預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的發(fā)展障礙

王美慧/北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院

隨著數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展與成熟，預(yù)測(cè)性維修正在成為OEM、航空公司、維修企業(yè)等各類機(jī)構(gòu)期望從MRO 領(lǐng)域獲益的新“抓手”，而且目前已有部分預(yù)測(cè)性維修項(xiàng)目已經(jīng)獲得了可見(jiàn)的收益。但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)距離最大效能的發(fā)揮還甚遠(yuǎn)，中間還存在著諸多發(fā)展障礙，如數(shù)據(jù)控制、數(shù)據(jù)共享、流程規(guī)劃等問(wèn)題，可謂任重而道遠(yuǎn)。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生與機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的興起，相關(guān)詞匯已經(jīng)成為了航空業(yè)和許多其他行業(yè)的“流行語(yǔ)”。然而，對(duì)于飛機(jī)維修而言，這些“流行語(yǔ)”必須要轉(zhuǎn)化為新的、直接讓人受益的預(yù)測(cè)性維修方式，才能顯現(xiàn)其實(shí)用價(jià)值。

在當(dāng)前的飛機(jī)維修項(xiàng)目中，已經(jīng)有部分實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)性維修。例如,發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)控一直是一種穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)保障手段，它可以縮減維修成本、延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。對(duì)于非發(fā)動(dòng)機(jī)組件，在達(dá)到一定的使用時(shí)長(zhǎng)或周期后，利用可靠性分析能夠估計(jì)可能的故障率，維修計(jì)劃人員可以在此基礎(chǔ)上設(shè)定檢查或更換頻率。而近年來(lái)，非發(fā)動(dòng)機(jī)組件也開(kāi)始使用更多的傳感器和其他數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)測(cè)維修，以期取得更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，其模型精度也越來(lái)越接近發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)測(cè)模型。

技術(shù)應(yīng)用程度

然而，多家飛機(jī)制造商、航空公司、相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)商和維修企業(yè)的調(diào)研結(jié)果顯示，對(duì)預(yù)測(cè)性維修相關(guān)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在很大程度上仍處于初級(jí)階段。

波音公司觀察到，市場(chǎng)上對(duì)數(shù)據(jù)專家、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的預(yù)測(cè)工具的需求不斷增長(zhǎng)，同時(shí)這些工具的高級(jí)用戶只占所有航空公司的一小部分。據(jù)空客公司稱，目前空客A320 系列中約僅有10%的產(chǎn)品加入了其預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃。據(jù)法荷航維修工程公司(AFI KLM E&M) 估 計(jì)， 在全球400 強(qiáng)航空公司中，真正在預(yù)測(cè)性維修項(xiàng)目中取得進(jìn)展的公司數(shù)量不足5%，而在那些公開(kāi)聲稱正在開(kāi)展預(yù)測(cè)性維修工作的航空公司中，大多數(shù)都在與第三方進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)。ICF 公司也認(rèn)為，實(shí)施預(yù)測(cè)性維修的運(yùn)營(yíng)商數(shù)量仍然十分有限，并且大多數(shù)航空公司都不具備實(shí)施預(yù)測(cè)性維修技術(shù)所需的新流程條件。法國(guó)Revima 公司指出，大多數(shù)歐洲的航空公司并沒(méi)有將預(yù)測(cè)性維修提升至很高的水平，積極使用新工具的運(yùn)營(yíng)商主要分布在亞洲和中東。該公司認(rèn)為，亞洲是一個(gè)非?；钴S的市場(chǎng)，對(duì)預(yù)測(cè)性維修和其他形式的數(shù)字化保持著開(kāi)放的態(tài)度。中東地區(qū)對(duì)于預(yù)測(cè)技術(shù)的強(qiáng)烈興趣主要源于飛機(jī)運(yùn)行環(huán)境太過(guò)惡劣，酷熱和沙塵暴等對(duì)飛機(jī)健康監(jiān)控非常不利，出現(xiàn)故障的時(shí)間點(diǎn)經(jīng)常會(huì)提前，所以這一地區(qū)的航空公司渴望通過(guò)預(yù)測(cè)性維修減少非計(jì)劃性維修。

盡管當(dāng)前預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的全球普及率處于較低水平，但漢莎技術(shù)（LHT）的調(diào)研結(jié)果表明，得益于應(yīng)用相關(guān)技術(shù)所帶來(lái)的豐厚收益，全球使用最新的大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)非發(fā)動(dòng)機(jī)組件進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修的航空公司數(shù)量增長(zhǎng)十分迅速。

來(lái)源于：法荷航維修工程公司法荷航維修工程公司預(yù)計(jì)，針對(duì)每個(gè)包含在ATA 章節(jié)中的組件，Prognos工具每年能夠預(yù)防一次因其故障而造成的航班取消。

