大數(shù)據(jù)技術(shù)在飛機(jī)維修中的應(yīng)用

劉晴

摘 要：在當(dāng)前信息化時代，大數(shù)據(jù)技術(shù)得到了極大的發(fā)展，但是主要是被使用在以互聯(lián)網(wǎng)為代表的第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部，至于當(dāng)前的航空工業(yè)領(lǐng)域，該技術(shù)似乎沒有將其價值完美的體現(xiàn)出來。但是實(shí)際上，大數(shù)據(jù)技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用還是比較廣泛的，主要就是使用在飛行器設(shè)計、故障檢測和設(shè)備維修保養(yǎng)等方面，這是值得相關(guān)人員花費(fèi)精力與資源進(jìn)行深入探討的。文章以大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵理念為切入點(diǎn)，將研究對象設(shè)定為飛機(jī)維修大數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，剖析了其實(shí)際存在的問題，同時得出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：航空工業(yè)；大數(shù)據(jù)；系統(tǒng)級故障預(yù)測；應(yīng)用展望

中圖分類號：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0014-01

1 大數(shù)據(jù)的定義

在上世紀(jì)九十年代中期，知名學(xué)者John Mashey在“Big Data and the Next Wave of InfraStress”學(xué)術(shù)演講中首次引入“大數(shù)據(jù)”理念。下面我們對大數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，其指的是數(shù)據(jù)量龐大，已經(jīng)超越了當(dāng)前數(shù)據(jù)管理工具管理范圍的數(shù)據(jù)。在學(xué)術(shù)角度一般使用4V（Volume，Velocity，Variety，Value）概念對其描述：即有著大容量、高速率、多樣式以及高價值。在當(dāng)前，大數(shù)據(jù)已經(jīng)不僅僅局限于以往狹隘的定了，其已經(jīng)發(fā)展成了一種廣義的概念，不僅是一種簡單的數(shù)據(jù)形式，而且還涵蓋了諸如采集、處理、分析等一系列相關(guān)技術(shù)手段，已經(jīng)變成了一種統(tǒng)一的理念。

2 大數(shù)據(jù)與航空器維修

在航空時代來臨之初，航空器維修一般都是限制在某個零件，又或者是某一特定的系統(tǒng)，某一確定的時間，定期對航空器展開維修檢測，使得航空器能夠隨時安全穩(wěn)定的飛行。在這里我們引入一個定時預(yù)防性的概念，它的提出是考慮到設(shè)備使用會隨著時間而日益磨損的實(shí)際情況，在部件安全隱患還沒有爆發(fā)之前，就做好相應(yīng)的預(yù)防工作，輕者進(jìn)行簡單的修理，嚴(yán)重的就要進(jìn)行必要的更換了，這才是預(yù)防性維修的真諦。不過，這樣的預(yù)防性定時維修也有很大的缺陷，因?yàn)檫@難免會產(chǎn)生很多不必要的修理，比如一個零件，其被檢測出存在安全隱患需要被更換處理，但是其使用期限并未達(dá)到，其價值就根本沒有充分的發(fā)揮出來。大量飛機(jī)設(shè)備是經(jīng)不起高頻率的維修的，故而飛機(jī)整體的維修成本就會變得異常之高。

在當(dāng)前，各種航空器都在實(shí)現(xiàn)設(shè)備上的更新?lián)Q代，以此來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全性能的提升。舉例而言，航空界大佬ARINC公司就研發(fā)出了一種用于飛機(jī)狀態(tài)分析和管理的系統(tǒng)（外界稱之為ACAMS），該系統(tǒng)的功能就是，盡可能的采集多種設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，然后匯總加以處理，找出可能存在問題的零件，并評估出它對飛機(jī)正常運(yùn)營會帶來多大的影響，然后將所有信息傳輸?shù)降孛嬲荆@樣地面的維修人員就能夠事先有所準(zhǔn)備，不論是在器材上還是在技術(shù)上都可以做好預(yù)演工作，只要飛機(jī)降落到地面，便可以在第一時間進(jìn)行維護(hù)，最大限度的減少對運(yùn)營的影響。但是，波音公司最新研發(fā)的飛機(jī)狀況管理系統(tǒng)（下文直接簡稱為AHM）就能夠?qū)︼w行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后傳送到航空公司地面站，與此同時，也能夠找出故障地點(diǎn)，同時制定針對性的修理方案。根據(jù)波音公司相關(guān)分析人員的評估，自從使用了AHM，航空公司大概節(jié)省了四分之一的無端消耗，以往這種費(fèi)用都被用于因故障導(dǎo)致的延期或航班的取消。再從飛機(jī)日常維護(hù)的層面來分析，當(dāng)前民航用的最多的就是SAP數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)服役超過了十五個年頭。其能夠根據(jù)不同的實(shí)際情況制定相應(yīng)的解決方案，我們相信隨著時間的推移，該技術(shù)必將不斷的取得新的突破，達(dá)到更加精細(xì)化的水平。

