飛機(jī)維修工程為民航發(fā)展保駕護(hù)航

李唐 李迪

回顧了改革開放40年我國飛機(jī)維修工程發(fā)展歷程，介紹了國際民航業(yè)信息技術(shù)與維修實(shí)體業(yè)務(wù)相結(jié)合的實(shí)例，分析了數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)維修理論的影響，指出飛機(jī)維修工程的全面數(shù)字化是符合我國國情的發(fā)展方向。

我國民航飛機(jī)維修工程發(fā)展歷程持續(xù)適航管理體系的建立

飛機(jī)維修工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是保障民航各類運(yùn)輸機(jī)型持續(xù)適航的有效手段，適航維修管理是飛機(jī)維修工程的管理方式。中國民航適航維修管理的發(fā)展可以分為兩個(gè)階段，改革開放以前和改革開放至今。

建國初期中國民航主要使用蘇制飛機(jī)和蘇式保障體系，采用預(yù)防為主的維修方式，沒有相應(yīng)的適航維修管理體系。改革開放以后隨著大量引進(jìn)歐美飛機(jī)，中國民航逐步建立了以可靠性為中心的飛機(jī)維修體系和相應(yīng)的適航管理規(guī)章制度，包括CCAR 43、CCAR66、CCAR 91、CCAR 121、CCAR 135、CCAR 145、CCAR 147，明確了適航當(dāng)局、航空器制造商、航空器營運(yùn)人、維修企業(yè)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在持續(xù)適航管理中的作用、職責(zé)以及適航審定要求。與此同時(shí)，民航局根據(jù)適航管理要求制定了一整套民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了行業(yè)行為。通過40年的發(fā)展，中國民航已經(jīng)形成了法制化規(guī)范化的持續(xù)適航維修管理體系。

飛機(jī)維修管理體制的改革

上世紀(jì)80年代初民航脫離了軍委民航局，組建了民航局和地區(qū)管理局，成立了中國國際航空、中國東方航空、中國南方航空等六大骨干航空公司，實(shí)現(xiàn)了政企分開的管理體制。1989年國航和南航相繼成立了Ameco和GAMECO兩家具有獨(dú)立法人資格的綜合性飛機(jī)維修企業(yè)，標(biāo)志著我國飛機(jī)維修行業(yè)開始走上專業(yè)化建設(shè)道路。以Ameco為例，經(jīng)過30年發(fā)展公司已經(jīng)具備提供機(jī)隊(duì)包修服務(wù)、航線維護(hù)、飛機(jī)大修和噴漆、反推和進(jìn)氣道大修、發(fā)動(dòng)機(jī)大修、APU大修、附件大修、起落架大修、公務(wù)機(jī)改裝和維修、工程和資產(chǎn)技術(shù)服務(wù)、教育和培訓(xùn)、計(jì)量檢測等方面的服務(wù)能力，是中國民用航空局授權(quán)的民用航空器改裝設(shè)計(jì)委任單位代表（DMDOR）。Ameco持有中國民用航空局（CAAC）、美國聯(lián)邦航空局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）等在內(nèi)的近30個(gè)國家或地區(qū)頒發(fā)的維修許可證。Ameco目前擁有160多個(gè)國內(nèi)維修站點(diǎn)和國際維修站點(diǎn)，形成了輻射國內(nèi)外的維修服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為國內(nèi)外百余家用戶提供維修服務(wù)，且2017年?duì)I業(yè)額突破了70億元。

目前我國已有近四百家獲得CAAC批準(zhǔn)的飛機(jī)維修企業(yè)，其業(yè)務(wù)涵蓋了工程管理、航線維修、機(jī)體維修、發(fā)動(dòng)機(jī)和部附件修理，預(yù)計(jì)2018年國內(nèi)飛機(jī)維修市場總計(jì)超過400億元，形成相當(dāng)規(guī)模的航空維修產(chǎn)業(yè)。上述維修企業(yè)具備絕大多數(shù)在役機(jī)型的機(jī)體重維修能力，在滿足國內(nèi)市場需求的基礎(chǔ)上還大量承接國外用戶的飛機(jī)大修業(yè)務(wù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修領(lǐng)域，國內(nèi)維修企業(yè)主要維修CFM56和V2500系列等發(fā)動(dòng)機(jī)。部附件維修的范圍較廣，涉及電子、電氣、機(jī)械等專業(yè)，國內(nèi)維修企業(yè)的修理深度和修理范圍都在不斷擴(kuò)大。

