面向民用飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯立國，張春曉，劉 翠，孫見忠

(1.北京飛機(jī)維修工程有限公司 科技處，北京 100621；2.中國民航大學(xué) 理學(xué)院，天津 300300；3.南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，江蘇 南京 211106)

自2010年以來，全球發(fā)生多起空難事故，造成數(shù)百條生命隕落和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，航空安全問題越來越成為世界范圍的焦點(diǎn)問題。如何在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造中保證飛機(jī)的安全，如何采取進(jìn)一步的技術(shù)和管理手段在飛機(jī)的使用和運(yùn)行中防止重大事故的發(fā)生，成為航空制造業(yè)和民航運(yùn)行保障領(lǐng)域長期的任務(wù)。為保證飛行安全，設(shè)計(jì)部門、制造單位及航空公司始終在探討維修管理模式和維修技術(shù)手段。

目前，飛機(jī)運(yùn)行健康管理技術(shù)已成為解決飛行安全問題的關(guān)鍵技術(shù)，也是當(dāng)今航空界研究的重點(diǎn)。自2000年以來，波音和空客公司推出各自的飛機(jī)健康管理軟件系統(tǒng)AHM和AIRMAN后，飛機(jī)健康管理理念便在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了巨大的震動(dòng)效應(yīng)[1-2]。由于健康管理系統(tǒng)充分利用了飛機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)，使地面人員能夠?qū)崟r(shí)感知單架飛機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，并通過數(shù)據(jù)分析可以獲得飛機(jī)系統(tǒng)和重要部件的性能變化趨勢，為飛機(jī)維修策略的制定提供了重要依據(jù)，也為機(jī)務(wù)保障工作的計(jì)劃維修和準(zhǔn)確維修的提升發(fā)揮了重要積極的作用。因此，對飛機(jī)進(jìn)行健康管理成為全球各航空公司工程管理的目標(biāo)。

1 飛機(jī)健康管理的現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)外飛機(jī)健康管理研究現(xiàn)狀

航空器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)測等健康監(jiān)測新技術(shù)通過提前預(yù)測狀態(tài)的發(fā)展趨勢，可以使航空器安全關(guān)口前移，提高安全性。維修保障技術(shù)是航空器持續(xù)適航的核心內(nèi)容，不僅為安全保駕護(hù)航，還是影響航空器經(jīng)濟(jì)性的重要因素。

在20世紀(jì)70年代美國NASA提出了航天器綜合健康管理(IVHM)的概念[3]。進(jìn)入21世紀(jì)后，在新一代發(fā)射技術(shù)計(jì)劃的帶動(dòng)下，一個(gè)由多家研究中心組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)而生，致力于研究綜合系統(tǒng)健康監(jiān)測(ISHM)[4]。美國海軍發(fā)起的開放架構(gòu)狀態(tài)維修(OSA-CBM)的研究，代表了今后復(fù)雜系統(tǒng)綜合健康管理(CSIHM)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向[5]。波音公司和洛克西德·馬丁公司在投標(biāo)下一代聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)都在其設(shè)計(jì)中綜合了預(yù)測與健康管理能力。英國Smith航空航天工業(yè)是致力于健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)(HUMS)技術(shù)的領(lǐng)先者，長期從事狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預(yù)測及系統(tǒng)健康管理的研究與產(chǎn)品開發(fā)，Smith工業(yè)將最初HUMS中的健康監(jiān)測的概念發(fā)展到了如今的健康管理[6]。

