民航智慧維修應(yīng)用與展望

□ 姚 翔 陳 濤 史紅義/文

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，以數(shù)字化與智能化技術(shù)為核心的智慧產(chǎn)業(yè)正在前所未有地改變著各行業(yè)。以保證安全、提升效率、降低成本為目標(biāo)的智慧維修，已成為民航維修業(yè)發(fā)展的重點。智慧維修培訓(xùn)，可克服時間和空間的限制。遠(yuǎn)程排故、監(jiān)察、機(jī)器人、智慧庫房等智慧維修現(xiàn)場應(yīng)用，可降低工作負(fù)荷、提升效率、降低風(fēng)險。飛機(jī)健康管理可實時監(jiān)控飛機(jī)和發(fā)動機(jī)狀態(tài)，識別故障與性能衰退。

背景和現(xiàn)狀

（一）智慧維修的背景

民用航空是一個高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險的行業(yè)。為確保安全、加快民航強(qiáng)國建設(shè)、促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展，結(jié)合“十四五”規(guī)劃，民航局積極推動智慧民航建設(shè)，并把智慧民航建設(shè)作為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主攻方向。

智慧維修指的是基于5G網(wǎng)絡(luò)、AI（人工智能）、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)，以VR/AR（虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實）、無人機(jī)檢查、機(jī)器人檢修、增材制造、狀態(tài)監(jiān)控等形式，實現(xiàn)智慧維修培訓(xùn)、智慧維修現(xiàn)場、智慧派工、機(jī)隊預(yù)測性維修與發(fā)動機(jī)全壽命監(jiān)控等，覆蓋維修全產(chǎn)業(yè)鏈的高級維修方式。智慧維修以保障安全為基礎(chǔ)，以“同步共享、智能分析、自主決策、協(xié)同高效”為目標(biāo)，實現(xiàn)維修場景模擬、大數(shù)據(jù)挖掘，實時評價飛機(jī)健康狀態(tài)、分析人員行為特點、預(yù)警系統(tǒng)運行風(fēng)險、決策維修方案，科學(xué)配置“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等生產(chǎn)要素。

智慧維修是智慧民航的重要組成部分，可改善工作環(huán)境，緩解人員疲勞，提升從業(yè)人員滿意度，有效降低維修成本，保證維修的質(zhì)量和安全，提高維修效率，全面提升維修企業(yè)的市場競爭力。大力推進(jìn)智慧維修有望開創(chuàng)航空維修“新業(yè)態(tài)”，為民航維修行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)大動力、奠定堅實基礎(chǔ)。

（二）現(xiàn)狀

中國的民用航空規(guī)模持續(xù)高增長，但飛機(jī)維修技術(shù)與行業(yè)需求還存在差距，主要依賴于人工維修，維修效率低、經(jīng)濟(jì)效益有限，難以滿足維修系統(tǒng)需求。

近兩年，新冠肺炎疫情讓民航業(yè)遭受重創(chuàng)，維修行業(yè)競爭進(jìn)一步加劇，維修企業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，需要尋求技術(shù)突破和轉(zhuǎn)型，在保障安全運營的條件下，有效降低維修成本，保證質(zhì)量和安全，提高效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，在激烈的市場競爭中占有一席之地。

國內(nèi)維修企業(yè)積極探索“智慧維修”，從遠(yuǎn)程維修、現(xiàn)場維修控制等數(shù)字化維修管理方面優(yōu)化現(xiàn)有維修模式、降低成本、提高安全與效率，取得了明顯成績。但總體上來講，中國民航智慧維修尚處于起步階段，沒有形成規(guī)模，還需進(jìn)一步培育發(fā)展壯大。

智慧維修應(yīng)用

（一）智慧培訓(xùn)

民航安全與效率基于高素質(zhì)的人才隊伍，高素質(zhì)的人才隊伍離不開智慧培訓(xùn)。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智慧培訓(xùn)將推動線上、線下培訓(xùn)結(jié)合，破解智慧培訓(xùn)高質(zhì)量發(fā)展難題。智慧培訓(xùn)在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過基于AI的VR和AR技術(shù)，利用線上、線下相結(jié)合的方式，提供沉浸式體驗教學(xué)，更加全面、深入、系統(tǒng)、靈活、有針對性地培訓(xùn)維修人員。目前，智慧培訓(xùn)已經(jīng)實現(xiàn)飛機(jī)、發(fā)動機(jī)部件維修場景模擬和安全事故仿真，針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、裝配原理、安全檢查、規(guī)范操作等內(nèi)容進(jìn)行沉浸式虛擬訓(xùn)練。學(xué)員可以克服時間和空間的限制進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練。AI技術(shù)可以記錄學(xué)員短板并進(jìn)行有針對性的提醒，加強(qiáng)訓(xùn)練，直至完全理解，實施正確的操作，減少差錯；AI技術(shù)還可以記錄學(xué)員的終身培訓(xùn)過程，生成全周期培訓(xùn)檔案，便于管理和智慧派工。