飛機(jī)維修管理理念和設(shè)施的發(fā)展

1967年美國聯(lián)合航空公司以書面形式發(fā)表了《應(yīng)用決斷圖制定維修大綱的邏輯分析方法》，1968年美國幾家航空公司和飛機(jī)制造廠的代表組成了一個(gè)維修指導(dǎo)小組，簡稱MSG，制定了《維修評審和大綱修訂》的MSG-1文件。美聯(lián)合航空公司的諾蘭（Stan Nowlan）和希普（Howard Heap）于1978年合著了《以可靠性為中心的維修》。這標(biāo)志著現(xiàn)代飛機(jī)維修理論的建立和應(yīng)用，使維修項(xiàng)目的制定、時(shí)間間隔趨于合理，顯著節(jié)省了人力物力。

改革開放以后，隨著新型飛機(jī)的引進(jìn)，中國民航開始實(shí)施以可靠性為中心的飛機(jī)維修。各航空公司和飛機(jī)維修企業(yè)通過組建可靠性管理部門、建立可靠性數(shù)據(jù)收集處理報(bào)警的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工作流程，逐步建立了以可靠性為中心的飛機(jī)維修管理體系。

此外，國內(nèi)航空公司的維修部門和維修企業(yè)在引進(jìn)先進(jìn)維修管理理念的同時(shí)投資建設(shè)了大量飛機(jī)維修基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備，包括機(jī)庫、工裝、測試設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺等，修理能力顯著增強(qiáng)，從改革開放初期以外送維修為主轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕逓橹?，修理深度也在大幅度提高?/p>

國外飛機(jī)維修技術(shù)發(fā)展

從萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)至今已經(jīng)一百多年了，飛機(jī)作為一種交通運(yùn)輸工具跨越了人類工業(yè)文明發(fā)展的所有階段，從機(jī)械化時(shí)代、電氣自動(dòng)化時(shí)代、信息時(shí)代到數(shù)字化時(shí)代，今后還將伴隨人類進(jìn)入人工智能時(shí)代。機(jī)械時(shí)代的飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)都比較簡單，基本采用定時(shí)檢修的維修策略，一般的機(jī)械加工設(shè)備也能夠滿足修理需求。隨著上世紀(jì)60年代末可靠性理論和應(yīng)用，飛機(jī)維修開始在理論指導(dǎo)下科學(xué)合理地進(jìn)行，促進(jìn)了專業(yè)飛機(jī)維修企業(yè)的建立。飛機(jī)維修技術(shù)歸根結(jié)底來自飛機(jī)制造技術(shù)，對于自身能夠制造飛機(jī)或其關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的航空技術(shù)強(qiáng)國來說自然能夠修理飛機(jī)和其零部件，只是修理工作不確定性強(qiáng)，不像制造領(lǐng)域可以有計(jì)劃的大批量生產(chǎn)。所以隨著飛機(jī)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，上世紀(jì)70年代末期美國開始研發(fā)機(jī)載中央維護(hù)系統(tǒng)，提供在翼故障診斷能力，大大提高了排故效率并為零部件進(jìn)廠修理提供了寶貴的在翼故障信息。經(jīng)過幾十年發(fā)展，波音、空客在中央維護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用上都取得了很大進(jìn)展，波音787提出了機(jī)載健康管理系統(tǒng)的概念，機(jī)組報(bào)警系統(tǒng)、中央維護(hù)系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)和計(jì)算資源，報(bào)警系統(tǒng)、維護(hù)信息和狀態(tài)參數(shù)相互匹配使維修人員更準(zhǔn)確掌握飛機(jī)技術(shù)狀態(tài)。空客A350飛機(jī)在優(yōu)化其中央維護(hù)系統(tǒng)功能的同時(shí)提供了強(qiáng)大的連續(xù)數(shù)據(jù)采集能力，幾十個(gè)數(shù)據(jù)采集通道能夠同時(shí)采集幾萬個(gè)參數(shù)，為建立飛機(jī)系統(tǒng)模型和飛行、運(yùn)行模型提供了強(qiáng)大支撐。