中國國際航空公司于2009年率先應(yīng)用波音飛機(jī)健康管理(AHM)系統(tǒng)，帶動(dòng)了行業(yè)對飛機(jī)健康系統(tǒng)的研究。在民航領(lǐng)域，各大航空公司紛紛開發(fā)各自的飛機(jī)健康軟件系統(tǒng)。國航工程維修部門針對飛機(jī)的健康管理進(jìn)行研究并開發(fā)了工程管理系統(tǒng)。如2013年研究項(xiàng)目“面向航空運(yùn)輸集團(tuán)公司的航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理云服務(wù)平臺(tái)開發(fā)與應(yīng)用”，提出一套航空運(yùn)輸集團(tuán)公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理云服務(wù)模式，并建立相應(yīng)的云服務(wù)模型；2014 年“機(jī)載數(shù)據(jù)及移動(dòng)設(shè)備技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目立項(xiàng)，分析了海量機(jī)載數(shù)據(jù)的接收、解析、存儲(chǔ)過程，研究出Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)和飛機(jī)載油量優(yōu)化模型，用于指導(dǎo)飛行計(jì)劃制定和實(shí)施，同時(shí)進(jìn)行了飛行管理計(jì)算機(jī)編碼規(guī)范、飛行管理計(jì)算機(jī)輸入文件編碼方法的研究。

隨著國產(chǎn)民用飛機(jī)的研制，考慮到國產(chǎn)飛機(jī)在未來投放市場的安全運(yùn)行問題，中國航空工業(yè)也在積極探索國產(chǎn)飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)。針對國產(chǎn)C919飛機(jī)研發(fā)了飛機(jī)健康監(jiān)視系統(tǒng)，面向新舟60的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)也進(jìn)行了研發(fā)。

自20世紀(jì)90年代國際領(lǐng)先的民用飛機(jī)制造商引入航空器健康管理的概念和技術(shù)，經(jīng)過了20多年的發(fā)展，建立基于空地雙向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的航空器健康監(jiān)測與維修保障系統(tǒng)[7]，具體如圖 1所示。航空公司應(yīng)用航空器健康監(jiān)測與維修保障系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對航空器飛行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷和故障預(yù)測功能，可以在飛機(jī)降落前迅速識(shí)別故障，為運(yùn)行監(jiān)控人員和航空公司的維修保障人員確定故障原因、性質(zhì)、部位、維修措施及合理安排維護(hù)時(shí)間和應(yīng)急處理等提供技術(shù)支持。

圖1 航空器健康監(jiān)測與維修保障系統(tǒng)示意圖

目前，航空器健康監(jiān)測與維修保障系統(tǒng)在美國、歐洲的主要航空發(fā)達(dá)國家的工業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)得到了充分的認(rèn)可和研究推廣應(yīng)用，并朝著綜合化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化的方向發(fā)展。雖然國內(nèi)開展飛機(jī)健康管理相對先進(jìn)國家較晚，但國內(nèi)也有較多的研究成果，且一些研究成果得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了較好效果，促進(jìn)了我國航空工程管理水平的提高。馬小駿[8]提出了基于系統(tǒng)原理的故障診斷方法,并以此構(gòu)建了服務(wù)于航線維修的多策略融合的綜合故障診斷體系。李興旺等[9]從系統(tǒng)架構(gòu)、功能組成等方面詳細(xì)闡述了綜合健康管理系統(tǒng)在民用和軍用飛機(jī)上的最新應(yīng)用。謝原安[10]研究了預(yù)測與健康管理(PHM)技術(shù)在民用飛機(jī)運(yùn)營安全、維修領(lǐng)域的發(fā)展，并對狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)集、特征參數(shù)、剩余有效壽命預(yù)測等關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)行了說明。姚斌等[11]通過研究當(dāng)前機(jī)載健康管理系統(tǒng) (AHMS) 面臨的問題與技術(shù)挑戰(zhàn)，從設(shè)計(jì)應(yīng)用層面提出了分層式機(jī)載健康管理系統(tǒng)。趙紅華等[12]介紹了利用大數(shù)據(jù)分析方法對B737-800飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行健康監(jiān)控的建模思路和方法, 該方法可擴(kuò)展到液壓系統(tǒng)、起落架收放系統(tǒng)、機(jī)組氧氣系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等, 并可建立統(tǒng)一的基于大數(shù)據(jù)分析的監(jiān)控平臺(tái)。和偉輝等[13]根據(jù)對航空系統(tǒng)各個(gè)相關(guān)利益方的需求分析, 基于模糊理論確立了飛機(jī)PHM管理平臺(tái)各個(gè)模塊需實(shí)現(xiàn)的功能。

