航空發動機已經成為人類有史以來最複雜最精密的工業產品，每臺零件數量達萬件以上。航空發動機雖然只是飛行器的一個分系統，但其所涉及的學科和技術領域幾乎與整個飛行器相同，在許多技術上的要求甚至更高，可以說是集成了各個技術領域的尖端技術，是典型的知識、技術密集的高科技產品。其研製工作被稱作是在挑戰工程科學技術的極限，被稱為"工業王冠上的明珠"。
航空發動機的安全可靠性、燃油經濟性和全生命期成本是市場競爭的關鍵。作為全球三大航空發動機生產商之一，美國GE公司為了提高其核心競爭力和加強市場主導地位，在其航空發動機全生命期過程引入了增材製造和數字孿生體等先進技術，成功實現了企業的數字化轉型應用。
增材製造技術在航空發動機領域的廣泛應用，是促使GE向一家數字化工業公司演變的成功關鍵之一。增材製造技術使得GE航空發動機的優勢首先體現在零部件的輕量化方面，其次是通過產品設計優化和免組裝的整體式製造來提升航空發動機零部件的性能。例如，Catalyst渦槳發動機將855個零件通過增材製造技術組合成12個零件，減重5%；與同級別的發動機相比，Catalyst渦槳發動機的燃油消耗降低20%,巡航功率增加10%,大修間隔為4,000小時，比競爭對手多出33%。增材製造帶來的第三個優勢是，整體設計一體打印成形，使得零部件數量大幅度減少，進而大幅度簡化研發組織、供應鏈管理和維保服務。以CT7渦軸/渦槳發動機改進型的燃燒室中框架單元體為例（圖1、圖2）,採用增材製造一體化工藝後，原來的七個組件及其300個零件最終組合成一個零組件。除了減重十餘磅，研發團隊規模減少了一個數量級，供應商數量由50多降為一個，技術服務中心由五個降為一個。整體化設計同時減少了裝配過程，提高了性能和可靠性。減重則意味著全壽命週期使用成本的降低，數據系統的減少也減輕了IT系統的難度和負荷。這些特性使GE航空發動機產業數字孿生體的疊加效應放大許多倍。
圖1增材製造對航空發動機輕量化和減少零件數量的貢獻（來源:GEAviation）
圖2增材製造對研發組織、供應商管理、維保服務的簡化（來源：GEAviation）
為了驅動自身、客戶以及整個工業世界的數字化應用水平更上一個新臺階，GE公司基於工業互聯網應用，率先提出了數字孿生體概念。2016年，GE宣佈與ANSYS合作，共同打造基於模型的數字孿生體技術。通過此次合作，GE的數字部門、全球研究部門和產業部門與ANSYS一起，攜手擴展並整合ANSYS行業領先的工程仿真、嵌入式軟件研發平臺與GE的Predix平臺，從而在多種不同產業領域發揮數字孿生體解決方案的作用。將數字孿生體解決方案從邊緣擴展到雲端,不僅可加速實現ANSYS仿真價值，推動Predix平臺的應用，而且還能為探索突破性商業模型和商業關係創造新的機遇（圖3）。
圖3ANSYS和GE開展預測性維護應用（來源：ANSYS）
GE與ANSYS的合作表明，仿真技術不再僅僅只是作為工程師設計更出色產品和降低物理測試成本的利器。通過打造數字孿生體，仿真技術的應用將擴展到各個運營領域，甚至涵蓋產品的健康管理、遠程診斷、智能維護、共享服務等應用。例如，通過日益智能化的工業設備所提供的豐富傳感器數據與仿真技術強大的預測性功能雙劍合璧，幫助企業分析特定的工作條件並預測故障點，從而在生產和運維方面節約成本。大部分產品研發成本都鎖定在概念設計階段，使得早期快速迭代變得非常關鍵。GE通過執行快速的"假設"分析，用戶可在研發過程早期瞭解產品特性，避免在不切實際的設計上浪費時間，並且防止在驗證階段對設計返工。藉助數字孿生體技術，能幫助用戶以更少的成本和更快的速度將創新技術推向市場。
運用數字孿生體技術，能夠利用結構、熱學、電磁、流體和控制等仿真軟件進行單場研究、多場耦合研究，從而實現產品的設計優化、確認和驗證，以滿足相關的需求。同時，可以構建精確的綜合仿真模型來了解實際的產品性能，並持續創新，這些功能是傳統方法無法企及的。
GE認為，從概念設計階段開始建立航空發動機數字孿生體的過程更容易地將設計和結構模型與運行數據相關聯。反過來，發動機數字孿生體還能有助於優化設計，提高生產效率。目前，GE的數字孿生體技術正在向這方面發展，它通過彙總設計、製造、運行、完整飛行週期和其他方面的數據，以及在物理層面對發動機的瞭解，預測航空發動機的性能表現：
・將航空發動機實時傳感器數據與性能模型結合，隨運行環境變化和物理發動機性能的衰減，構建出自適應模型，可精準監測航空發動機的部件和整機性能；
・將航空發動機歷史維修數據中的故障模式注入三維物理模型和性能模型,構建出故障模型，可應用於故障診斷和預測；
・將航空公司歷史飛行數據與性能模型結合並融合數據驅動的方法，構建出性能預測模型，預測整機性能和剩餘壽命；
・將局部線性化模型與飛機運行狀態環境模型融合並構建控制優化模型，可實現航空發動機控制性能尋優，使發動機在飛行過程中發揮更好的性能。
這些模型聯合刻畫出一個具有多種行為特徵的數字發動機，並向物理空間傳遞在特定場景下所呈現的行為信息，GE實現對航空發動機運維過程的精準監測、故障診斷、性能預測和控制優化。
基於航空發動機運維過程的數字孿生體應用，GE還正式發佈了預測性維修和維護產品——TrueChoice，幫助客戶優化全生命期內的擁有成本。