進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，飛機(jī)維修技術(shù)迎來了快速發(fā)展期，波音飛機(jī)健康管理系統(tǒng)（AHM）于2004年正式上線，標(biāo)志著數(shù)字化維修時(shí)代的到來。飛機(jī)健康管理系統(tǒng)將飛機(jī)接入了互聯(lián)網(wǎng)，使維修人員能夠通過網(wǎng)絡(luò)從飛機(jī)上下載數(shù)據(jù)，同時(shí)飛機(jī)也實(shí)時(shí)發(fā)送自身的狀態(tài)信息，軟件系統(tǒng)通過分析上述信息向工程師提供維修技術(shù)支持和維修決策支持。

經(jīng)過10多年發(fā)展，波音飛機(jī)健康管理系統(tǒng)已經(jīng)和數(shù)字化出版物、飛機(jī)燃油消耗管理、維修方案優(yōu)化、運(yùn)行簽派優(yōu)化等板塊集成為AnalytX。波音使用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)把原有模塊整合為功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析平臺，為接入更多航空公司數(shù)據(jù)、更多種類的飛機(jī)和傳感器數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。此外，空客、羅羅、GE、普惠等也都建立了自身的數(shù)字化研發(fā)和服務(wù)部門，向客戶提供數(shù)字化服務(wù)產(chǎn)品。國際知名的MRO企業(yè)，如漢莎技術(shù)公司也建立了數(shù)字化產(chǎn)品部，在保障自身生產(chǎn)需求的同時(shí)，向客戶提供數(shù)據(jù)共享和分析服務(wù)，并將此與其他維修服務(wù)整合提供新的服務(wù)模式。據(jù)《航空周刊》報(bào)道，空客、漢莎技術(shù)、法荷航維修工程公司都在研發(fā)和應(yīng)用智能機(jī)器人，并將其用于無損探傷、外部檢查等?？湛瓦€研發(fā)了一款能夠在地面進(jìn)行繞機(jī)檢查的機(jī)器人，該機(jī)器人能夠自動(dòng)識別飛機(jī)外部損傷，同時(shí)具備自主導(dǎo)航能力，能夠精確繞機(jī)移動(dòng)。IBM公司提出，未來可將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)和零部件的所有維修記錄中，并作為飛機(jī)資產(chǎn)的重要組成部分。

數(shù)字化技術(shù)也推動(dòng)了增材制造技術(shù)的發(fā)展，使增材制造的應(yīng)用變得容易，特別是將增材制造用于維修過程中將能夠快速、靈活地制造出所需零部件，有效應(yīng)對維修不確定性。所以國外正在大力發(fā)展增材制造技術(shù)，將該技術(shù)用于復(fù)合材料制造、金屬材料的制造和維修、客艙用的復(fù)合材料部件維修中，目前，空客也開始用增材制造技術(shù)制造飛機(jī)的金屬部件，發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠家也開發(fā)了一系列增材技術(shù)用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的修理。

國外航空維修技術(shù)的發(fā)展往往伴隨著商業(yè)模式的變化。據(jù)ICF咨詢公司統(tǒng)計(jì)，2017年全球MRO市場市值約為755億美元。據(jù)Oliver Wyman公司預(yù)測，未來10年全球MRO市場平均增速約4.0%，到2028年全球MRO市場將達(dá)到1 147億美元左右。面對這個(gè)有巨大發(fā)展?jié)摿Φ娘w機(jī)維修市場，各類OEM和MRO企業(yè)紛紛利用數(shù)字化技術(shù)打造新的商業(yè)模式，為客戶量身定制維修服務(wù)，爭取更大的市場占有率和更高的利潤。

