工業(yè)大數(shù)據(jù)在商用航空發(fā)動機(jī)的應(yīng)用

羅婷婷 李宇斌 顧君瑋

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司 上海市 200241）

工業(yè)大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物，是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、制造2025 以及工業(yè)4.0 等的國家級戰(zhàn)略型企業(yè)發(fā)展的主要落腳點(diǎn)。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到制造業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)其管理模式的進(jìn)一步創(chuàng)新，進(jìn)而有效促進(jìn)我國整體社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提升。隨著當(dāng)今信息技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)在制造企業(yè)中的應(yīng)用讓制造企業(yè)的發(fā)展越來越趨于智能化。本文將基于大數(shù)據(jù)的含義、特征及處理流程，分析大數(shù)據(jù)技術(shù)在商用航空發(fā)動機(jī)的應(yīng)用方向，期望能夠?qū)ν苿有录夹g(shù)的普及落地，助力商用航空發(fā)動機(jī)研制，發(fā)揮相應(yīng)的價(jià)值。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的概述

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的內(nèi)涵

大數(shù)據(jù)技術(shù)是基于云計(jì)算而發(fā)展出的一種新型技術(shù)，它有著較多的種類、較大的規(guī)模和信息量[1]。一般而言，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)特定信息的讀取，并借助于相應(yīng)的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)技術(shù)管理價(jià)值的充分發(fā)揮。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代企業(yè)中，可幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)市場發(fā)展信息的及時(shí)準(zhǔn)確獲取，以此來為企業(yè)的經(jīng)營和發(fā)展提供更具科學(xué)性的指導(dǎo)，這對于限位企業(yè)經(jīng)濟(jì)管理效果的提升和企業(yè)的良好發(fā)展都十分有利。

1.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征

1.2.1 龐大的數(shù)據(jù)量

大數(shù)據(jù)在目前的應(yīng)用十分廣泛，涉及到各個(gè)方面，所以在數(shù)據(jù)量方面，大數(shù)據(jù)可以用海量來形容。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)信息時(shí)代的處理單位已經(jīng)變得過于渺小，且難以滿足數(shù)據(jù)的運(yùn)算需求，因此，數(shù)據(jù)的儲存會用TB PB 甚至ZB 來衡量，并且對于多數(shù)行業(yè)而言，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所需要記錄分析的數(shù)據(jù)，可能會出現(xiàn)由百GB 到10 TB 不等，因此，大數(shù)據(jù)儲存的大容量性就能夠有效的滿足，公司的數(shù)據(jù)需求、數(shù)據(jù)增長速度也會對企業(yè)相關(guān)工作與決策起到一定程度的影響作用。

1.2.2 豐富的種類

從宏觀的角度來看，數(shù)據(jù)的多樣性既可以分為數(shù)據(jù)格式的多樣性，也可以分為數(shù)據(jù)來源的多樣性，而對于大數(shù)據(jù)而言，就有效地將這些多樣性的數(shù)據(jù)形式都進(jìn)行了囊括?？偟膩砜创髷?shù)據(jù)所包含的種類非常多，其中有文本、圖像、數(shù)字、視頻、地理位置等的各種信息數(shù)據(jù)。這些種類豐富的數(shù)據(jù)，不僅可以為不同行業(yè)的數(shù)據(jù)使用提供支持，也可以對電子商務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)擊系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，甚至衛(wèi)星定位系統(tǒng)等提供運(yùn)行支持。同時(shí)，這些豐富的數(shù)據(jù)內(nèi)容也會給工業(yè)制造帶來相應(yīng)的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要將工業(yè)發(fā)展實(shí)際作為基礎(chǔ)來進(jìn)行分析[2]。

1.2.3 很快的處理速度

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)量會隨著時(shí)間變化而不斷增加，而該技術(shù)也會憑借其強(qiáng)大的處理能力來實(shí)現(xiàn)有價(jià)值數(shù)據(jù)信息的快速檢索，并綜合分析各種數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。將大數(shù)據(jù)技術(shù)和云技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，將會在商業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出更高的應(yīng)用價(jià)值。

