先進技術が航空機積層造形用のデジタルスレッドを確保

2018年5月、ボーイングは、設計・製造段階で積層造形データを安全に管理・伝送し、知的財産権を保護し、データの傍受、破損、解読を防ぐためにクラウドサービス技術を導入すると発表しました。偶然にも、ムーグは4月に積層造形部品を追跡するためのブロックチェーンシステムを立ち上げ、GEは6月にブロックチェーン技術を使用して積層造形部品を追跡・確認する特許を取得しました。近年、製造業におけるサイバーセキュリティは、米国国防総省や航空機メーカーからますます注目を集めています。積層造形は、設計と製造プロセスが完全にデジタル化されており、ネットワーク化され分散化された生産という特徴があるため、セキュリティ上のリスクが特に顕著です。現在、業界では航空宇宙部品の積層造形におけるデジタル手がかりのセキュリティを保護するための高度な技術が数多く開発されています。

1. 航空機部品の積層造形におけるデジタル手がかりは深刻なサイバーセキュリティリスクに直面
2017年5月、米国上院軍事委員会は、国防総省のサプライチェーンで100万点以上の偽造部品の疑いが見つかったとする報告書を発表した。これらの偽造部品は、より安価で本物とほとんど区別がつかないため、厳格なテストや認証を経ずにサプライチェーンに入り込みます。積層造形の広範な応用により、航空部品の偽造リスクはさらに深刻になります。積層造形はデジタル世界と物理世界の交差点に存在するため、一方では、航空機メーカーは積層造形を適用する際、デジタル資産を保護する必要があります。他方では、サイバーセキュリティのリスクは、生産プロセス全体のデジタルおよび物理オブジェクトのいたるところに存在します。

積層製造サプライチェーンは、デジタルファイル、ネットワーク接続、デジタル通信に大きく依存しています。積層製造プロセスでは、製品の設計と製造プロセスに関連する大量のデータが生成され、製品のライフサイクル中に一連の情報が生成されますが、その多くは機密情報です。航空宇宙部品の積層造形のデジタルスレッドは、設計段階から製造段階、製品の納品、さらには製品の使用や廃棄まで続きます。積層造形部品のデジタルスレッド全体に、外部の関係者が部品やそのデジタルファイルとやり取りできるタッチポイントが複数 (場合によっては無限) 存在します。サイバーセキュリティのリスクは、積層造形のデジタルトレイルのあらゆる段階に影響を及ぼします。データや情報は、悪意のある者によって傍受、破損、または解読される可能性があり、製品の故障、知的財産権の侵害、偽造部品、および従来の製造プロセスでは遭遇しないその他の多くの脅威につながります。さらに、サイバーセキュリティのリスクは、サプライヤー、製造設備の所有者、製品の購入者、販売業者、ユーザーなど、サプライチェーンのあらゆる段階の参加者に影響を及ぼすため、包括的なサイバーセキュリティ対策を策定することがさらに困難になります。

積層造形のデジタルスレッドにおけるサイバーセキュリティのリスク（デロイト）
2. 業界では、航空部品の積層造形におけるデジタル手がかりのセキュリティを保護するために、数多くの先進技術を開発してきました。 従来、積層造形の知的財産を保護する方法としては、サイバーセキュリティを強化し、3D CAD ファイルに承認リクエストを含めることが挙げられますが、多くの形態の盗難を防ぐにはこれでは不十分な場合が多くあります。近年、業界では化学指紋技術、欠陥移植技術、クラウドサービス技術、最も人気のあるブロックチェーン技術など、一連の新技術が開発され、検証されています。