新時(shí)代飛機(jī)維修工程的發(fā)展方向

眾所周知，飛機(jī)是高端的工業(yè)產(chǎn)品，現(xiàn)代大型民用運(yùn)輸飛機(jī)是高度數(shù)字化的飛行器，安裝了寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)和大量傳感器、控制系統(tǒng)，飛行過程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。波音787和空客A350便是這類飛機(jī)的代表，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每飛行小時(shí)采集的數(shù)據(jù)超過300GB，每架飛機(jī)每年采集的數(shù)據(jù)量超1PB。這些數(shù)據(jù)表征了除了飛機(jī)結(jié)構(gòu)以外所有飛機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)，包括技術(shù)狀態(tài)、故障、性能、位置、姿態(tài)、業(yè)載、燃油消耗等，能夠應(yīng)用于飛機(jī)維修、運(yùn)行控制、飛行品質(zhì)、運(yùn)營效益分析等領(lǐng)域。新一代飛機(jī)維修工程除了能夠從飛機(jī)上獲得海量數(shù)據(jù)之外，維修過程中各類測試和測量數(shù)據(jù)也隨著設(shè)備數(shù)字化程度逐步提高而更容易獲得，例如新型萬用表能夠通過WIFI接收測量需求并反饋測量結(jié)果，綜合化附件測試設(shè)備普遍配備互聯(lián)網(wǎng)接口。另外，維修人員、機(jī)組成員在社交媒體上的經(jīng)驗(yàn)交流也是具有重要價(jià)值的信息。一些國際知名航空公司已經(jīng)開始為飛行員和維修人員配備平板電腦用于資料查閱、問題報(bào)告和工作單簽署等，未來運(yùn)行中將生成大量多媒體信息。海量的多樣化數(shù)據(jù)已經(jīng)初步構(gòu)成了飛機(jī)維修大數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的可靠性管理是以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)的管理方法。以技術(shù)記錄本、定檢地面故障處理記錄和附件修理記錄為主要數(shù)據(jù)源的可靠性管理系統(tǒng)，對于一家擁有200架以上飛機(jī)的大型航空公司而言，每年人工錄入的數(shù)據(jù)量不超過5GB，還不到現(xiàn)代維修系統(tǒng)一小時(shí)生成的數(shù)據(jù)量。傳統(tǒng)的可靠性管理以統(tǒng)計(jì)平均值作為評價(jià)飛機(jī)系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)，按照民航局要求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)至少需要積累12個(gè)月甚至更長時(shí)間才能起到信息反饋和監(jiān)控作用。進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)可靠性管理暴露出一些問題，如反應(yīng)速度慢，因?yàn)楹娇展居捎诎踩徒?jīng)營的雙重壓力，往往無法容忍在統(tǒng)計(jì)結(jié)果超越警戒值后再對故障的根本原因進(jìn)行分析，并采取行動(dòng);再有就是統(tǒng)計(jì)結(jié)果表征的是整個(gè)機(jī)隊(duì)，但不同飛機(jī)的情況往往差異很大。

基于航空器全壽命維修理念的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)是近年來業(yè)內(nèi)推崇的航空維修大數(shù)據(jù)應(yīng)用方案，它能夠綜合利用飛機(jī)傳感器數(shù)據(jù)、測試測量數(shù)據(jù)、維修記錄數(shù)據(jù)等預(yù)測故障，分析評估飛機(jī)系統(tǒng)性能水平，提供快速故障診斷和維修決策支持，同時(shí)監(jiān)控和分析飛機(jī)燃油消耗水平，從而提供綜合飛機(jī)健康指數(shù)。相對于傳統(tǒng)可靠性管理系統(tǒng)，飛機(jī)健康管理系統(tǒng)能夠快速還原故障場景，利用數(shù)據(jù)優(yōu)勢和人工智能技術(shù)進(jìn)行快速故障診斷并確定故障的根本原因。更進(jìn)一步，飛機(jī)系統(tǒng)故障預(yù)測技術(shù)使飛機(jī)維修做到了未卜先知，大大降低了飛機(jī)維修工程的不確定性。飛機(jī)健康管理系統(tǒng)為工程師提供了分析數(shù)據(jù)的手段，主動(dòng)地在大數(shù)據(jù)中尋找發(fā)現(xiàn)問題，顛覆了傳統(tǒng)的被動(dòng)維修方式，打破了維修生產(chǎn)人員、技術(shù)支援和系統(tǒng)工程之間的界限，使飛機(jī)維修工程運(yùn)行變得更加高效。

