淺談預(yù)測性維修對航空維修業(yè)的影響

李佳昊

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)、機器學(xué)習(xí)、AR等技術(shù)的興起，航空維修技術(shù)不斷升級。維修理念也正在從以定期檢查、提前更換為主要維修手段的預(yù)防性維修向基于數(shù)據(jù)分析和趨勢分析的預(yù)測性維修轉(zhuǎn)變。國內(nèi)外OEM廠商、MRO和航空公司都在努力開發(fā)預(yù)測性維修技術(shù)，提高維修效率，降低維修成本，提高飛機的運行質(zhì)量和安全水平。從技術(shù)發(fā)展、技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展障礙與挑戰(zhàn)、發(fā)展模式等方面論述了預(yù)測維修對航空維修業(yè)的影響。希望能對國內(nèi)OEM廠商、航空公司、MRO等開發(fā)預(yù)測性維修項目或開展預(yù)測性維修研究提供一定的借鑒和啟示。

關(guān)鍵詞：航空維修;項目;借鑒;影響

1 預(yù)測性維修的發(fā)展

作為當(dāng)前最新的飛機健康管理理念，預(yù)測性維修是指通過獲取飛機上每個部件實時的健康數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)流進行管理并且持續(xù)整合最新的維護記錄，通過算法對數(shù)據(jù)分類、分析、整合，以預(yù)測單個或多個部件的故障，實時管控整個機隊的狀況，從而降低維修成本，提升安全性。

基于 AI 的預(yù)測性維修在大數(shù)據(jù)的推動下，可以預(yù)測故障并提供相應(yīng)的維修措施，大大提升維修的效果和效率，降低不必要的成本浪費。目前，部分企業(yè)已經(jīng)意識到預(yù)測性維修的價值，率先開發(fā)了預(yù)測性維修平臺，如空客的 SKYWISE、漢莎技術(shù)的Aviatar、法荷航工程的 PROGNOS 等。

2 對現(xiàn)有維修理念和體系的影響

預(yù)測性維修的發(fā)展將對現(xiàn)有航空維修理念和維修體系造成重大的變革，無論是計劃性維修還是非計劃性維修維修模式都將會發(fā)生改變，維修效率也將有較大的提升，航空器的持續(xù)運行品質(zhì)和安全性也將顯著提高。發(fā)動機作為整架飛機價值最高的部件，業(yè)內(nèi)對發(fā)動機的趨勢監(jiān)控研究已持續(xù)了數(shù)十年。各大發(fā)動機廠商也都開發(fā)出了性能優(yōu)異的趨勢監(jiān)控軟件，幫助客戶提升發(fā)動機機隊管理能力，避免發(fā)動機突發(fā)故障造成不安全事件，做到“早發(fā)現(xiàn)，早排查”。近幾年非發(fā)動機部件方面的研究也開始興起，伴隨著波音787、空客 A350 等具有 E 化（數(shù)字化）能力飛機的出現(xiàn)，飛機傳感器數(shù)量上升到百萬級，數(shù)據(jù)采集能力大大提升，使之對飛機機上各部件進行監(jiān)控和預(yù)測性分析成為了可能。據(jù)空客介紹曾有一家地區(qū)性航空公司，希望提升客艙運行品質(zhì)。但他們面臨的問題是維護數(shù)據(jù)、客艙報告和故障信息難以整合，無法精確地掌握客艙維修狀況。而使用 SKYWISE 后，該公司將各類信息整合在了一起，識別出了長期存在問題的座椅，建立了優(yōu)先級不同的維修計劃。另外，還建立了每個座位上航電、娛樂系統(tǒng)的健康監(jiān)控趨勢。據(jù)悉，每年減少客艙維護成本200～ 400 萬美元。

3 發(fā)展障礙和挑戰(zhàn)

預(yù)測性維修對整個航空維修體系、航空器的運行安全有著明顯的促進作用，但也面臨著許多障礙和挑戰(zhàn)。其中包括傳統(tǒng)飛機數(shù)據(jù)缺乏、工程技術(shù)能力不足、數(shù)據(jù)使用限制等。有報告指出，預(yù)測性維修發(fā)展的最大障礙是缺乏工程專業(yè)知識，行業(yè)中具備有效實施預(yù)測性維修能力的公司為數(shù)不多，即擁有大型自有機隊或第三方數(shù)據(jù)且掌握了數(shù)十年的維修經(jīng)驗的公司很少。此外，缺乏數(shù)據(jù)共享、性能更優(yōu)、成本更低的機載通信服務(wù)，這些都在影響預(yù)測性維修技術(shù)的普及。

（1）數(shù)據(jù)缺乏預(yù)測性維修的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的主要來源是傳感器。傳統(tǒng)飛機的傳感器數(shù)量明顯少于最新的機型。例如，波音 777 能夠發(fā)出的警告數(shù)據(jù)是波音 737NG 的 4 倍。 裝 備 FOMAX（Flight Ops& MAintenance eXchange）系統(tǒng)的 A320飛機可利用參數(shù)為 24 000 項，每個航段可存儲約 12GB 的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量是未安裝 FOMAX 飛 機 的 數(shù) 倍。 因 此， 如 果要對傳統(tǒng)機型進行預(yù)測性維修，需要增加相應(yīng)的傳感器或者其他運行數(shù)據(jù)。增設(shè)傳感器又可能涉及物理限制和法規(guī)限制，這都對預(yù)測性維修的開展形成了很大的障礙。此外，盡管航空公司、 MRO對傳統(tǒng)飛機擁有更多的維護經(jīng)驗，但是由于缺少數(shù)據(jù)采集能力而導(dǎo)致維修數(shù)據(jù)缺乏;相比之下，新型飛機數(shù)據(jù)量大，且新飛機可靠性較高，能解決關(guān)鍵故障的預(yù)測，但是維護實踐經(jīng)驗較少。

