美國航空航天中的產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量管理

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"我們的每一個產(chǎn)品（導(dǎo)彈，戰(zhàn)斗機等），其突破性進展都是在JMP的幫助下實現(xiàn)的。"——Dimitri Mavris 宇航系統(tǒng)研發(fā)實驗室（ASDL） 喬治亞科技中心總監(jiān)
　　通過交互分析找到關(guān)鍵因素(Exploring options interactively)
　　在NASA, 一些基于物理學的計算方法還不錯，但是那些方法一來運行費用很昂貴，二來沒法在實時環(huán)境里面運行。然而高效的研發(fā)要求人們必須工具實時（檢驗或者生產(chǎn)）建模的結(jié)果作出快速決策。 那么Mavris的挑戰(zhàn)就是，他的團隊如何通過交互分析找到關(guān)鍵因素呢？尤其當運行一個設(shè)計假設(shè)需要好幾個小時的時候？ 答案是：Surrogate Modeling(替代建模). 正如字面所揭示的那樣，替代建?？梢悦枋霭嘿F的物理建模、專有數(shù)學模型以及高強度的模擬仿真。
　　替代建模實際上已經(jīng)成為ASDL在大型項目、保密項目中的標準溝通語言。如果工程師分析所有實時參數(shù)，那么所有供應(yīng)商和研發(fā)合作機構(gòu)就不得不彼此分享他們的專利/產(chǎn)權(quán)信息：而這些是大多數(shù)公司所不愿意提供的。這樣的背景下，替代建模是一個安全的共享信息的方法，同時又不必擔心關(guān)鍵信息泄漏：因為這些模型沒法被反向破解。
　　想象一下一個大型開發(fā)項目，政府投入了巨額資金，但是好多年過去了仍然沒有成品……這樣的研發(fā)最頭疼。 工程師不應(yīng)該被目前的參數(shù)所限制，而且，這些“當前參數(shù)”很容易被生產(chǎn)線迅速更新，而變成“過期參數(shù)”。研發(fā)人員應(yīng)該更多使用變量而非常量去對產(chǎn)品的特性進行考察。因此，變量的多少和變量的代表性對產(chǎn)品研發(fā)大有影響。 Mavris說，“通常我們需要處理的變量非常多。大量變量組成了巨大的數(shù)據(jù)集。JMP的替代建模方法可以輕易處理大批量數(shù)據(jù)，找到規(guī)律性的模型，大大加速了數(shù)據(jù)分析的效率”
　　采用過濾型蒙特卡洛(Filtered Monte Carlo in action)
　　ASDL的另一種重要的建模方式：過濾型蒙特卡洛。高級研究員Pat Biltgen演示了將JMP應(yīng)用于包括空襲飛行器和防空掩護在內(nèi)的軍事目標模擬。這樣做的目的是了解武器系統(tǒng)是如何瞄準目標，成功系統(tǒng)的特質(zhì)又是如何。此項研究的技術(shù)核心問題是需要快速地執(zhí)行概率分析和將復(fù)雜的大型分析結(jié)果可視化可視化。
　　在替代建模的理念指導(dǎo)下，應(yīng)用基于物理學高度近似的設(shè)計工具能夠迅速地創(chuàng)建出要點設(shè)計方案。替代建模還能夠使高速運作的蒙特卡洛模擬幾乎同步進行。這兩項技術(shù)的整合使基于能力的設(shè)計和技術(shù)探索成為可能。使用子系統(tǒng)層面的輸入?yún)?shù)的均勻分布，使得計劃設(shè)計方案在整個系統(tǒng)層面上的效率可以得到快速評估。 然后，通過添加最高層面的限制條件和識別系統(tǒng)、子系統(tǒng)等各層面的遺留方案，過濾型蒙特卡洛技術(shù)被用于“過濾”或減少成百上千的解決方案的數(shù)量。