1.3 大數(shù)據(jù)的處理流程

大數(shù)據(jù)地使用便捷性以及多樣化，使得大數(shù)據(jù)技術(shù)可以在各個(gè)行業(yè)中進(jìn)行有效地應(yīng)用，其可以可為行業(yè)發(fā)展提供出更具價(jià)值性的數(shù)據(jù)信息。但是，在這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行應(yīng)用之前，則需要通過相應(yīng)的技術(shù)來進(jìn)行處理。在大數(shù)據(jù)技術(shù)中，主要有數(shù)據(jù)的采集、分析以及管理等諸多環(huán)節(jié)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)對多方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和加載等的方式來為接下來的數(shù)據(jù)分析創(chuàng)造有利條件。

所謂數(shù)據(jù)分析，其實(shí)就是借助于專業(yè)模型和算法從集成數(shù)據(jù)中來進(jìn)行價(jià)值的挖掘，在數(shù)據(jù)分析中，一項(xiàng)主要的支撐技術(shù)就是云技術(shù)。所謂數(shù)據(jù)解釋，其實(shí)就是通過簡單便捷的方式將分析好的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，以此來給用戶提供出科學(xué)合理的數(shù)據(jù)匯報(bào)[3]。

2 大數(shù)據(jù)在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外應(yīng)用情況

為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)營效果的良好改善，國際上的很多標(biāo)知名業(yè)都開始投入大量資金來進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，將大數(shù)據(jù)研究深入到企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造以及售后等各個(gè)環(huán)節(jié)，期望通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行彎道超車。

羅羅公司其全球監(jiān)測中心在對上千臺“遄達(dá)”這一系列發(fā)動機(jī)進(jìn)行工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的過程中，進(jìn)行了“發(fā)動機(jī)健康管理"系統(tǒng)（Engine Health Management EHM）的建立，借助于該系統(tǒng)，工程師可以對發(fā)動機(jī)的具體工作狀態(tài)做到全面了解，以此來合理安排其使用時(shí)間和維修時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)對此存儲參數(shù)的合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，該公司和也微軟公司合作進(jìn)行了“智能發(fā)動機(jī)”的開發(fā)，以此來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)方面、生產(chǎn)方面和運(yùn)行等方面數(shù)據(jù)的收集、分析，另外，通過該發(fā)動機(jī)，也可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)場設(shè)施、天氣條件飛機(jī)周轉(zhuǎn)時(shí)間和滑行情況等的了解。羅羅公司也專門組建了一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室——R2 數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室，其主要的目的就是借助于全新的分析方法、機(jī)械學(xué)習(xí)以及人工智能來挖掘數(shù)據(jù)“財(cái)富”。

GE 致力于打造“傳感器+大數(shù)據(jù)”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式。GE 目前正在研究一種借助于建模工具來實(shí)現(xiàn)維修內(nèi)容選項(xiàng)生成的技術(shù)，在該技術(shù)的研究過程中，需要全面考慮特定性能歷史和運(yùn)行狀態(tài)下的發(fā)動機(jī)技術(shù)目標(biāo)以及客戶所期待的營利目標(biāo)。在生成的維修內(nèi)容選項(xiàng)中，也應(yīng)該包含性能損失結(jié)果以及定價(jià)。

普惠所啟動的數(shù)字化分析方面的項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到了十幾個(gè)，主要是對發(fā)動機(jī)模型的預(yù)測、性能的監(jiān)測等項(xiàng)目。為時(shí)間理論和專業(yè)前沿知識的良好結(jié)合，普惠也對合作范圍作出了進(jìn)一步擴(kuò)大，目前，其合作項(xiàng)目包括麻省理工聯(lián)合技術(shù)研究中心、全球運(yùn)營領(lǐng)袖項(xiàng)目以及IBM。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用情況