1.2 我國飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的不足

國內(nèi)開展飛機(jī)健康管理方面的研究仍存在較多不足，對飛機(jī)運(yùn)行的健康管理仍達(dá)不到滿意的水平。目前我國民用飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)主要存在以下問題：

(1)基于傳感器安裝的飛機(jī)健康管理不能覆蓋全飛機(jī)。由于感知技術(shù)的快速發(fā)展和在飛機(jī)上的應(yīng)用，基于傳感器的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)主要系統(tǒng)和主要部件的健康監(jiān)控。但由于設(shè)計(jì)的原因，傳感器沒有廣布在飛機(jī)所有的重要系統(tǒng)上，如在飛機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)本體上沒有安裝傳感器，因此缺少對飛機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)本體的健康監(jiān)控。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)被視為保障復(fù)合材料大量使用、提高飛機(jī)安全性、降低維護(hù)費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù)。飛機(jī)在高空惡劣的環(huán)境中飛行，長期承受風(fēng)雨雷電的侵?jǐn)_，承載著溫差的急劇變化，承受著增壓-卸載、起飛降落的高頻的交變載荷等諸多因素的影響。飛機(jī)結(jié)構(gòu)因腐蝕而造成的結(jié)構(gòu)損傷是經(jīng)常發(fā)生的和各航空公司普遍存在的問題，也是維修工程中較頭疼的問題。以B737-Classic飛機(jī)發(fā)生1級(jí)腐蝕為例，通過對4家航空公司共計(jì)74架飛機(jī)的抽樣調(diào)查表明，平均服役12年中共發(fā)生35 012條腐蝕記錄，航空公司飛機(jī)1級(jí)腐蝕頻率按機(jī)齡的統(tǒng)計(jì)分布圖如圖2所示。

圖2 航空公司飛機(jī)1級(jí)腐蝕頻率按機(jī)齡的統(tǒng)計(jì)分布圖

對飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康檢查，監(jiān)視結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，是航空公司在飛機(jī)維護(hù)中十分重要的工作，加快對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的研究，定能將成果早日應(yīng)用。以燃燒為核心的航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境更惡劣，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能直接關(guān)乎到飛行安全，由于布控的傳感器不足，與發(fā)動(dòng)機(jī)本體相關(guān)的故障缺陷不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

綜上可知，依賴于飛機(jī)機(jī)載的傳感器進(jìn)行的飛機(jī)健康管理，因不能覆蓋飛機(jī)全系統(tǒng)，故不是完整的飛機(jī)健康管理。

(2)基于邏輯設(shè)計(jì)的信號(hào)指示不能反映相關(guān)系統(tǒng)或部件隨時(shí)間變化的工作狀態(tài)。目前，通過采用各種形式的傳感器和采用數(shù)字的方式能夠感知大部分飛機(jī)系統(tǒng)和主要部件的工作狀態(tài)，為維修工程師對系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控和分析系統(tǒng)的性能提供了便利條件。但由于系統(tǒng)信號(hào)指示的邏輯設(shè)計(jì)原因，個(gè)別的故障數(shù)據(jù)不能滿足工程師多參數(shù)分析的要求。例如，空氣污染不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，還嚴(yán)重影響飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)熱交換器的散熱性能，致使空調(diào)過熱故障頻發(fā)。雖然空調(diào)組件壓氣機(jī)出口溫度有過熱信號(hào)指示(B737飛機(jī))，但該信號(hào)只有在發(fā)生過熱時(shí)才有指示，組件發(fā)生過熱便已造成空調(diào)組件活門保護(hù)性關(guān)斷。這樣的信號(hào)邏輯設(shè)置不能做到及早預(yù)警，讓維修人員提前采取措施，避免空調(diào)系統(tǒng)中斷供氣。在其他的一些部件上也有類似的設(shè)計(jì)。因此，一些信號(hào)邏輯的設(shè)計(jì)存在缺陷，不便于對飛機(jī)健康進(jìn)行全面了解和監(jiān)控。