1.化学指紋技術 知的財産保護を専門とするInfraTrac社は、部品の積層造形工程中に金属やポリマーの表面下に化学タグを埋め込み、積層造形された部品に指紋に相当する検証コードを付加する化学指紋技術を開発しました。化学ラベルでは部品の材料と互換性のある配合が選択され、会社はユーザーとともにテストを行い、部品の性能に影響がないことを確認します。化学タグの場所と配合は会社とユーザー以外には秘密にされ、オペレーターはいつでもハンドヘルドの市販の近赤外線分光計でタグをスキャンして、コンポーネントがどこで誰によって製造されたかを特定できます。同社は2016年8月、ペンシルベニア州立大学の先端研究研究所および直接デジタル堆積材料革新処理センターと共同で、Ti6Al4Vチタン合金に基づく研究を完了しました。チームはオプトメックの3Dプリンターを使用して、多数のチタン合金部品を積層製造しました。チタン合金粉末を層ごとに堆積させる際、プリンター独自のデュアル粉末供給ノズルを通じて、各部品の異なる位置と異なる堆積層に化学タグが埋め込まれました。部品はメリーランド大学の高度ライフサイクルエンジニアリングセンターで蛍光X線分光光度計を使用してテストされ、すべての部品でタグが正常に検出されました。この目的のため、米国国防総省が主導する国立付加製造イノベーションセンターは、同社に 2016 年中小企業付加製造チャレンジ賞を授与しました。

化学タグをスキャンして部品を検証します (InfraTrac) 2.欠陥注入技術 ニューヨーク大学の研究者らは、偽造者が盗んだ設計ファイルを使って違法に模造部品を製造するのを防ぐため、CAD ファイルに状態ベースの欠陥タグを挿入する欠陥埋め込み技術を開発した。 CAD ファイルを AM マシンが読み取れる形式に変換する場合、メーカーは堆積速度、三角形/多角形の測定パラメータ、印刷方向などのパラメータを定義する必要があります。偽造者は、設計どおりに印刷するために正確な部品パラメータを知っていなければなりません。そうでなければ、検出がほぼ不可能な特定の欠陥が現れます。 2018 年 7 月、研究者らは QR コードを 3 次元ピクセルクラウドに拡張した欠陥ラベルを提案しました。これにより、積層造形された部品にはピクセルクラウド内に小さな欠陥が配置されます。正しい方向からスキャンすることによってのみ、固有のソース QR コードを識別して部品情報を読み取ることができ、偽造者がそれをリバースエンジニアリングするのを防ぐことができます。研究者らは、さまざまな航空宇宙グレードの材料、付加製造技術、ピクセルクラウド分布構成のストレステストを実施し、これらの欠陥が構造の完全性と強度性能にほとんど影響を与えないことを確認しました。

3D ピクセルクラウドがソース QR コードを隠す (ニューヨーク大学)
3.クラウドサービス技術 イスラエルのAssembrix社がクラウドサービス技術を用いて開発した「仮想製造空間」ソフトウェアは、積層造形の仮想化を実現します。つまり、特定の部品サイズに応じて、利用可能な積層造形装置リソースが多数の顧客にリアルタイムで割り当てられ、製品を生産します。クラウドベースのサービスは、タスクの配布（設計ファイルなどの情報の送信）および製造プロセス中に顧客のデータが傍受、破損、または復号化されることを防ぎます。ボーイングは2018年5月、世界中の20の工場の積層造形能力において、初期部品モデルから確認済みの物理部品までの積層造形デジタルスレッド全体を監視するこの技術を導入し、社内ユーザーまたは外部の顧客に積層造形装置を割り当てて監視することで、設計と製造プロセス全体を完全に自動化および制御可能にし、装置の利用率とボーイングの投資収益率を向上させると発表しました。

仮想製造空間ソリューション（Assembrix）の図解4。ブロックチェーン技術 ブロックチェーン技術は、積層造形サプライチェーンネットワークと知的財産を保護するための最新のアプローチです。世界的な情報技術企業であるウィプロは、この技術が航空積層造形の分野で大きな可能性を秘めていると考え、偽造防止、飛行認証追跡、サプライチェーンの可視化、物理的な製造のための4つのブロックチェーンベースのソリューションを開発しました。付加製造のためのデジタルファイル、製品、認証、パッケージング、配送はブロックチェーンレジストリに登録され、サプライチェーン内のすべてのパートナー間で渡されるときにステータス情報が更新されるため、ビジネスプロセスが簡素化され、透明性が向上し、リスクが軽減されます。ウィプロは、同社が提携している航空機メーカーが製造および認証システム向けのブロックチェーン・システムワン・ソリューションの恩恵を受けていると述べた。

