Інтеграція ШІ в авіаційну промисловість: стратегії, переваги та приклади використання

Автоматизація та інтеграція ШІ в авіаційну промисловість — складне і відповідальне завдання, враховуючи низьку толерантність галузі до помилок. Проте воно критично важливе для розвитку індустрії: інноваційні процеси прискорюють розробку, виробництво та експлуатацію, одночасно знижуючи витрати та забезпечуючи максимальну безпеку.

Чи є інтеграція ШІ в авіацію реальною стратегією чи лише маркетинговим ходом для залучення інвесторів на тлі хайпу навколо ШІ? Ми розглядаємо це питання та аналізуємо наявні кейси використання ШІ, щоб оцінити їхній потенціал та корисність.

Перспективи та огляд ринку

Глобальний ринок ШІ в авіації прогнозується на рівні $5,6–5,8 млрд до 2028 року з річним темпом зростання 43,4%.

Перспективи розвитку та потенціал ефективності значні. За даними дослідження Valoir, 40% робочого дня в авіаційній галузі можна автоматизувати за допомогою ШІ, з яких 20% уже було автоматизовано за останні два роки.

Крім того, до 2026 року глобальний парк комерційних літаків може генерувати щорічно 98 мільйонів терабайт даних (бортові самописці, операційні системи та персонал), що створює подвійний позитивний ефект для розвитку галузі: потребу в підвищенні ефективності обробки даних та ресурс для навчання, тестування та вдосконалення технологій ШІ в авіації.

9 переваг фокусування на інтеграції ШІ в авіації

1. Швидке та ефективне вирішення складних галузевих проблем найоптимальнішим способом.
2. Надання необхідної основи для прийняття рішень на основі даних та більш точних прогнозів.
3. Стимулювання нових, більш ефективних винаходів та прискорення циклу від розробки до впровадження.
4. Підвищення безпеки, особливо в сферах, що сильно залежать від людського фактора.
5. Забезпечення безпеки як для людей (користувачів, персоналу, третіх осіб), так і для обладнання, програмних систем та даних, що вони містять.
6. Зменшення витрат.
7. Автоматизація рутинних процесів.
8. Оптимізація користувацького досвіду та підвищення орієнтованості на клієнта.
9. Допомога у подоланні дефіциту висококваліфікованих кадрів у авіаційній галузі.

Чи є це лише теоретичними перевагами? Ні, вони цілком вимірювані в грошовому еквіваленті. Ось кілька прикладів:

• Коли Swiss International Airlines почала використовувати ШІ для підвищення ефективності, компанія змогла оптимізувати понад половину своїх мережевих рейсів і заощадити понад $5 млн USD протягом року (Fortune).
• Цільові супутникові констеляції коштують сотні мільйонів доларів, але завдяки ШІ витрати можуть знизитися до $10–15 млн (Phantom Space).

10 ключових сценаріїв використання ШІ в авіації

1/ Оптимізація дизайну, тестування та виробництва:

• Генеративні алгоритми (GenAI) враховують такі фактори, як закони аеродинаміки та міцність матеріалів, підвищуючи ефективність проєктування.
• Діагностика потенційних точок відмов, автоматизація тестування, моделювання та симуляції оптимізують виробництво та відпрацювання сценаріїв.
• ШІ в авіації просуває розвиток через створення та удосконалення повних цифрових двійників або конкретних моделей і симуляцій авіаційних систем, забезпечуючи моніторинг і оптимізацію в реальному часі, спрощуючи дизайн, тестування та протоколи безпеки та зменшуючи витрати. Використовуються машинне навчання та передова аналітика для відстеження промислових даних із HMI/SCADA систем, сигналів тривоги, подій і змінних середовища.

Наприклад, ШІ оптимізує конструкції літаків для різних погодних умов, налаштовує форму крил для різних сценаріїв польоту, знижує витрати палива, керує турбулентними потоками під час тестування, удосконалює методи вимірювань, оптимізує авіаційні сплави та підготовку автономних літальних апаратів, підвищуючи ефективність і безпеку галузі.

Варто зазначити, що компанії, такі як GE Aerospace та Siemens Digital Industries Software, використовують ШІ для розробки автоматизованих систем тестування авіаційних двигунів, аналізу даних сенсорів та виявлення потенційних несправностей до їх виникнення.