國內(nèi)，目前在航空發(fā)動機(jī)的健康管理系統(tǒng)上進(jìn)行了一定研究，試圖借助于數(shù)據(jù)采集的方式來實(shí)時(shí)分析，讓發(fā)動機(jī)潛在的異常和故障得以提前發(fā)現(xiàn)，保證發(fā)動機(jī)安全性。而主要的應(yīng)用場景包括：通過大數(shù)據(jù)方法結(jié)合通訊系統(tǒng)，對發(fā)動機(jī)機(jī)載設(shè)備上的數(shù)據(jù)運(yùn)行情況參數(shù)進(jìn)行記錄；對發(fā)動機(jī)工作過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合記錄分析；完成對航空發(fā)動機(jī)使用過程中的監(jiān)視與維護(hù)；對可更換單元設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理；對使用中的發(fā)動機(jī)性能變化情況，以及可能故障趨勢進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對發(fā)動機(jī)內(nèi)設(shè)備存在的狀態(tài)以及趨勢進(jìn)行分析；利用大數(shù)據(jù)方法對發(fā)動機(jī)的使用情況，以及剩余壽命進(jìn)行管理推測，實(shí)時(shí)以數(shù)據(jù)方式監(jiān)控發(fā)動機(jī)使用過程中的振動情況，并分析其功能的穩(wěn)定性；對發(fā)動機(jī)的使用過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，并以數(shù)據(jù)對照進(jìn)行發(fā)動機(jī)異常狀態(tài)的試警，同時(shí)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析對故障類型以及解決方法進(jìn)行推算。國內(nèi)的航空發(fā)動機(jī)上的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，正處于探索階段。

3 大數(shù)據(jù)在商用航空發(fā)動機(jī)的應(yīng)用方式

對于商用航空發(fā)動機(jī)而言，相對于軍用發(fā)動機(jī)，數(shù)據(jù)的開放性更好。了解大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭，歸納大 數(shù)據(jù)的分類和特點(diǎn)，從數(shù)據(jù)流推動本身價(jià)值創(chuàng)造的視角看待、重造工業(yè)價(jià)值流，將具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。 通過研究，目前，主要有以下幾個(gè)應(yīng)用方式：

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)過程是一單精密、繁復(fù)的過程，僅僅通過設(shè)計(jì)師的腦力運(yùn)作，難以對每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)考慮，而結(jié)合大設(shè)計(jì)方法，就可以增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的完善程度。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)開始之前，先通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對當(dāng)前發(fā)動機(jī)的主要使用形式，以及各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行收集對比，以對自己的設(shè)計(jì)方案起到一定的啟示作用。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，也可以通過對大數(shù)據(jù)方法下龐大、精密，且具有極高效能的計(jì)算機(jī)集群進(jìn)行利用，來對所設(shè)計(jì)方案中的各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，以推算出最為合理的預(yù)算數(shù)據(jù)。

除此之外，還能夠通過大數(shù)據(jù)的通訊便捷性，采用大數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，以異地多方協(xié)同的方式，聯(lián)合性的共同進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)的方案設(shè)計(jì)。同時(shí)，在初步方案完成之后，還可以借助大數(shù)據(jù)的精密計(jì)算，對所設(shè)計(jì)方案的可能運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，推算出正式運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)情況以及問題。方便進(jìn)行方案的再次修訂，并且讓所設(shè)計(jì)的方案發(fā)動機(jī)仿真精度達(dá)到最高。最后對產(chǎn)業(yè)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，以此來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的全面優(yōu)化。

3.2 助力研制質(zhì)量管理

目前，質(zhì)量管理是通過填報(bào)質(zhì)量分析單，減少錯誤的方法、最多的是對員工加強(qiáng)培訓(xùn)，但都無法高效的減少失敗帶來的額外損失，我們利用大數(shù)據(jù)，不僅能夠迅速獲得到一個(gè)傳統(tǒng)形式的分析報(bào)表來實(shí)現(xiàn)對指標(biāo)過程的能力分析，還可以通過數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)的分析錯誤、優(yōu)化流程，從而防止這些錯誤產(chǎn)生；同時(shí)，也可以從大數(shù)據(jù)中得到很多嶄新的分析結(jié)果，從上百個(gè)過程能力指數(shù)里找尋其關(guān)聯(lián)性，以此來全面地認(rèn)知和總結(jié)總體產(chǎn)品的質(zhì)量及其性能。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)制造協(xié)同