現(xiàn)在，這個工作已從探索一個復(fù)雜的多維數(shù)學空間轉(zhuǎn)變?yōu)楸憬菘焖俚哪M數(shù)據(jù)庫查詢。即使存在數(shù)十萬級的點，工程師們也可以從各個方向用圖形的方式，如散點圖矩陣，觀察到所有的可能性。之后，他們開始處理這些點，選中合適的，排除不合適的，直到圈定點所組成的機會空間滿足他們的要求。
　　普通的描述一般至多只能在同一時刻展示三維變量，而過濾型蒙特卡洛展示了更多維度的機會。每一個點就象一個探針，沒有被現(xiàn)有限制條件排斥在外的各個保留點都會有進一步的定義機會。這正是ASDL研發(fā)工程師們所追尋的功能。數(shù)據(jù)優(yōu)化只能找到一種解決方案，但過濾型蒙特卡洛會找到高度可行的整合方案。它會提供多種選擇，因為畢竟存在多種方式去實現(xiàn)目標。
　　在這類研究中的另一項技術(shù)是曲面刻畫特征，它能夠生成一個三維“立方體”，演繹由替代模型捕獲的參數(shù)曲面。談起在空軍模擬中團隊所展現(xiàn)的64種離散行為，Biltgen興奮地說：“我們通過JMP軟件生成了有八個立方體圖形，當參數(shù)的滑動條移動時，所有的立方體開始進行相應(yīng)的變化，好像當場跳起了‘霹靂舞’。這實在是個了不起的功能！”在圖形的狀態(tài)下同時查詢復(fù)雜多維空間的能力使用戶可以進行基于能力的設(shè)計。Biltgen還說到：“我們的主要問題是我們生成了數(shù)十萬以上的設(shè)計，但沒有人能夠看清楚這么多的設(shè)計。JMP的可視化功能將決策融入了過程之中，使他/她能夠看到用其他方式無法解釋的大量信息。考試大編輯整理
　　“在航天航空產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)中，分析工具的交互性是最最關(guān)鍵的?！报CMichelle Kirby
　　在ADSL的另一個項目中，可以用“可怕的”來形容下一代的商務(wù)飛機。工程師們在設(shè)計的早期階段權(quán)衡地分析各項性能，包括低噪音要求，環(huán)境排放標準和燃料消耗目標等。“這種方法論描繪了整個系統(tǒng)指標的推進特征，整個設(shè)計空間也因此得到了有效檢驗?！?Simon Briceno和Mavris在利用JMP的響應(yīng)曲面方法進行靜音型超聲波飛機引擎性能綜合分析的項目中這樣寫道。這個設(shè)計的核心是一種分析手段，在設(shè)計空間中檢驗每一個備選方案。
　　項目的結(jié)果是：靜音型超聲波飛機引擎的性能達到了各項指標，而且成本很低?！八麄兪箾Q策者在設(shè)計早期就能夠權(quán)衡利弊，預(yù)知權(quán)衡后在系統(tǒng)側(cè)面上的后果。同時，設(shè)計者也可以知道不同的設(shè)計參數(shù)會導(dǎo)致響應(yīng)變量出現(xiàn)怎樣的變化?！?
　　在一篇為世界航空大會（World Aviation Conference）所寫的文章中，ASDL’s Peter Hollingsworth和Mavris看到了超高音速戰(zhàn)斗機的實際場景。戰(zhàn)斗機將比音速快五倍。他們還在開放和展開的要求下進行了概念探索。有這樣一個假象問題：如果他們將超高音速飛機從機場起飛變?yōu)榕炤d，會發(fā)生怎樣的情形？文章中這樣寫道：設(shè)計人員很可能在初始設(shè)計中從未考慮過艦載而必須實施的模塊化和技術(shù)。正是由于這點，突然增加的艦載要求會導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法實現(xiàn)。超高音速戰(zhàn)斗機，超音速噴氣飛機，或者其他復(fù)雜系統(tǒng)的無法實現(xiàn)是任何人都不愿看到的。Kirby說：“最好在設(shè)計的初級階段就權(quán)衡地考慮所有要求，假想場景能夠被真實顯現(xiàn)，許多相互矛盾的地方被充分考慮。這一點很重要，而JMP正好善于此道。幸好，我們也是JMP的超級用戶。”