國內(nèi)外民航業(yè)一直努力研究和探索智慧培訓(xùn)。如海航技術(shù)基于VR的智慧培訓(xùn)在提高培訓(xùn)效率的同時降低差錯，形成直觀的情景意識，養(yǎng)成良好的維修作風(fēng)，縮短崗前培訓(xùn)時間，幫助新員工快速適應(yīng)維修專業(yè)環(huán)境，如圖1所示。

圖1 ：海航技術(shù)智慧培訓(xùn)

（二）智慧現(xiàn)場

1.遠(yuǎn)程排故

遠(yuǎn)程排故通常是在飛機(jī)AOG（飛機(jī)因自身故障且不能立即修復(fù)）時，為解決維修現(xiàn)場與技術(shù)支援工程師因空間位移導(dǎo)致的排故指導(dǎo)和現(xiàn)場操作分離問題而采取的支援方式。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程排故采取電話、微信等方式，無法及時獲取完整信息，排故效率和準(zhǔn)確性大打折扣?；?G＋AR技術(shù)的遠(yuǎn)程排故可解決上述問題。

利用5G＋AR技術(shù)，現(xiàn)場第一視角畫面可實時傳送至遠(yuǎn)端。所有在線人員可以實時看到、聽到、甚至“摸到”一線真實場景，指導(dǎo)現(xiàn)場維修人員處理故障。專家可通過遠(yuǎn)程畫面鎖定疑似故障點，進(jìn)行標(biāo)記，實時反饋至現(xiàn)場智能眼鏡畫面中，方便現(xiàn)場快速定位故障。排故后，被標(biāo)記疑似故障點還可用于復(fù)查確認(rèn)。5G＋AR技術(shù)最大優(yōu)勢在于實時多層次交互溝通，解放雙手；可實時傳輸畫面，同步開展排故和遠(yuǎn)程支援，有效減少因交通、物流等因素造成的影響，提高故障處理效率；可自動存儲遠(yuǎn)程支援的數(shù)據(jù)和信息，使排故過程可追溯，人員培訓(xùn)有素材。

海航技術(shù)和南航均開始運用5G＋AR技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程排故，取得了良好的效果，如圖2所示。在新冠肺炎疫情期間，遠(yuǎn)程排故技術(shù)有效避免人員接觸，降低疫情傳播風(fēng)險。在第三屆“綻放杯”5G應(yīng)用大賽中，海航的遠(yuǎn)程排故作為惟一民航維修應(yīng)用項目獲得總決賽一等獎。

圖2 ：遠(yuǎn)程排故

2.智慧監(jiān)察

飛機(jī)維修現(xiàn)場監(jiān)察是安全運行監(jiān)管的重要部分，傳統(tǒng)的監(jiān)察采取視頻監(jiān)控、現(xiàn)場巡查等方式，受制于數(shù)據(jù)量繁雜、人力成本大，無法實時預(yù)警和消除風(fēng)險，決策處置滯后。智慧監(jiān)察利用視頻采集、分析技術(shù)，借助網(wǎng)絡(luò)傳輸和計算機(jī)運算，通過設(shè)定目標(biāo)特征和限制條件，對指定對象進(jìn)行風(fēng)險防控的方式，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)察方式的不足。

智能視頻分析技術(shù)是“智慧監(jiān)察”的一大利器，是基于對象行為的智能監(jiān)控，對視頻內(nèi)容智能分析，開展動態(tài)風(fēng)險識別。監(jiān)察人員可自主設(shè)置報警規(guī)則，出現(xiàn)違反預(yù)設(shè)規(guī)則的情況時系統(tǒng)自動報警，監(jiān)察人員采取對應(yīng)措施、決策。智能視頻分析技術(shù)可識別、跟蹤多個目標(biāo)，標(biāo)記運動軌跡。智能視頻分析技術(shù)改變了以往“被動”監(jiān)控、無差別記錄的狀態(tài)，采取主動分析、智能識別、實時記錄，并對存在的風(fēng)險進(jìn)行預(yù)警和管控。深圳寶安、珠海金灣、?？诿捞m等機(jī)場均已開展了針對機(jī)場飛行區(qū)智能視頻分析的項目，并取得了顯著成效。在飛機(jī)維修領(lǐng)域，同樣可采取智慧監(jiān)察技術(shù)，利用多渠道的視頻監(jiān)控設(shè)備，加入AI模塊，配合云端處理，應(yīng)用于維修各個場景。