(3)飛機(jī)維修中大量數(shù)據(jù)沒有得到應(yīng)用，以機(jī)載數(shù)據(jù)為核心的飛機(jī)健康管理信息是片面的。飛機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)是表明飛機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)或表征飛機(jī)的性能。飛機(jī)的機(jī)載數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，數(shù)據(jù)是工程師管理的對象，更是維修決策和維修工作實(shí)施的結(jié)果。維修活動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生大量的與飛機(jī)功能和性能相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)沒有納入管理，更沒有與相關(guān)機(jī)載數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如雖滿足飛機(jī)最低放行標(biāo)準(zhǔn)和外形缺損清單但已經(jīng)表明飛機(jī)處于故障狀態(tài)的數(shù)據(jù)、保留技術(shù)故障的數(shù)據(jù)、臨時(shí)修理性的數(shù)據(jù)、超規(guī)范修理的數(shù)據(jù)等。上述數(shù)據(jù)表明飛機(jī)處于了亞健康的狀態(tài)，局部的亞健康對飛機(jī)整體的健康狀態(tài)可能短期或長期內(nèi)對飛機(jī)運(yùn)行存在直接的、間接的或潛在的不利影響。這些數(shù)據(jù)中，一些數(shù)據(jù)在機(jī)載設(shè)備中沒有記錄或監(jiān)控，一些機(jī)載設(shè)備雖有工作的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，但對影響狀態(tài)參數(shù)的維修因素?cái)?shù)據(jù)沒有進(jìn)行整合，造成對故障原因、性能下降及變化趨勢的分析不充分，甚至對故障的分析不準(zhǔn)確或判斷與實(shí)際有較大的誤差。

(4)飛機(jī)健康管理系統(tǒng)以工程管理部門使用為主，沒有納入對飛機(jī)健康有影響的相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)、航材支持系統(tǒng)及質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。飛機(jī)維修是一個(gè)以工程管理為龍頭、維修質(zhì)量管理為監(jiān)督、航材支持為保障、生產(chǎn)作業(yè)為主體實(shí)施的系統(tǒng)工程，各個(gè)部門工作的質(zhì)量優(yōu)劣對飛機(jī)的健康狀態(tài)都有影響。在各國適航當(dāng)局的規(guī)章145部《民用航空器維修許可審定的規(guī)定》中明確提出了維修單位質(zhì)量保證體系的“五·四”原則，即工程技術(shù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、維修作業(yè)管理系統(tǒng)、人員培訓(xùn)系統(tǒng)4個(gè)系統(tǒng)和人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)要素?？茖W(xué)地總結(jié)航空維修活動(dòng)的客觀規(guī)律和歷史經(jīng)驗(yàn)，是保證飛機(jī)健康運(yùn)行必不可少的管理要素。對飛機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行分析和對故障進(jìn)行診斷只是飛機(jī)健康管理的一部分，另一部分是對飛機(jī)健康管理決策進(jìn)行維修實(shí)施的工作。兩部分工作同等重要，因?yàn)榫S修工作的實(shí)施結(jié)果為飛機(jī)的健康狀態(tài)。因此，缺少與保障飛機(jī)安全相關(guān)系統(tǒng)的健康管理系統(tǒng)是一個(gè)不完整的系統(tǒng)。