（2）數(shù)據(jù)使用限制數(shù)據(jù)控制對于預(yù)測性維修技術(shù)的推廣影響很大。預(yù)測性維修極大地改變了航空公司與 OEM 廠商以及 MRO 的合作方式。然而，越來越多的 OEM 廠商因為數(shù)據(jù)保護等原因被限制訪問航空公司、 MRO 和其他參與者的運營數(shù)據(jù)。航空公司內(nèi)部系統(tǒng)的整合，數(shù)據(jù)接口問題同樣會妨礙預(yù)測性維修開展。另外，法規(guī)方面的限制也會阻礙了數(shù)據(jù)共享。因此發(fā)展新技術(shù)的同時，航空法規(guī)也需要進一步跟進，監(jiān)管者必須找到適應(yīng)新飛機維修方式的監(jiān)管方法。

4 有效開展預(yù)測性維修的途徑

目前，業(yè)內(nèi)關(guān)于預(yù)測性維修的討論非常熱烈。那么，除了加強收集數(shù)據(jù)、研究先進算法之外，應(yīng)當(dāng)如何才能有效開展預(yù)測性維修呢？筆者認(rèn)為需要從理念、方法、技術(shù)三個層面去分析。

4.1 理念層面

公司自上而下需要形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理念，思維模式要向數(shù)據(jù)驅(qū)動、數(shù)據(jù)決策轉(zhuǎn)變。將自身的實際情況、已有的維修經(jīng)驗、維修能力與預(yù)測性維修、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)結(jié)合，對公司管理流程進行再造，將運行數(shù)據(jù)盡可能地數(shù)字化，再與技術(shù)應(yīng)用進行深度融合。據(jù)悉，國內(nèi)航空公司已著手嘗試各種方式開發(fā)預(yù)測性維修應(yīng)用，以點帶面推動著數(shù)字化轉(zhuǎn)型。例如，廈門航空舉辦了維修數(shù)據(jù)算法大賽，通過競賽的形式激發(fā)員工開發(fā)數(shù)字化應(yīng)用。參賽選手利用發(fā)生故障前后 15 天的 QAR 作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，利用 Python 建立算法模型鎖定故障，預(yù)測故障。又如，春秋航空與空客合作開發(fā) SKYWISE 應(yīng)用;山東航空建立監(jiān)控軟件對波音 737 電子流量活門進行監(jiān)控等等。

4.2 方法層面

（1）自動化獲取數(shù)據(jù)。為了在采集數(shù)據(jù)時不給工程師增加額外負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)盡可能地自動化，如工作單卡中的檢查結(jié)果應(yīng)能自動提取形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，或利用無線射頻識別電子標(biāo)簽（RFID）和 3D 掃描技術(shù)等。目前，國內(nèi)外都有公司開始嘗試使用無人機巡檢收集檢測圖像和數(shù)據(jù)，工程師則在后臺進行圖像分析，并逐步利用機器學(xué)習(xí)工具進行圖像識別，確認(rèn)缺陷和失效。無論是航線維修或定檢維修，工程師都能方便地利用移動設(shè)備查詢預(yù)測維修的結(jié)果、工卡、維修手冊等。

（2）增加算法的可解釋性，充分信任預(yù)測結(jié)果。在數(shù)字化時代的工程師必須充分信任診斷的結(jié)論，而不僅僅是憑經(jīng)驗做出判斷。此外，算法工程師應(yīng)盡可能增加算法的可解釋性使工程師更相信預(yù)測結(jié)果。

（3）維修計劃智能化匹配。在制訂維修計劃時，需要利用數(shù)據(jù)確定何時進行計劃外的部件拆換;結(jié)合實際的運行環(huán)境和航班情況調(diào)整計劃性維修的實施時間。

5 結(jié)論與展望

相信在未來很長一段時間，預(yù)測性維修都會持續(xù)蓬勃發(fā)展， OEM 廠商、MRO 和航空公司對數(shù)據(jù)的爭奪也會進一步升溫，行業(yè)的競爭格局也將從目前群雄逐鹿的狀態(tài)發(fā)展成多寡頭壟斷的格局。合則利，預(yù)測性維修要取得最佳的效果，必需融合設(shè)計數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)。所以多方合作，加強數(shù)據(jù)整合是取得躍進式發(fā)展的必由之路。相信在底層框架，傳感器、算法等技術(shù)的不斷發(fā)展下，預(yù)測性維修將在航空維修中扮演越來越重要的角色，持續(xù)保證航空器的運行安全和運行品質(zhì)。

參考文獻：

[1]ISI 46.26.00016 FOMAX standards-description and roadmap.

[2]ISI 47.00.00036 IGGS–ACMS report 035.

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