對運(yùn)營方而言，該產(chǎn)業(yè)的核心在于飛機(jī)的飛行線路以及對客戶的管理情況，但是反觀維修行業(yè)，只有具有快速反應(yīng)、專業(yè)技能高超的維修團(tuán)隊(duì)才是后勤保障的關(guān)鍵。SAP航空維修處理方案主要包括三大部分，它們分別是基地維修、外場維修以及部件維修，以及包含財政、備用件、采購等多項(xiàng)業(yè)務(wù)。在進(jìn)行一項(xiàng)工程的維修時，借助批次和序列號兩種途徑進(jìn)行管控，能夠清楚的記錄下飛機(jī)上每個部件的維修及更換情況，將出現(xiàn)故障的概率盡可能的降到最低。據(jù)SAP負(fù)責(zé)人表示，飛機(jī)自身也在向著智能化邁進(jìn)，能夠自主的采集數(shù)據(jù)信息。下面我們將波音787飛機(jī)作為研究對象，對其客艙壓力、高度、油料消耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)其總量能達(dá)到0.5TB以上，如此龐大數(shù)據(jù)的處理方法也成了研究人員頭疼的一個問題。在很多行業(yè)內(nèi)部，預(yù)測系統(tǒng)的研發(fā)一直都是核心技術(shù)難題，究其原因在于，預(yù)測結(jié)果基本不具有可信性。所以業(yè)界對SAP的使用充滿了期待，他們關(guān)注的重點(diǎn)都在該系統(tǒng)能否可靠地預(yù)測飛機(jī)故障。SAP是可以便捷的儲存這些數(shù)據(jù)信息的，而且還可以隨時調(diào)出想要的數(shù)據(jù)。簡而言之，就是能夠搭建故障分析模型，然后據(jù)此推測出飛機(jī)上已經(jīng)存在的或者是即將出現(xiàn)的問題，這也正是預(yù)測性的體現(xiàn)。在成本數(shù)據(jù)上來看，保守估計較之以往維修模式，預(yù)測性維修大概能夠省下百分之十八的費(fèi)用。

3 航空大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在系統(tǒng)級故障預(yù)測領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 飛行器系統(tǒng)級故障的特點(diǎn)

當(dāng)前，在航空領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)是十分有前景的，而后者的核心在于系統(tǒng)的故障預(yù)測分析。飛行器發(fā)展至今已經(jīng)成為了各項(xiàng)技術(shù)的集合體，某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題可能就會導(dǎo)致相鄰系統(tǒng)發(fā)生故障，然后帶來整個飛行器的報廢，故而，當(dāng)前航空界的焦點(diǎn)之一就是對飛行器系統(tǒng)的故障預(yù)測技術(shù)。對此分析大概有三點(diǎn)難題急需處理：其一，就是兩個個體之間的相互影響，或者也可以理解成一種博弈關(guān)系；其二，就是飛行器自身和外界環(huán)境的相互影響，這種關(guān)系也可以稱之為反饋；其三，總結(jié)起來就是涌現(xiàn)性。在整個科學(xué)體系中，諸多部分按照一定的規(guī)律或者是內(nèi)在聯(lián)系集合為一個系統(tǒng)，這將是一個全新的整體，這種體系的價值是單個部分，乃至于各部分集合都難以達(dá)到的，系統(tǒng)科學(xué)將之稱為整體涌現(xiàn)性（英文意為Whole Emergence）。此外，飛行器內(nèi)部的系統(tǒng)會和上述三點(diǎn)相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生一種復(fù)雜模式（Pattern）。

我們先介紹以往的故障預(yù)測方法，他們是借助于故障物理模型，還有一部分是在專家知識庫的基礎(chǔ)上展開的，這種方法有一個特點(diǎn)，那就是極其注重先驗(yàn)知識以及整個系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，而且，基本上是不能解決其常見的高維度、非線性以及涌現(xiàn)性問題的。但是隨著時代的進(jìn)步，航空裝備技術(shù)開始取得不斷地突破，人們又開始興起了機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，這為問題的處理帶來了一種全新的思路。我們再重新對大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的飛行器系統(tǒng)級故障預(yù)測進(jìn)行一個定義，就是在各方因素產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用統(tǒng)計分析等多種措施對故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)行剖析，然后據(jù)此預(yù)測出故障的演變情況，以一個客觀的角度進(jìn)行問題的探究。

3.2 美國大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在航空故障預(yù)測領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

在世界各國中，最早將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)用在航空航天領(lǐng)域的就是美國，由于探索時間較早，其理論與工程實(shí)踐結(jié)合的程度最為密切，最近幾年，美國科研人員還在致力于將最新科研成果融入其中。在上世紀(jì)七十年代，NASA官方就提出了基于傳感器數(shù)據(jù)的航天器綜合健康管理概念，而且在這個理論的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還研發(fā)出了飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)以及綜合診斷預(yù)測系統(tǒng)。上世紀(jì)末，隨著軍方F-35戰(zhàn)機(jī)項(xiàng)目的開啟，該方案完成了從理論過渡到實(shí)踐的重大轉(zhuǎn)變。步入本世紀(jì)之后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)信息技術(shù)迅猛發(fā)展，在航空航天領(lǐng)域，西方各國紛紛將關(guān)注點(diǎn)放在了機(jī)器學(xué)習(xí)方面，他們想借助該方法實(shí)現(xiàn)高維海量工業(yè)數(shù)據(jù)的整理，進(jìn)而找到各種復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部故障的規(guī)律所在。對此，美國各大官方科學(xué)研究團(tuán)體，或者是各個大型航空企業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)都在進(jìn)行該方面的技術(shù)攻關(guān)，其中多數(shù)進(jìn)展及成果都屬于保密階段，就當(dāng)前已知信息來看，被公布在公共視野內(nèi)的少之又少，比如數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法、基于深度學(xué)習(xí)的故障預(yù)測等。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我們正身處于互聯(lián)網(wǎng)時代，同時也是大數(shù)據(jù)時代，不管是哪個行業(yè)都必須要考慮如何借助大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自身的價值，飛機(jī)維修工作也不例外，我們要做的就是在剖析飛機(jī)維修和大數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)之后，辨識出具體的維修事件與整個飛機(jī)維修活動的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)維修工作效率的進(jìn)一步提升。

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