(5)對飛機(jī)健康管理的定位目標(biāo)低，達(dá)不到飛機(jī)運(yùn)行健康的目標(biāo)。目前飛機(jī)健康還沒有統(tǒng)一的定義。關(guān)于飛機(jī)健康管理系統(tǒng)，大多學(xué)者認(rèn)為該系統(tǒng)是為了降低由于飛機(jī)系統(tǒng)或部件失效導(dǎo)致的飛機(jī)災(zāi)難或事故，并為飛行機(jī)組、地勤和維修人員提供連續(xù)的機(jī)載系統(tǒng)或?qū)Σ考慕】颠\(yùn)行狀態(tài)態(tài)勢進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控。且所有應(yīng)用軟件系統(tǒng)都是以飛機(jī)的健康為目標(biāo)，不能否認(rèn)健康軟件系統(tǒng)的應(yīng)用對飛機(jī)的管理帶來了進(jìn)步，健康監(jiān)視技術(shù)讓工程師了解了更多的飛機(jī)數(shù)據(jù)信息，提高了分析水平，減少了飛機(jī)故障的發(fā)生，對飛機(jī)維修水平的提升發(fā)揮了重要作用。然而，以飛機(jī)健康為目標(biāo)的管理并不能保證飛機(jī)運(yùn)行的健康。飛機(jī)的運(yùn)行是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，飛機(jī)是運(yùn)行業(yè)務(wù)系統(tǒng)圍繞其開展相關(guān)業(yè)務(wù)工作的對象，飛機(jī)作為運(yùn)載工具是復(fù)雜業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的一個(gè)重要方面，飛機(jī)的健康為飛機(jī)運(yùn)行健康提供了重要的支撐。但以飛機(jī)健康為目標(biāo)的管理不能代表飛機(jī)運(yùn)行的健康，因此以飛機(jī)健康為目標(biāo)不能滿足航空運(yùn)行的需要。

總之，以飛機(jī)本身的健康為管理目標(biāo)而搭建的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)，雖然在民航實(shí)際運(yùn)行中特別是機(jī)務(wù)維修中發(fā)揮了重要作用，但由于目標(biāo)定位低、技術(shù)設(shè)計(jì)缺陷、收集健康狀態(tài)數(shù)據(jù)片面、覆蓋飛機(jī)系統(tǒng)不全及參與飛機(jī)健康管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)缺少等問題，系統(tǒng)尚未達(dá)到對飛機(jī)運(yùn)行健康管理的要求。筆者針對目前各航空公司正在使用的系統(tǒng)(稱之為“灰色系統(tǒng)”),提出面向飛機(jī)運(yùn)行健康的管理理念。

2 面向飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

飛機(jī)安全運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)多層次、多環(huán)節(jié)、多業(yè)務(wù)的綜合保障與運(yùn)行控制為一體的系統(tǒng)。影響飛機(jī)安全運(yùn)行的因素較多，任一業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)直接或間接地造成不安全事件的發(fā)生。B737 MAX飛機(jī)是波音公司2017年投入商用的新型飛機(jī)，然而在不到2年的時(shí)間內(nèi)兩架飛機(jī)接連發(fā)生墜機(jī)[14]。雖然這兩架飛機(jī)失事都與飛行員操作有關(guān)，但波音公司在飛機(jī)設(shè)計(jì)上存在的問題也難逃其咎。2016年 10月11日，上海虹橋機(jī)場東航飛行員準(zhǔn)備駕駛A320起飛，而在飛機(jī)滑跑速度達(dá)到110節(jié)(200 km/h)左右時(shí)，機(jī)長突然發(fā)現(xiàn)有一架A330飛機(jī)正準(zhǔn)備橫穿該跑道，此時(shí)飛機(jī)速度也已達(dá)到了130節(jié)(240 km/h)。因駕駛員果斷加大油門，并過早地帶起了飛機(jī)，使飛機(jī)在飛起的時(shí)候還有十幾米的余度飛越了A330飛機(jī)，才避免發(fā)生飛行事故。經(jīng)調(diào)查，中國民航局認(rèn)定上海虹橋機(jī)場“10·11”事件是一起因塔臺(tái)管制員遺忘動(dòng)態(tài)、指揮失誤而造成的人為原因嚴(yán)重事故征候。

