擬l

大模型技術(shù)使得工程師能夠模擬渦輪機械在不同工況下的溫度變化，包括考慮在高負荷、低負荷、啟動和停機等各種工作狀態(tài)下的溫度分布，從而為渦輪機械的設計提供全面的溫度數(shù)據(jù)。o

葉片結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化l

大模型技術(shù)使得工程師能夠模擬渦輪機械在不同工況下的溫度變化，有助于優(yōu)化冷卻系統(tǒng)設計和材料選擇。o

實現(xiàn)設計迭代l

大模型技術(shù)使得工程師能夠?qū)崟r觀察不同設計參數(shù)對渦輪機械性能的影響。通過模擬和分析，設計者可以快速了解每一次設計調(diào)整的效果。13

航空發(fā)動機中的應用渦輪機械設計o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄14o

航空機載設備與系統(tǒng)構(gòu)成了飛機的智能神經(jīng)系統(tǒng)，嵌入其中的一系列設備和系統(tǒng)旨在執(zhí)行多種關(guān)鍵功能和任務。o

包括多個系統(tǒng):導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等多個關(guān)鍵系統(tǒng)設備。

航空機制設備與系統(tǒng)航空機載設備與系統(tǒng)及配套是提高國產(chǎn)飛機性能、實現(xiàn)航空工業(yè)自主創(chuàng)新的重要保障。

航空機載設備與系統(tǒng)概述15o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄16

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用

飛機性能優(yōu)化o

氣動性能優(yōu)化o

發(fā)動機性能優(yōu)化o

飛行控制系統(tǒng)優(yōu)化o

…

…o

飛行狀態(tài)監(jiān)測o

緊急情況響應o

飛行路線優(yōu)化o

交互式虛擬駕駛艙o

…故障診斷和健康管理17實時決策支持o

實時監(jiān)測與傳感器融合o

故障診斷和根本原因分析o

健康指標建模o

預測性維護

o

…

…o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄18o

無人機：是一種通過無線電遙控設備或自主控制裝置操縱飛行狀態(tài)的飛行器。相較于有人機，無人機在作戰(zhàn)中具備靈活性強、作戰(zhàn)效費比高等優(yōu)勢。o

無人機集群:是由一定數(shù)量的同類或異類無人機組成，通過信息交互、反饋、激勵與響應的方式，實現(xiàn)相互間行為協(xié)同，適應動態(tài)環(huán)境，并共同完成特定任務的自主式空中智能系統(tǒng)。為了解決單一無人機應用的局限性，未來無人機的發(fā)展趨勢將是以集群的方式進行應用。

無人機智能集群概述19

無人機集群的關(guān)鍵技術(shù)20集群編隊控制任務協(xié)同路徑規(guī)劃多模態(tài)數(shù)據(jù)融合o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄21協(xié)同決策

無人機智能集群中的應用智能任務決策

22o

多模態(tài)大模型可以通過分析多模態(tài)數(shù)據(jù)，如圖像、聲音、雷達等，對無人機所處的環(huán)境進行高效感知，使其能夠識別地形、障礙物、天氣條件等關(guān)鍵因素。o

基于對環(huán)境的感知，通過學習大量的飛行數(shù)據(jù)和任務需求，模型能夠識別最優(yōu)的飛行路徑，考慮到風險、能源效率和任務優(yōu)先級等因素，從而實現(xiàn)更加智能化的路徑規(guī)劃。o

通過對實時數(shù)據(jù)的快速處理和分析，模型可以幫助無人機做出智能的決策，保證任務的順利完成。o

無人機群體的協(xié)同決策是指在一個由多個無人機組成的系統(tǒng)中，各個無人機通過相互溝通、信息共享和協(xié)調(diào)行動，以達成一致或協(xié)調(diào)一致的意見，并共同制定和執(zhí)行決策的過程。o

大型模型在集群編隊控制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過實時協(xié)同決策，使得無人機集群更加智能、協(xié)同的執(zhí)行任務，并在復雜任務中取得更出色的表現(xiàn)。o

大模型通過協(xié)同無人機之間的行動，確保它們以高度協(xié)同一致的方式執(zhí)行任務。這包括實時調(diào)整飛行路徑、協(xié)調(diào)動作、分配資源等，以最大程度地提高集群的整體效率。o

大模型在大飛機制造中的應用l

大飛機制造概述l

設計和優(yōu)化中的作用o

大模型在航空發(fā)動機中的應用l

航空發(fā)動機概述l

航空發(fā)動機中的應用o

大模型在航空機載設備與系統(tǒng)中的應用l

航空機載設備與系統(tǒng)概述l

航空機載設備與系統(tǒng)中的應用o

大模型在無人機智能集群中的應用l

無人機智能集群概述l

無人機智能集群中的應用l

典型應用案例o

思考

目錄23北京航空航天大學的智能無人機周堯明教授團隊利用大模型對多模態(tài)數(shù)據(jù)（如照片、聲音、傳感器數(shù)據(jù)）的理解能力，提出了一種基于多模態(tài)大模型的具身智能體架構(gòu)，即智能體即大腦，控制器即小腦的控制架構(gòu)。

典型應用案例智能體即大腦，控制器即小腦架構(gòu)24作為大腦的AeroAgent智能體是基于多模態(tài)大模型的自主實體臺歷，能夠感知、推理并采取行動來完成多個未計劃的任務，由自動計劃生成模塊、多模態(tài)數(shù)據(jù)記憶模塊和具身智能動作模塊三部分組成。

典型應用案例AeroAgent智能體25o

自動計劃生成模塊l

AeroAgent智能體集成了多模態(tài)數(shù)據(jù)流和跨順序幀的時間比較，利用多模態(tài)大模型有效地監(jiān)控和處理多模態(tài)態(tài)勢能力，為其決策過程提供信息，從而能夠自主地產(chǎn)生面向任務的計劃制定。o

多模態(tài)數(shù)據(jù)記憶模塊l

AeroAgent智能體集成了一個多模態(tài)記憶數(shù)據(jù)庫，用于多模態(tài)記憶檢索和反思，以更有效地利用多模態(tài)大模型的少樣本學習潛力。o

具身智能動作模塊l

為裝備有具身智能的無人機設計的專門的動作庫。該動作庫是為了匹配有效負載的特定組合，描述了一套可行的動作。ROSchain連接架構(gòu)，ROSchain連接架構(gòu)。ROSchain通過一組專用的模塊和api，促進了多模態(tài)大模型和無人機的感官、執(zhí)行和控制機制之間的通信。

典型應用案例ROSchain連接框架26o

ROSchain包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)模塊和功能模塊核心組件。它為AeroAgent提供了在無人機系統(tǒng)上注冊節(jié)點、訂閱主題、發(fā)布主題和請求服務的能力。這種集成過程簡化了將AeroAgent合并到現(xiàn)有的無人機系統(tǒng)或新系統(tǒng)的開發(fā)