2/ Автоматизація виробничих процесів:

• Роботизація та автоматизація рутинних, складних та повільних процедур.
• Автоматизований контроль якості для зменшення людських помилок та забезпечення відповідності стандартам безпеки.
• Зменшення втрат, простоїв, затримок у виробництві, скорочення витрат і підвищення продуктивності.
• Виявлення структурних ушкоджень та контролю міцності.

3D-друк на базі ШІ:

Аерокосмічна компанія Relativity Space майже повністю виготовляє ракети за допомогою 3D-друку. Її революційний металевий принтер “Stargate” станом на 2023 рік є найбільшим у світі. Використовуючи штучний інтелект і машинне навчання, компанія контролює та оптимізує процес друку, створюючи складні геометричні форми компонентів ракет.

Stargate – металевий 3D-принтер 4-го покоління. Джерело: Relativity Space

3/ Оптимізація управління флотом та бізнес-планування

1. Координація розкладів авіалайнерів та управління для запобігання зіткнень.
2. Оптимізація паливної ефективності: стратегічний, економічний та технологічний аналіз, а також моніторинг і управління витратами палива в режимі реального часу для конкретних літаків, маршрутів та авіакомпаній.
3. Планування встановлених маршрутів з урахуванням кліматичних моделей.
4. Планування складу екіпажу та персоналу враховує такі змінні, як обсяг польотів, резервний склад екіпажу, графіки відпусток, тривалість стоянок, пересадки тощо.
5. Прогнозна аналітика, посилена штучним інтелектом для аерокосмічної галузі, допомагає прогнозувати різні бізнес-показники (попит, сезонність, логістику тощо). Це дозволяє запобігти нестачі запасів, оптимізувати наявність запасних частин та знизити витрати.

Завдяки використанню ШІ для підвищення ефективності, авіакомпанія Swiss International Air Lines минулого року зекономила 5,4 млн доларів США та оптимізувала понад половину своїх рейсів.

Згідно з дослідженням McKinsey, ШІ може підвищити точність прогнозування ланцюгів постачання на 10–20%, що призводить до зменшення витрат на запаси на 5% та збільшення доходу на 2–3%.

1. Прогнозне технічне обслуговування, автоматизована інспекція та контроль якості

ШІ може аналізувати дані сенсорів літака для прогнозування потенційних відмов двигуна, гальм або інших критично важливих систем.

Різноманітні застосування включають:

• Планування та дотримання графіків перевірок, зіставлення з технічною документацією.
• Безперервний моніторинг систем та сенсорів.
• Прогностична аналітика щодо відмов та несправностей. Системи на базі ШІ можуть виявляти проблеми до того, як вони стануть серйозними, завдяки постійному моніторингу різних сенсорів та компонентів.
• Інспекції з використанням ШІ: візуальні, акустичні тощо.
• Аналіз даних обслуговування (обробка наявних масивів даних, де люди можуть пропустити щось або витратити більше часу).
• Налаштування оптимальніших параметрів на основі зібраних даних.

Особливі переваги цього випадку включають:

• Зменшення часу простою
• Зниження витрат через відмови продукту або процесу
• Мінімізація витрат на непотрібну заміну деталей
• Можливість збору всебічних даних для швидшого розуміння причин та проведення аналізу
• Впровадження більш ефективного управління запасними частинами

Видатні приклади:

Airbus та Palantir Technologies пропонують AI-рішення для авіакомпаній, такі як Skywise — система Big Data Analytics, спеціалізована галузева платформа, яка інтегрує дані про польоти, інженерні та операційні процеси для вирішення складних завдань у роботі авіакомпаній.

R2 Data Labs компанії Rolls-Royce розробила Інтелектуальний бороскоп з використанням обробки зображень та комп’ютерного зору, що скорочує час перевірки двигуна на 75%, економлячи до £100 мільйонів на витратах на інспекції протягом п’яти років.

Джерело: Rolls-Royce

Видатним і важливим прикладом наукових досліджень є використання машинного навчання (ML) та Інтернету речей (IoT) для прогнозування теплових характеристик у системах антиобледеніння крил літака.

Інтелектуальне прогнозування систем антиобледеніння крил літака (джерело)

4/ Допомога ШІ у польотах та авіаційній безпеці

Інтелектуальні системи управління польотами:

• Прогнозування повітряного руху в режимі реального часу та коригування маршрутів на основі ШІ, вирішення конфліктів і запобігання аваріям за допомогою алгоритмів ШІ, з урахуванням поточної місцевої погоди, трафіку та інших умов.