由此可知，影響航空運(yùn)行安全的不僅包括飛機(jī)自身的問題，還涉及到安全運(yùn)行系統(tǒng)中的飛行、航行管制、機(jī)場和維修工程保障等部門的操作行為。一般來說，飛機(jī)正常飛行的技術(shù)保障包括通訊與導(dǎo)航的保障、雷達(dá)的保障、氣象保障、航行調(diào)度保障、機(jī)務(wù)維修保障和機(jī)場場務(wù)保障等。因此，保證航班運(yùn)行的安全是一個(gè)系統(tǒng)性的工程。在以健康促進(jìn)和保障安全的理念下，健康是保證安全的基礎(chǔ)，飛機(jī)的運(yùn)行安全是以所有與飛機(jī)運(yùn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)健康為基礎(chǔ)的。民航各領(lǐng)域部門和航空制造單位以向社會(huì)公眾保證航空運(yùn)輸安全為己任，追求各系統(tǒng)的運(yùn)行健康，從而才能保證整體系統(tǒng)運(yùn)行的健康。

2.1 飛機(jī)運(yùn)行健康管理系統(tǒng)架構(gòu)

飛機(jī)運(yùn)行健康管理系統(tǒng)包括健康的飛機(jī)支持系統(tǒng)和與飛機(jī)運(yùn)行相關(guān)的健康的民航運(yùn)行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，如圖3所示。健康的飛機(jī)支持系統(tǒng)主要是指飛機(jī)制造廠商提供安全可靠的飛機(jī)和全方位的、專業(yè)的、快速的技術(shù)支持服務(wù)，并保證技術(shù)支持系統(tǒng)運(yùn)行健康良好。民航運(yùn)行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)是集約一體化的系統(tǒng)，包括飛行管理系統(tǒng)、空管管理系統(tǒng)、氣象服務(wù)系統(tǒng)、機(jī)場保障系統(tǒng)、飛機(jī)維修工程管理系統(tǒng)。民航運(yùn)行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)既獨(dú)立運(yùn)行，又相互聯(lián)系，這些系統(tǒng)在保證各自業(yè)務(wù)系統(tǒng)健康的前提下相互耦合、協(xié)同成為一體。且民航運(yùn)行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)要與各航空器制造廠商客服部門的飛機(jī)技術(shù)支持系統(tǒng)進(jìn)行密切的聯(lián)系，進(jìn)行信息交流、信息共享，獲得飛機(jī)制造廠商快速的技術(shù)支持和服務(wù)，共同保證整體的運(yùn)行健康目標(biāo)。飛機(jī)運(yùn)行健康管理系統(tǒng)的目標(biāo)是保證飛機(jī)運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好，其中環(huán)境友好包括飛機(jī)運(yùn)行與自然環(huán)境和諧、與旅客關(guān)系友好和諧的目標(biāo)。

圖3 飛機(jī)運(yùn)行健康管理系統(tǒng)

飛機(jī)運(yùn)行健康管理系統(tǒng)是一個(gè)跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域、跨地區(qū)單位的、宏大的、高度集成化的復(fù)雜系統(tǒng)，是一個(gè)保證飛機(jī)運(yùn)行安全綠色健康的系統(tǒng)，是航空運(yùn)輸安全管理的發(fā)展方向，也是民航人的夢想，稱之為“綠色系統(tǒng)”。建設(shè)一個(gè)面向飛機(jī)運(yùn)行健康的管理系統(tǒng)是一個(gè)長期的任務(wù)，需要遵照循序建設(shè)的原則，采取統(tǒng)一規(guī)劃，與飛機(jī)健康運(yùn)行相關(guān)的民航業(yè)務(wù)領(lǐng)域分別搭建、有機(jī)聯(lián)系，既要重視以數(shù)據(jù)為核心的軟性系統(tǒng)的建設(shè)，又要重視智能裝備的開發(fā)，軟硬系統(tǒng)協(xié)同和平衡發(fā)展，提升飛機(jī)運(yùn)行健康的系統(tǒng)智能化水平。