美國(guó)達(dá)美航空公司使用空客的Skywise 對(duì)空客A320 與A330 機(jī)型進(jìn)行維修預(yù)測(cè)，大幅減少了因維修導(dǎo)致的航班取消次數(shù)。與此同時(shí)，其失誤率或未發(fā)現(xiàn)故障（NFF）的概率也僅為5%。目前，空客和達(dá)美正在組建數(shù)字聯(lián)盟，研發(fā)新的維修預(yù)測(cè)解決方案用以向其他航空公司提供服務(wù)?？湛凸痉Q，根據(jù)組件的不同，空客預(yù)測(cè)性維修能夠?qū)⒖照{(diào)、增壓系統(tǒng)、電力單元、起落架、剎車(chē)及氣動(dòng)系統(tǒng)的非計(jì)劃事件發(fā)生概率降低10%～50%。

波音公司預(yù)計(jì)，每拆除一個(gè)瀕臨故障的組件就能夠避免一次非計(jì)劃維修，進(jìn)而節(jié)省數(shù)十萬(wàn)美元的收入損失。同時(shí)，在組件故障前提早維修也能夠節(jié)約部分成本。波音公司及其航空公司通常會(huì)選擇那些最能引發(fā)計(jì)劃中斷的組件作為開(kāi)展預(yù)測(cè)性維修的目標(biāo)，而不是選擇一些簡(jiǎn)單的、容易開(kāi)展預(yù)測(cè)維修的部件。

國(guó)泰航空對(duì)其空客A330 飛機(jī)的輔助動(dòng)力裝置（APU）采取了霍尼韋爾的Forge 預(yù)測(cè)性解決方案。據(jù)霍尼韋爾預(yù)計(jì)，F(xiàn)orge 方案能夠預(yù)防約35%的故障發(fā)生。Forge 同時(shí)覆蓋了10 個(gè)其他ATA章節(jié)。例如，該系統(tǒng)能夠減少與氣動(dòng)組件相關(guān)的30%的航班延誤與航班取消，同時(shí)將未發(fā)現(xiàn)故障（NFF）率控制在2%。對(duì)于液壓系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果更為有效，可消除80%的延誤事件與40%最小設(shè)備清單事件?；裟犴f爾報(bào)告稱，該系統(tǒng)誤報(bào)率低于5%。

法荷航維修工程公司預(yù)計(jì)，對(duì)于應(yīng)用了該公司Prognos 工具的每個(gè)ATA 章節(jié)中的組件，每年能夠預(yù)防一次由該組件造成的航班取消，這其中還不包括能夠避免的航班延誤。

漢莎技術(shù)的Aviatar 平臺(tái)不僅能夠預(yù)測(cè)組件，而且能夠?qū)㈩A(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際維修操作活動(dòng)相關(guān)聯(lián)。用戶采用預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的潛在收益取決于組件的運(yùn)行環(huán)境和航空公司所使用的維修服務(wù)。對(duì)某些組件而言，可以將計(jì)劃外拆卸次數(shù)減少80%，而對(duì)于另外一些組件而言，減少量可能為30%～40%，甚至僅為10%。

數(shù)據(jù)采集

維修預(yù)測(cè)結(jié)果隨著機(jī)型機(jī)齡的不同而變化。例如，波音777 能夠發(fā)出的警報(bào)是波音737 NG 的4 倍，波音777 X與波音777 機(jī)型之間的對(duì)比情況亦是如此。但波音正在努力為老式機(jī)型提供預(yù)測(cè)服務(wù)，并表示還有許多運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)可用于預(yù)測(cè)維修，并非一定要增加傳感器才能夠從一架波音737 中獲得更多的數(shù)據(jù)。

Revima 公 司 認(rèn) 為， 對(duì) 于 老 式空 客A300 與 波 音747 飛 機(jī) 而 言，F(xiàn)lightwatching 監(jiān)控系統(tǒng)往往必須在飛機(jī)上才能獲取數(shù)據(jù)。但安裝了飛行數(shù)據(jù)采集單元后，航空公司就能夠使用ACARS 遠(yuǎn)程查詢和獲取數(shù)據(jù)。機(jī)齡較大的波音737 引氣系統(tǒng)的傳感器改裝同樣能夠改善對(duì)這些組件的預(yù)測(cè)性能。

法荷航維修工程公司指出，在最新一代的飛機(jī)上可以增加用于監(jiān)控的傳感器數(shù)量，這意味著系統(tǒng)能夠獲得更多的反饋數(shù)據(jù)，從而能夠定義更高效的預(yù)測(cè)性維護(hù)算法。當(dāng)然，在老式飛機(jī)上加裝傳感器也有其重要意義。此外，某些非傳感器數(shù)據(jù)也非常重要，如來(lái)自維修企業(yè)的維修數(shù)據(jù)。