3.檢測維修機(jī)器人

由于機(jī)器人可以快速、可靠、精準(zhǔn)完成工作，將維修人員從重復(fù)性、高強(qiáng)度工作和惡劣環(huán)境中解脫出來，節(jié)省時間和維修成本，提高安全，維修企業(yè)開始探索機(jī)器人的應(yīng)用。在維修領(lǐng)域，機(jī)器人主要應(yīng)用在外表檢查、復(fù)合材料表面檢查和維修、復(fù)雜區(qū)域（不易接近的內(nèi)部空腔等）檢查、部件檢測、噴/除漆等。

2017年，漢莎技術(shù)公司推出了Caire機(jī)器人。該機(jī)器人可以對機(jī)身進(jìn)行掃描，檢查確定需要修復(fù)的部位。對于修復(fù)的部位，機(jī)器人自動選擇刀具、計算銑削尺寸、去除損失部位，最后人工將修復(fù)材料膠合到損傷部位并固化。2019年，瑞典的科研團(tuán)隊開發(fā)出了Vortex檢測維修機(jī)器人。它能夠在曲面和有傾斜度的表面上行走，使用熱成像和超聲波等集成傳感器檢查，檢查確定需要修復(fù)的部位，使用鉆頭、激光或者其他工具進(jìn)行維修。

4.智慧庫房

基于RFID（無線射頻識別）技術(shù)的智慧庫房，通過無線電波快速信息交換和存儲，實現(xiàn)非接觸式雙向通信，具有識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、安全性高等優(yōu)點。RFID技術(shù)對工具進(jìn)行智能管控，可以高效完成工具的借還和清點，降低人力成本，避免工具丟失造成的安全隱患和資產(chǎn)損失。春秋航空、金鵬航空已經(jīng)在多個基地投入使用RFID智能工具管理系統(tǒng)的無人庫房。無人庫房緩解了高峰期維修工具借還壓力，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.無人機(jī)檢查技術(shù)

飛機(jī)外觀檢查是一項常見的維修工作，機(jī)身的上表面和垂尾區(qū)域由于難接近、具有危險性，常常給維修人員帶來困擾。隨著無人機(jī)技術(shù)在維修行業(yè)的推廣，配備了高清攝像頭的無人機(jī)使用自動飛行控制系統(tǒng)，沿預(yù)先設(shè)定好的飛行路線，在地面工程師的監(jiān)視下完成外觀檢查。后臺技術(shù)人員可將無人機(jī)拍攝的高清圖片與數(shù)據(jù)庫中的3D電子模型進(jìn)行比對和實時分析判斷，提早發(fā)現(xiàn)如擦痕、凹痕和掉漆等缺陷。實踐表明無人機(jī)檢查可以降低人員受傷和飛機(jī)刮碰風(fēng)險，實現(xiàn)檢查區(qū)域的全覆蓋，提高工作效率。

（三）智慧派工

智慧派工系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分配，系統(tǒng)自動生成維修工作任務(wù)并流入“任務(wù)池”，根據(jù)維修人員的勝任能力進(jìn)行匹配后，向合適的人員進(jìn)行推送，最后由維修人員主動接收任務(wù)。如果在一定時間內(nèi)無人接收，維修工作任務(wù)回到“任務(wù)池”進(jìn)行再次推送或由主管人員進(jìn)行工作委派。智慧派工可配合《民航局關(guān)于提高機(jī)務(wù)維修人員職業(yè)滿意度的指導(dǎo)意見》優(yōu)化薪酬體系的要求，利用工時制調(diào)動人員主動性和積極性、節(jié)省生產(chǎn)安排時間、避免差錯、提高工作效率，科學(xué)地進(jìn)行人員工時管理，防止疲勞。

智慧派工可以與維修企業(yè)的生產(chǎn)準(zhǔn)備前置措施有效結(jié)合。工作任務(wù)接單后，支援保障部門將所需航材、工具通過翼下配送提前送至飛機(jī)下或機(jī)坪智慧庫房，實現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備前置。