Lufthansa Airlines використовує ШІ для точнішого прогнозування вітру у Швейцарії. Покращене прогнозування вітру підвищило точність на 40%, що допомогло уникнути затримок та скасувань рейсів в аеропорту Цюриха.

• ШІ може виявляти аномалії в системах літака в реальному часі, запобігаючи аваріям і підвищуючи безпеку.
• Інтеграція ШІ з інструментами просторового картографування дозволяє обчислювати та аналізувати дані в режимі реального часу, сприяючи навігації та допоміжному пілотуванню.
• Оптимізація управління повітряним рухом: ШІ покращує координацію між диспетчерами та пілотами.
• Багаторівневі алгоритми можуть точно аналізувати прогнози погоди, що дозволяє застосовувати ШІ в авіаційній галузі для уникнення несприятливих погодних умов та зменшення затримок рейсів.
• Підтримка прийняття рішень та допомога пілотам у критичних ситуаціях: ШІ може допомагати пілотам у надзвичайних ситуаціях, автономно аналізуючи сценарії та, за потреби, беручи управління на себе.

NASA співпрацює з IBM Research для використання генеративного ШІ у створенні геопросторової базової моделі з використанням супутникових даних. Це дозволяє проводити геопросторовий аналіз у три-чотири рази швидше, ніж традиційними методами.

Авіаційні комунікації

Інтеграція мультимодальних моделей для обробки вхідних даних, їх аналізу, оптимізації та надання необхідної інформації у потрібному форматі є надзвичайно важливою.

Це особливо критично, враховуючи, що проблеми з комунікацією часто виникають через нестабільне з’єднання, поганий прийом та перешкоди. Такі проблеми не лише викликають незручності, а й становлять пряму загрозу безпеці. Тому будь-які зусилля, спрямовані на вирішення цієї проблеми, мають першочергове значення.

Загалом, оскільки електромагнітний спектр продовжує насичуватися комерційними та оборонними засобами зв’язку, радарами та побутовою електронікою, потреба у більш ефективному та адаптивному усуненні перешкод залишається загальним завданням.

Цей аспект підкреслює AI Center компанії Lockheed Martin, створивши команду Cognitive Signals and Systems.

Програмне забезпечення для розпізнавання мови в реальному часі може допомогти точно та своєчасно інтерпретувати комунікації з диспетчером повітряного руху, надаючи пілотам чіткі інструкції. Ця технологія забезпечує підтримку зв’язку пілотів із диспетчерами та надання критично важливої допомоги у відповідальні моменти.

Ключовим є безшовна інтеграція таких систем у існуючі авіонічні комплекси, щоб вони були застосовні для різних літаків загальної авіації.

Штучний інтелект та безпілотні літальні апарати (БПЛА)

Ця симбіоз грає важливу роль, особливо у завданнях, що потребують інспекції, з підтримкою технологій ШІ.

Компанії, такі як Boeing, продемонстрували успішні випробування систем колаборативного автономного польоту.

У сфері безпеки повітряного простору системи, такі як система запобігання зіткнень від Iris Automation (діапазон виявлення: 1,38 км), використовують ШІ для підвищення ефективності виявлення та ситуаційної обізнаності, що сприяє безпечнішому повітряному простору.

Джерело: Iris Automation

5/ ШІ + CX: Покращення взаємодії користувачів та персоналізація досвіду пасажирів і клієнтів

• Аналіз і управління пасажиропотоком, управління чергами, забезпечення необхідних процедур, процесів та протоколів.
• Автоматизація обслуговування клієнтів та розвиток систем самообслуговування – від чат-ботів і агентів на базі GenAI до мультимодальних кіосків самообслуговування, обладнаних текстовими, тактильними, аудіо- та візуальними сенсорами, що надають інформацію про стан рейсу та затримки в режимі реального часу (як у аеропорту Сінгапуру Чангі).

JetBlue оцінила переваги впровадження чат-бота – час спілкування в чаті скоротився на 280 секунд, заощадивши 73 000 годин роботи операторів.

• Моделі та агенти для персоналізованого користувацького досвіду – від рекомендацій щодо рейсів до інтерактивних персоналізованих систем розваг та обслуговування під час польотів.

Аеропорт Схіпхол у Амстердамі аналізує поведінку та вподобання пасажирів за допомогою прогнозної аналітики для надання індивідуальних рекомендацій щодо посадки, інформації про рейси та порад у подорожі.