互聯(lián)網(wǎng)的普及特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了消費(fèi)領(lǐng)域，而這一價(jià)值潛力在工業(yè)領(lǐng)域還有待釋放。物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)近年來在工業(yè)界大受重視，人們希望這些技術(shù)能帶來工業(yè)生產(chǎn)的變革。德國提出了工業(yè)4.0概念，美國提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念，而中國提出了中國制造2025。這三者的本質(zhì)內(nèi)容一致，其核心是數(shù)字化和人工智能，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)獲取工業(yè)用設(shè)備、工具、器材、人員等的狀態(tài)信息，通過部署在云端的數(shù)據(jù)分析平臺對這些狀態(tài)信息進(jìn)行分析并將分析結(jié)果反饋給各個(gè)工業(yè)部門以實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，將比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式顯著降低能耗、節(jié)約成本，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域從傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個(gè)性化定制生產(chǎn)。

總體來說，飛機(jī)維修工程的數(shù)字化主要包括兩方面工作，一是維修數(shù)據(jù)的數(shù)字化，這里的維修數(shù)據(jù)包括了技術(shù)資料和各類維修記錄，二是維修生產(chǎn)過程的數(shù)字化。維修生產(chǎn)過程的數(shù)字化對航空公司和維修企業(yè)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，涉及的部門多，業(yè)務(wù)復(fù)雜。但收益也大，舉例來說，構(gòu)型管理是持續(xù)適航管理的一項(xiàng)基本工作，涉及部門之間通過工程文件和維修指令分解和轉(zhuǎn)移構(gòu)型管理要求，最終在飛機(jī)上實(shí)施構(gòu)型變更并反饋信息。目前這個(gè)過程是開環(huán)的，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能不被察覺。如果利用數(shù)字化技術(shù)建立虛擬飛機(jī)，任何一個(gè)修改構(gòu)型的文件或指令都會(huì)改變虛擬飛機(jī)的構(gòu)型，通過將最終在飛機(jī)上實(shí)施的構(gòu)型變更和在虛擬飛機(jī)上進(jìn)行對比驗(yàn)證，期間任何環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤或不一致操作都會(huì)反映在虛擬飛機(jī)上并出現(xiàn)報(bào)警。

Nicholas Negroponte在他的《數(shù)字化生存》中提出比特就好比人體內(nèi)的DNA，是信息的最小單位，并且對比了比特和原子的價(jià)值。隨著使用時(shí)間的增長，飛機(jī)的價(jià)值也就是原子價(jià)值在逐步減少，但飛機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的比特價(jià)值卻不斷提高，我們可以用這些比特優(yōu)化運(yùn)營管理、預(yù)測故障、改善設(shè)計(jì)。同樣，投資建設(shè)數(shù)字化飛機(jī)維修工廠能夠獲得工業(yè)大數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過分析應(yīng)用優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃、組織、預(yù)測設(shè)備健康狀況，安全高效完成飛機(jī)維修任務(wù)，提高飛機(jī)利用率，降低維修成本。

總結(jié)和展望

改革開放40年以來，我國飛機(jī)維修工程取得了令人矚目的成績，保障民航安全運(yùn)行40年。當(dāng)前，數(shù)字經(jīng)濟(jì)正成為全球經(jīng)濟(jì)增長的新動(dòng)能和經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效的新引擎。黨的十九大報(bào)告提出，要推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合?！吨袊裼煤娇瞻l(fā)展第十三個(gè)五年計(jì)劃》明確指出，民航業(yè)要全面提高科技創(chuàng)新能力，推動(dòng)行業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級，在飛機(jī)維修領(lǐng)域通過重大工程項(xiàng)目建設(shè)和前沿技術(shù)攻關(guān)突破航空器全壽命維修、數(shù)字化維修等關(guān)鍵技術(shù)，形成擁有核心知識產(chǎn)權(quán)的科研成果。飛機(jī)維修工程的數(shù)字化正是通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)鏈接飛機(jī)、維修人員、工具器材、技術(shù)資料等，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能優(yōu)化和再造工作流程，使信息技術(shù)和飛機(jī)維修業(yè)務(wù)深度整合，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+飛機(jī)維修”和飛機(jī)維修工程的跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)民航強(qiáng)國夢。