（四）飛機(jī)健康管理

飛機(jī)健康管理（AHM）是利用飛機(jī)或發(fā)動機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來確定飛機(jī)狀態(tài)，識別故障或性能衰退，及時安排維修工作。通常包括感知、獲取、傳輸、分析和采取的行動。飛機(jī)健康管理使用很多前沿科技，如傳感器、故障診斷與健康評估、故障預(yù)測、數(shù)據(jù)融合和系統(tǒng)驗證與評價等多方面技術(shù)。目前國內(nèi)航空公司在飛機(jī)健康管理方面均持續(xù)地加大投入，不斷開發(fā)和研究，拓展各自的工程監(jiān)控手段和能力。常見的飛機(jī)健康管理有飛機(jī)系統(tǒng)預(yù)測性維修、發(fā)動機(jī)全壽命監(jiān)控。

1.飛機(jī)系統(tǒng)預(yù)測性維修

隨著物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、AR等技術(shù)的興起，航空維修技術(shù)不斷迭代升級，維修理念也在從以定期檢查、提前更換為主要維修手段的預(yù)防性維修轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)分析、趨勢分析的預(yù)測性維修。飛機(jī)預(yù)測性維修是指通過獲取飛機(jī)上每個部件實時的健康數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理并且持續(xù)整合最新的維護(hù)記錄，通過算法對數(shù)據(jù)分類、分析、整合，以預(yù)測單個或多個部件的故障，實時管控整個機(jī)隊的狀況?？湛凸镜腟kywise平臺通過眾多伙伴間的技術(shù)合作，利用大數(shù)據(jù)為整個航空產(chǎn)業(yè)鏈的用戶提供領(lǐng)先的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。大數(shù)據(jù)資源包括飛機(jī)運營中斷歷史、零件更換、航后報告、機(jī)組報告、飛機(jī)狀況報告、飛機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)、技術(shù)文件與支持，以及服務(wù)通告等。航空公司可通過Skywise輔助分析和決策，開展預(yù)測性維修，幫助公司提升安全性、可靠性，更好地優(yōu)化內(nèi)部運營流程，降低運營成本，提升航空公司在工程和維護(hù)方面的效率。通過預(yù)測性維修、飛機(jī)健康監(jiān)控和可靠性分析三個模塊交替和循環(huán)使用，形成機(jī)隊管理的閉環(huán)控制，對運行的飛機(jī)進(jìn)行全周期的動態(tài)管理。目前春秋航空公司成為國內(nèi)首家Skywise用戶。

國內(nèi)各航空公司根據(jù)自身的運行特點和規(guī)模，開發(fā)和應(yīng)用適用自身的飛機(jī)預(yù)測性維修系統(tǒng)。例如春秋航空自主研發(fā)的飛機(jī)健康監(jiān)控平臺利用飛機(jī)系統(tǒng)各個傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，配合ACARS和QAR以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，按照一定的業(yè)務(wù)規(guī)則整合處理，最終形成監(jiān)控管理平臺的可視化趨勢監(jiān)控報表，并自動按照預(yù)設(shè)規(guī)則推送預(yù)警，從而實現(xiàn)健康可視化實時監(jiān)控的功能，還可用于可靠性分析。

2.發(fā)動機(jī)全壽命監(jiān)控

傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)健康管理多是預(yù)防性維修，維修成本高。利用人工智能，把歷史積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立維修模型來預(yù)測發(fā)動機(jī)在不同使用條件下出故障的概率和時間，進(jìn)行預(yù)測性維修。以通用公司為例，利用數(shù)字孿生技術(shù)，通過數(shù)據(jù)的采集和處理，構(gòu)建發(fā)動機(jī)的數(shù)字孿生體，建立發(fā)動機(jī)的不同故障模型，提前預(yù)知發(fā)動機(jī)性能偏離，發(fā)生故障的概率。

智慧維修挑戰(zhàn)與思考

（一）智慧維修挑戰(zhàn)

1.技術(shù)壁壘，限制發(fā)展

智慧維修很大程度上依賴于飛機(jī)設(shè)計制造的智能化。受制于政治、經(jīng)濟(jì)、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等因素形成的技術(shù)壁壘，國內(nèi)民航維修企業(yè)無法獲得國外飛機(jī)和發(fā)動機(jī)設(shè)計制造數(shù)字模型，限制了國內(nèi)飛機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、自動檢測等智慧維修技術(shù)的發(fā)展。