2.2 面向飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

構(gòu)建面向飛機(jī)維修的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)是邁向飛機(jī)運(yùn)行健康管理的階段目標(biāo)。以目前的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，融入機(jī)務(wù)運(yùn)行的相關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和對飛機(jī)健康有影響的相關(guān)要素，包括飛機(jī)數(shù)據(jù)和維修活動(dòng)的數(shù)據(jù)，對影響飛機(jī)健康的維修數(shù)據(jù)與飛機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，找出對飛機(jī)健康具有較大影響的關(guān)系和影響規(guī)律，建立影響關(guān)系模型。這種融入新要素建立起的面向飛機(jī)維修全業(yè)務(wù)的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)是目前飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的增強(qiáng)型，可稱之為藍(lán)色的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)，如圖 4所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：①基于機(jī)載數(shù)據(jù)和維護(hù)數(shù)據(jù)的飛機(jī)性能分析與故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)在原有的機(jī)載數(shù)據(jù)(含QAR數(shù)據(jù))基礎(chǔ)上加入維修作業(yè)中相關(guān)飛機(jī)部件放行信息、超差修理信息、故障保留信息等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可更全面、準(zhǔn)確、合理地反映飛機(jī)相關(guān)系統(tǒng)和部件的性能狀態(tài)，更為科學(xué)地對性能的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。②基于維修監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和維修作業(yè)修理數(shù)據(jù)的飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)健康管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將無損檢測數(shù)據(jù)、腐蝕檢查數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)修理數(shù)據(jù)、外形損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，結(jié)合飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷區(qū)域、部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和綜合分析，提出預(yù)防措施。③基于維修檢查數(shù)據(jù)的飛機(jī)起落架健康管理系統(tǒng)。通過對無損檢測數(shù)據(jù)、起飛/著陸數(shù)據(jù)、車間修理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，及早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防起落架主要承力部件的缺陷和故障隱患。④基于維修作業(yè)的航空器材支持管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括基于物聯(lián)網(wǎng)的航材計(jì)劃管理、智能倉儲(chǔ)管理、配送管理。⑤基于數(shù)據(jù)技術(shù)的維修安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括基于人為因素的維修安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)和基于維修決策質(zhì)量的維修安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。⑥基于飛機(jī)安全運(yùn)營的航線生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括維修生產(chǎn)計(jì)劃、航班計(jì)劃(飛機(jī)排班等)、人力計(jì)劃安排、工具設(shè)施安排、維修場地安排、現(xiàn)場作業(yè)與調(diào)度管理。

圖4 面向飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3 結(jié)論

筆者主要闡述了國內(nèi)外飛機(jī)健康管理的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了國內(nèi)外飛機(jī)健康管理系統(tǒng)存在的不足，基于民航業(yè)務(wù)需求提出面向飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)的具體功能和實(shí)現(xiàn)內(nèi)容。在原有飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融入機(jī)務(wù)運(yùn)行的相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)引入對飛機(jī)健康有影響的相關(guān)要素，整合機(jī)載數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和運(yùn)營數(shù)據(jù)，找出對飛機(jī)健康具有較大影響的關(guān)系和影響規(guī)律，建立影響關(guān)系模型，為進(jìn)一步完善民機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)提供重要參考。這種融入新要素建立的面向飛機(jī)運(yùn)行的健康管理系統(tǒng)，是目前飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的增強(qiáng)型，也是真正朝著更加綜合化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化的方向發(fā)展。