航空公司飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理研究

□ 夏友平 王飛云 袁 陳/文

經(jīng)歷了多年的發(fā)展，中國民航的安全管理理念和方法已日漸成熟。但隨著機(jī)隊(duì)規(guī)模不斷增長，運(yùn)行環(huán)境不斷變化，即使保持事故率、故障率不變的情況下，飛機(jī)實(shí)際發(fā)生的重要事件或故障數(shù)量也會(huì)大大增加。由此帶來的航班不正常事件，甚至嚴(yán)重的不安全事件，對旅客的安全出行造成極大影響，對民航業(yè)的形象口碑帶來很大的負(fù)面影響。為了更好地解決這些問題，當(dāng)前，以預(yù)測性維修為中心的飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理受到極大關(guān)注。本文在分析國內(nèi)航空公司這方面的現(xiàn)狀，總結(jié)當(dāng)前國內(nèi)預(yù)測性維修開展的總體情況、存在的困難和需求的基礎(chǔ)上，給出對策建議。

研究背景及意義

（一）研究背景

傳統(tǒng)飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)維修模式主要基于MSG-3 預(yù)防性維修方法，通過對型號或機(jī)隊(duì)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行重復(fù)性的維護(hù)來保持可靠性。但這種方法具有一定的局限性：一方面，無法實(shí)時(shí)響應(yīng)飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)變化，從而增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，預(yù)防性維修需要定期對全型號或全機(jī)隊(duì)進(jìn)行全面檢測，維護(hù)成本較高。

針對以上問題，各制造商紛紛推出預(yù)測性維修的產(chǎn)品，相對于預(yù)防性維修來說，預(yù)測性維修的關(guān)注點(diǎn)從機(jī)型機(jī)隊(duì)轉(zhuǎn)到了單機(jī)上，通過對單機(jī)的故障監(jiān)控與預(yù)測，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管控，在安全性、可靠性及成本之間尋求更佳的平衡。

（二）研究意義

近期，國內(nèi)航空公司發(fā)生的一些機(jī)械故障，在社會(huì)上造成了很大的負(fù)面影響，甚至讓民眾對民航的安全性產(chǎn)生了懷疑。對此，通過飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)測性維修，航空公司可以提前發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，避免重大事件發(fā)生。如2023年5 月6 日，國內(nèi)某航空公司A320NEO 飛機(jī)（PW1100G）執(zhí)行雙流—烏魯木齊航班，飛機(jī)爬升階段，8 點(diǎn)24 分收到飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）實(shí)時(shí)下發(fā)的右發(fā)滑油滲漏告警報(bào)文。公司通過衛(wèi)星電話果斷建議機(jī)組盡快落地。飛機(jī)于9 點(diǎn)10 分安全返航。結(jié)合譯碼數(shù)據(jù)和地面試車前滑油添加量綜合分析確認(rèn)，從起飛后5 分鐘開始，該飛機(jī)右發(fā)出現(xiàn)持續(xù)滑油泄漏，至落地時(shí)，滑油泄漏總計(jì)12 夸脫。

上述案例說明，飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)測性維修具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理現(xiàn)狀

（一）原理簡述

1. 飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理介紹

飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理為包括飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、診斷、評估在內(nèi)的活動(dòng)的總和，包括4 種行為：診斷和預(yù)測、緩和、維修、檢驗(yàn)。其中故障的預(yù)測是核心，是決定健康管理質(zhì)量的關(guān)鍵。

2. 預(yù)測性維修基本原理

在故障演變的過程中，一些系統(tǒng)參數(shù)具有一定的變化特征和變異節(jié)點(diǎn)，通過發(fā)現(xiàn)參數(shù)的變化提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患，提前介入。

目前，飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)測性維修使用的數(shù)據(jù)傳輸主要通過以下兩種方式實(shí)現(xiàn)。一種是飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ACMS）：通過ACARS數(shù)據(jù)鏈路在飛機(jī)和地面站之間通過無線電或衛(wèi)星傳輸報(bào)文，對飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于ACARS 數(shù)據(jù)鏈帶寬是非常有限的，只能獲取報(bào)告式的數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)但數(shù)據(jù)量小。另一種是無線快速存取記錄器（WQAR）：當(dāng)飛機(jī)落地并打開艙門時(shí)，WQAR 會(huì)通過無線網(wǎng)絡(luò)將飛行數(shù)據(jù)下傳到地面指定服務(wù)器，配合地面系統(tǒng)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)下載到處理的自動(dòng)化。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)完整但目前做不到實(shí)時(shí)。