2.海量數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)不一

我國民航高速發(fā)展，維修企業(yè)在信息技術(shù)應(yīng)用方面取得了令人矚目的成就，但也普遍存在各信息系統(tǒng)分散建設(shè)、各種系統(tǒng)紛繁復(fù)雜、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)孤島等現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源利用困難、管理難度大。在促進(jìn)數(shù)據(jù)流動與共享、實現(xiàn)數(shù)據(jù)賦能、推動創(chuàng)新發(fā)展等方面，維修企業(yè)還有很長的路要走。

3.缺乏平臺，共享困難

維修企業(yè)已經(jīng)開發(fā)眾多智慧維修項目，取得一定成就。但這些成果分散在各公司，缺乏共享平臺，無法實現(xiàn)維修業(yè)內(nèi)互相借鑒交流。需建立常態(tài)化、專業(yè)化的交流協(xié)作平臺，推進(jìn)智慧維修發(fā)展。

（二）智慧維修思考

1.以人為本為出發(fā)點

民航局發(fā)布《關(guān)于提高機(jī)務(wù)維修人員職業(yè)滿意度的指導(dǎo)意見》后，如何改善維修人員的工作生活條件和職業(yè)滿意度成為全行業(yè)關(guān)注重點。以維修人員為用戶的智慧維修系統(tǒng)，首先要考慮改善維修人員體驗，以提高維修人員工作安全為主要目標(biāo)，將以人為本的理念貫穿于各環(huán)節(jié)。使用智能化技術(shù)手段，把維修人員從重復(fù)性勞動中解放出來，為維修人員工作賦能、減輕壓力、減少差錯、提高效率、自我增值，提升維修行業(yè)整體安全水平。

2.物聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐

物聯(lián)網(wǎng)正催生一場新的技術(shù)革命。目前，維修企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（loT）應(yīng)用項目的終端設(shè)備缺乏統(tǒng)一的連接標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)范，loT數(shù)據(jù)無法高效存儲、管理、共享。為解決上述問題，需結(jié)合維修企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略，對loT技術(shù)架構(gòu)做出科學(xué)的研究和規(guī)劃，制定企業(yè)loT終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和連接規(guī)范，設(shè)計適應(yīng)維修業(yè)務(wù)發(fā)展的loT統(tǒng)一管理平臺，將民航維修中的重要生產(chǎn)設(shè)備、運行流程等通過loT技術(shù)進(jìn)行高效的監(jiān)測、控制與管理，提高維修效率，降低成本，提升核心競爭力。

3.新技術(shù)為催化

在“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、開放、共享”的理念下，中國數(shù)字產(chǎn)業(yè)化高速推進(jìn)。以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)字孿生等為代表的新興技術(shù)在構(gòu)建智慧維修應(yīng)用中均具有重要的意義。維修企業(yè)通過與信息技術(shù)（IT）部門、高?；蛲獠垦邪l(fā)機(jī)構(gòu)等密切合作，加快智慧維修建設(shè)步伐，讓新技術(shù)快速落地，使孕育于數(shù)字的新需求得到更大程度釋放，催化出各業(yè)務(wù)層級的創(chuàng)新應(yīng)用，促進(jìn)維修業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

智慧維修展望

展望未來，智慧維修將有以下三方面發(fā)展趨勢。

（一）開拓場景，擴(kuò)展外延

開拓智慧維修的應(yīng)用領(lǐng)域，通過加強(qiáng)數(shù)字感知、完善數(shù)據(jù)治理、搭建生態(tài)系統(tǒng)，精準(zhǔn)發(fā)力，持續(xù)拓展智慧維修的廣度和外延。

（二）建立共享，優(yōu)化生態(tài)

以維修企業(yè)需求為中心，在整合民航智慧維修資源基礎(chǔ)上，促成“官、產(chǎn)、學(xué)、研”機(jī)構(gòu)有效對接，實現(xiàn)智慧維修創(chuàng)新平臺的開放共享，加速智慧維修向縱深發(fā)展。

（三）創(chuàng)新業(yè)態(tài)，提升安全

伴隨民航強(qiáng)國戰(zhàn)略推進(jìn)，智慧維修必將開創(chuàng)航空維修領(lǐng)域“新業(yè)態(tài)”，提升維修行業(yè)安全水平，為民航高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)大動力。