大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)目前處于研發(fā)階段，面對小批量試制的生產(chǎn)模式，設(shè)計(jì)的多方案并行和不斷優(yōu)化調(diào)整，這對于一個(gè)以快速響應(yīng)為實(shí)際需求的制造而言將有著巨大的挑戰(zhàn)性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以為我們提供出足夠的數(shù)據(jù)信息，且這些信息十分詳細(xì)，從這些信息中，我們可以找出實(shí)際和預(yù)測之間的偏差概率，以此來實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)的制定，同時(shí)也能夠?qū)ΜF(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際和計(jì)劃之間的偏差進(jìn)行監(jiān)控，以此來實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)的動態(tài)調(diào)整。由此可見，該技術(shù)的應(yīng)用可以讓我們有效實(shí)現(xiàn)“畫像”缺陷的規(guī)避，直接進(jìn)行群體特征的分析與監(jiān)控。通過分析和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)之間所具有的關(guān)聯(lián)性，可實(shí)現(xiàn)對未來的高效計(jì)劃，有助于設(shè)計(jì)制造更好的協(xié)同。

3.4 優(yōu)化客戶服務(wù)

由于發(fā)動機(jī)在使用過程中往往所使用的時(shí)間跨度較大，并且在不同的使用情況下，發(fā)動機(jī)的狀態(tài)都會發(fā)生頻繁的更換，和次數(shù)較多的運(yùn)作。因此，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行有效監(jiān)控，并實(shí)時(shí)把握發(fā)動機(jī)的使用狀態(tài)，了解發(fā)動機(jī)是否出現(xiàn)故障，是發(fā)動機(jī)運(yùn)行管理以及維修保障的工作重心，而在這其中，發(fā)動機(jī)的燃油消耗、可靠性、維護(hù)成本以及剩余價(jià)值是操作員最關(guān)心的問題。想要便捷、精確地對發(fā)動機(jī)使用過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了解，就可以對大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)同時(shí)處理便捷性，以及可實(shí)時(shí)記錄分享性進(jìn)行利用，并通過實(shí)時(shí)記錄發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中的設(shè)備參數(shù)，形成動態(tài)參數(shù)監(jiān)控曲線，以及應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備工作異常數(shù)據(jù)報(bào)警，以及故障數(shù)據(jù)反饋機(jī)制等，來對發(fā)動機(jī)使用情況進(jìn)行掌握，并通過對發(fā)動機(jī)及其各個(gè)零部件的飛行數(shù)據(jù)、行線數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)以及飛行員數(shù)據(jù)等信息的收集，結(jié)合有效地?cái)?shù)據(jù)分析，并根據(jù)其實(shí)際性能來進(jìn)行遠(yuǎn)程維修或者是預(yù)防性質(zhì)的維護(hù)。

4 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)不僅依靠數(shù)據(jù)的體量，還需要通過有效的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘算法、數(shù)據(jù)預(yù)測分析建模、才能獲取深入的、有價(jià)值的、智能的信息，數(shù)據(jù)的高質(zhì)量、專業(yè)的數(shù)據(jù)管理是運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)保障。

工業(yè)大數(shù)據(jù)給制造業(yè)帶來的改變或許會引領(lǐng)新的工業(yè)革命，但新技術(shù)的使用，需要有足夠知識和經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)工程師及組織，通過對技術(shù)的不斷研究和驗(yàn)證，真正推動新技術(shù)的普及落地，對海量的數(shù)據(jù)去粗取精，去偽存真，讓數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值，助力商用航空發(fā)動機(jī)研制。