2017年5月、米海軍はブロックチェーンシステムを導入し、積層造形設備の管理と部品のデジタル痕跡の追跡をテストした。最初の対象はF-18艦載機だった。F-18の着陸装置の部品が空母上で破損したため、ボーイングの知的財産権を保護しながら、積層造形法でスペアパーツを生産する必要がありました。ブロックチェーン技術が解決策を提供します。海軍の部品管理システムがブロックチェーン台帳会計を採用できれば、航空母艦の積層造形装置は製造された各部品を安全に記録し、対応する特許料をボーイング社に支払うことができる。これによりサプライチェーンも最適化され、海軍は完全な着陸装置アセンブリを注文する代わりに必要な部品を直接生産できるようになり、遊休在庫が削減され、最前線の戦闘能力が向上します。

2018年4月、Moogはブロックチェーン技術を使用してサプライチェーンをデジタル管理するVeriPartソリューションを発表し、ST Aerospaceと共同で積層造形で検証しました。 VeriPart は、安全で追跡可能なデジタルサプライチェーンの構築をサポートし、分散ネットワーク上の各付加製造部品のソースを提供し、ブロックチェーンテクノロジーを通じてすべての部品情報を製品ライフサイクルの各段階に同期できるようにします。各トランザクションは共有分散台帳に記録され、承認されたトランザクションクエリと情報の追跡可能性をサポートします。製造段階でのデータ交換のセキュリティを保護するために、VeriPart はブロックチェーンを通じて信頼メカニズムを確立します。特定の分散製造ネットワークのメンバー間の信頼レベルに基づいて、各トランザクションリンクで発生する可能性のあるセキュリティの脅威を評価し、必要に応じて予防措置を講じます。 VeriPart と米国国防総省の付加製造システムの統合をさらにテストおよび改善し、安全な環境でのレガシー部品およびデジタルサプライチェーンの付加製造に対するブロックチェーンテクノロジの適応性を評価するために、Moog は国立製造科学センターと 18 か月間のプロジェクト契約を締結し、Microsoft Azure プラットフォームを通じて VeriPart を検証しました。このプロジェクトの成果は、国防兵站局、海軍航空システム司令部、ライト・パターソン空軍基地などの軍事機関によって活用され、戦闘員の兵站負担を軽減し、戦闘準備態勢を改善するのに役立つ。

VeriPart ブロックチェーンソリューションの図解 (Moog)
2018 年 6 月、GE は「製造履歴の分散型元帳会計を実装するための手段とシステム」と題する特許を取得しました。この特許は、製造設備制御命令を含む製造ファイルを読み取り、特定のバッチの製造媒体を示す材料識別子を受信し、分散型台帳を通じて製造ファイルと材料識別子の正確性を確認し、製造ファイル生成元または特定のバッチの製造媒体のソースの少なくとも 1 つを検証し、製造ファイルを使用して製造設備を制御し、特定のバッチの製造媒体を使用して部品を製造し、部品が製造された後、製造された部品の取引情報を生成して分散型台帳に入力し、製造ファイル生成元または特定のバッチの製造媒体のソースの正確性確認結果を示すことができる付加製造システム制御装置を提案している。 GE Aviation は近年、付加製造技術と設備に多額の投資を行っており、この特許により、付加製造プロセスとサプライチェーンの安全性と制御性が向上します。

3. 結論 航空業界では、主要部品の製造に積層造形を採用する傾向が強まっており、この完全にデジタル化された設計および製造アプローチに内在するサイバーセキュリティのリスクは、軍事ユーザーや航空機メーカーによってますます深刻に受け止められるようになっています。航空業界では、航空積層造形におけるデジタル手がかりのセキュリティを保護するために、物理、化学、ネットワークに基づく多くの先進技術を開発しており、これにより航空分野における積層造形の応用がさらに促進され、将来の航空研究および生産モデルの変革が加速されます。

著者：陸志軍、劉亜偉出典：航空宇宙防衛観測

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