6/ Безпека та виявлення загроз

• Програми біометричної ідентифікації планується впровадити в 77% аеропортів протягом наступних п’яти років. Технологія розпізнавання облич вже використовується у великих аеропортах для контролю пасажирів під час митного оформлення.
• Виявлення поведінкових аномалій для ідентифікації підозрілих осіб.
• Автоматизовані системи огляду багажу, включно з виявленням вибухівки, заборонених предметів та 3D-КТ технологіями, широко застосовуються в аеропортах.

Лабораторія транспортної безпеки Міністерства внутрішньої безпеки США оцінює технології ШІ та машинного навчання.

• Заходи кібербезпеки. Надійні системи кібербезпеки у поєднанні з моделями ШІ захищають дані компанії, включно з комерційними та військовими таємницями.

Відомі приклади: Cyber Assured Systems Engineering (CASE) від DARPA, Airbus Cybersecurity, Boeing Defense, Space & Security (BDS) тощо.

7/ Оптимізація ринкової стратегії, ціноутворення та управління доходами авіакомпаній

• Аналіз та прогнозування ринкових показників, попиту та бізнес-проблем за допомогою ШІ, Big Data, внутрішніх статистичних даних та аналізу відкритих джерел.
• Моніторинг та аналіз конкурентів.
• Прогнозування розміру ринку.
• Оптимізація цінової політики та ринкової стратегії на основі даних та прогнозів.

Delta Air Lines почала використовувати ШІ для підтримки ціноутворення та оперативного розповсюдження процедур серед агентів бронювання. Delta планує збільшити вартість активів на 2%, використовуючи технології ШІ для вирішення складних задач, що потребують обробки великих даних.

8/ Тренування пілотів, диспетчерів та наземного персоналу на основі симуляцій

Використання AR/VR-симуляцій із зворотним зв’язком та комплексних навчальних програм із підтримкою ШІ.

Симуляційні середовища для підготовки пілотів створюють реалістичні та складні сценарії.

Emirates Airlines планує використовувати генеративний ШІ для вдосконалення тренувань бортпровідників, співпрацюючи з AWS для створення платформ розширеної реальності.

9/ Використання ШІ для потреб оборонної промисловості

Від роїв дронів, призначених для бойових операцій, до розробки авіаційної зброї та зміцнення літаків, ШІ відіграє ключову роль у застосуванні в обороні.

• Розвідка на полі бою: ШІ допомагає у локальній розвідці та аналізі бойової ситуації.
• Військові стратегічні моделі: Системи на кшталт Gospel (Ізраїль) та Palantir AIP (США) сприяють глобальному стратегічному управлінню.
• Електронна війна (EW): Когнітивні EW-рішення з використанням ШІ та машинного навчання модернізують можливості EW.
• Виявлення бойових об’єктів та автоматичне розпізнавання цілей (ATR): Пасивні та активні сенсори на борту літаків забезпечують автономну роботу без GPS, зв’язку чи пілотів.

Технології дронів:

• Розумні багатокомпонентні системи дронів, прикладом яких є український Saker Scout, демонструють можливості машинного зору.
• Тактичні системи роєння дронів.

ШІ-рішення Lockheed Martin надають пілотам та командирам можливість швидкого прийняття рішень, зосереджуючись на розвідці, спостереженні та ISR-операціях у випадках, коли стандартний зв’язок обмежений.

Джерело: Lockheed Martin

10/ Використання ШІ для сталого розвитку та зменшення впливу на навколишнє середовище

Впровадження екологічно безпечного виробництва та операцій, використання альтернативних джерел енергії та безпечних матеріалів, зменшення вуглецевого сліду та економія енергії. Розробка програм та конкретних технологічних рішень для мінімізації викидів і шумового забруднення.

Висновок

Загалом, ШІ має значний потенціал у авіаційній промисловості. Завдяки підвищенню ефективності та точності тестувань, розробці більш точних моделей і симуляцій, створенню цифрових двійників, прогнозуванню потенційних відмов, оптимізації дизайну та моніторингу продуктивності в режимі реального часу, ШІ може підвищувати безпеку, знижувати витрати та покращувати продуктивність у авіаційній галузі.

Шукаєте рішення ШІ для авіації? Давайте поспілкуємося. Ми маємо те, що вам потрібно.