空客公司認(rèn)為，預(yù)測(cè)性維修過(guò)程的最佳實(shí)踐對(duì)于不同代際的飛機(jī)來(lái)說(shuō)是相似的，因其價(jià)值是來(lái)自于對(duì)組件全壽命周期的監(jiān)控，而非對(duì)飛機(jī)本身?？湛涂梢詾槔鲜絿姎馐斤w機(jī)加裝FOMAX 機(jī)載數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊，能夠?qū)320 收集到的數(shù)據(jù)提高60 倍。

既然采用預(yù)測(cè)性維修技術(shù)潛在收益頗豐，那么為什么其應(yīng)用進(jìn)展卻如此緩慢？ICF 公司給出的答案是：預(yù)測(cè)性維修發(fā)展的最大障礙是缺乏工程專業(yè)知識(shí)，行業(yè)中具備有效實(shí)施預(yù)測(cè)性維修專業(yè)能力的企業(yè)為數(shù)不多。例如，擁有大型自有機(jī)隊(duì)或第三方合約，以及掌握了數(shù)十年的維修專業(yè)知識(shí)的企業(yè)很少。此外，數(shù)據(jù)共享、性能更優(yōu)成本更低的機(jī)載連通性以及行業(yè)內(nèi)對(duì)于二手件拆換的意愿等因素是否成熟，這些都在影響預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的普及之路。

數(shù)據(jù)控制

數(shù)據(jù)控制對(duì)于預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的推廣影響很大。預(yù)測(cè)性維修極大地改變了航空公司與OEM 以及MRO 的合作方式。然而，越來(lái)越多的OEM 被限制訪問(wèn)航空公司、MRO 和其他參與者的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。

航空公司內(nèi)部缺少數(shù)據(jù)接口同樣會(huì)妨礙維修預(yù)測(cè)工作，法荷航維修工程公司設(shè)計(jì)Aviatar 平臺(tái)的初衷就是要解決這一問(wèn)題。另外，飛行員工會(huì)和勞資委員會(huì)也會(huì)限制數(shù)據(jù)的使用，某些政府機(jī)構(gòu)也會(huì)阻礙數(shù)據(jù)共享。因此，航空法規(guī)也需要進(jìn)一步發(fā)展，監(jiān)管者必須找到適應(yīng)這種新的飛機(jī)維護(hù)方式的監(jiān)管方法。

預(yù)測(cè)性維修發(fā)展還存在另一個(gè)障礙，就是航空公司往往想要快速得到結(jié)果，而預(yù)測(cè)維修方案往往需要耗費(fèi)3 ～4個(gè)月的時(shí)間才能出來(lái)，難以滿足其需求。

除此以外，數(shù)據(jù)連通與傳輸問(wèn)題也可能是影響預(yù)測(cè)性維修技術(shù)普及率的又一個(gè)因素。對(duì)于航空公司而言，數(shù)據(jù)并不總是享有最高優(yōu)先級(jí)，假如航空公司的日程安排很緊湊，維修企業(yè)很難從飛機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移。

對(duì)此，波音公司所采取的預(yù)測(cè)性維修策略是與擁有運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的航空公司進(jìn)行合作。例如，首先確定要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，然后返回到需要分析的問(wèn)題上，確定需要獲取哪些數(shù)據(jù)，進(jìn)而逐步開(kāi)展工作完成維修性預(yù)測(cè)。

波音公司倡議航空公司應(yīng)相信運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)能夠使其獲益，并愿意與維修企業(yè)共享這些數(shù)據(jù)。同時(shí)，航空公司應(yīng)該充分相信預(yù)測(cè)結(jié)果，并據(jù)此調(diào)整計(jì)劃性維修或提前主動(dòng)規(guī)劃部件的維修活動(dòng)。而維修企業(yè)應(yīng)將NFF 率或假陽(yáng)性率降至最低水平，以獲得航空公司的信賴。

但空客公司認(rèn)為，航空公司在預(yù)測(cè)性維修技術(shù)的推廣中扮演著至關(guān)重要的角色。航空公司應(yīng)當(dāng)深入了解這項(xiàng)技術(shù)并對(duì)其進(jìn)行投資，在公司環(huán)境中融入數(shù)據(jù)管理工作，并對(duì)公司的維修流程和分析工具進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在此過(guò)程中，需將工作價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)與NFF 策略轉(zhuǎn)換至預(yù)測(cè)性方法上，以避免組件在使用中性能發(fā)生退化，從而有效推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

總之，未來(lái)在推廣預(yù)測(cè)性維修工作的過(guò)程中，仍有許多問(wèn)題需要逐步解決。相信隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，原有的障礙會(huì)逐漸被克服。當(dāng)前盡管仍存在數(shù)據(jù)共享、利益沖突等一系列問(wèn)題，但總體上預(yù)測(cè)性維修工作仍在穩(wěn)步前進(jìn)中。