（二）預(yù)測性維修介紹

與OEM 健康管理系統(tǒng)原理類似，以空客AIRMAN 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)主要分為三個(gè)模塊：一是機(jī)隊(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)訪問飛機(jī)狀態(tài)，提供故障歷史、建議。還集成了超鏈接以方便訪問相關(guān)的技術(shù)文件，大幅提高排故決策效率。二是事件監(jiān)控?？伤阉鞫喟l(fā)故障或重復(fù)故障，可實(shí)時(shí)獲取AIDS 標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，并可以從報(bào)文中提取出參數(shù)，得出趨勢，發(fā)現(xiàn)及預(yù)測故障，給出最優(yōu)的維修時(shí)機(jī)。三是歷史監(jiān)控。提供全球機(jī)隊(duì)可靠性數(shù)據(jù)，生成飛機(jī)系統(tǒng)和其部件故障數(shù)據(jù)及趨勢，給出狀態(tài)圖表。也可查詢歷史故障、AIDS 報(bào)文、歷史航后報(bào)告、工作指令等。

目前主要OEM 所開發(fā)的飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)均是以飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)ACARS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過和預(yù)設(shè)門檻值的對比來對重要故障進(jìn)行報(bào)警，通過和故障數(shù)據(jù)庫的對比分析來對飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)的健康度進(jìn)行衡量使用和提高。

（三）國內(nèi)現(xiàn)狀

OEM 系統(tǒng)因可定制化程度低、影響數(shù)據(jù)安全、費(fèi)用較高、虛假警告多、分析平臺老化等原因已無法滿足我國航空公司對飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的要求。因此已有很多國內(nèi)航空公司自主開展飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理，取得了一些成果。

為了對國內(nèi)預(yù)測性維修開展的情況進(jìn)行分析，對34 家航空公司進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研樣本基本體現(xiàn)了國內(nèi)航空公司的各種類型，具有代表性和參考價(jià)值。調(diào)研角度為目前公司飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀、應(yīng)用成果、創(chuàng)新情況、資金投入、后續(xù)措施、共享意愿、對OEM 的意見和政策意見共8 個(gè)維度。

1. 預(yù)測性維修的開展概況

大型航空公司方面，目前，南航在飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)測性維修方面已是國內(nèi)標(biāo)桿，其自主研發(fā)的天瞳系統(tǒng)能完全代替廠家的系統(tǒng)。國航自主開發(fā)的基于狀態(tài)的飛機(jī)維修管理平臺（APCM）具有同樣的功能。東航在AIRMAN和AHM 中開發(fā)了自定義報(bào)文進(jìn)行監(jiān)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控方面則依靠廠家監(jiān)控后提供郵件等形式提醒。海航的情況與東航類似。

中型航空公司方面，廈航在飛機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控方面以自主研發(fā)為主，發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控方面則是與GE 合作。川航則自主研發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)控系統(tǒng)（EIDEAS），而飛機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控方面引入漢莎的AVIATAR。

小型航空公司方面，重慶航委托南航將其機(jī)隊(duì)納入南航飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)，西部航則委托海航技術(shù)，大連航飛機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控委托國航，河北航飛機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控委托廈航，金鵬航部分機(jī)型（B737）監(jiān)控委托海航技術(shù)等。

2. 預(yù)測性維修的組織架構(gòu)/ 制度情況

國內(nèi)大部分航空公司開展預(yù)測性維修，主要還是利用現(xiàn)有的工程技術(shù)、可靠性管理等現(xiàn)有傳統(tǒng)的技術(shù)人員來兼職進(jìn)行，相關(guān)的工作程序零散。對于設(shè)置專門機(jī)構(gòu)及專門人員使用專門的工作程序來進(jìn)行預(yù)測性維修，只有部分大型航空公司能夠做到。

3. 數(shù)據(jù)費(fèi)用

國內(nèi)航空公司ACARS 維修數(shù)據(jù)獲取均來源民航數(shù)據(jù)通信有限責(zé)任公司，單架飛機(jī)全年通常報(bào)文數(shù)據(jù)量預(yù)計(jì)產(chǎn)生流量費(fèi)約15 萬元。

無線快速存取記錄器（WQAR）數(shù)據(jù)費(fèi)用基于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以空客A320 飛機(jī)為例，目前新構(gòu)型設(shè)備（FOMAX）僅需安裝一張卡，每張通信卡每月費(fèi)用在100 元以下，明顯低于ACARS 的費(fèi)用。

問題分析

（一）國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修情況分析

1. 預(yù)測性維修技術(shù)來源

目前國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修技術(shù)來源中自主或自主研發(fā)與廠家技術(shù)結(jié)合方式進(jìn)行的有20 家，在調(diào)研樣本中占比59%，依靠廠家和外委其他航空公司的有14 家（見圖1）。南航“天瞳”系統(tǒng)在滿足自身要求基礎(chǔ)上已可提供對外技術(shù)服務(wù)，小航空公司則以依靠OEM 或其母公司/ 其他成熟大公司為主。

圖1：國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修技術(shù)來源

2. 預(yù)測技術(shù)/ 數(shù)據(jù)的共享意愿

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，明確愿意進(jìn)行預(yù)測性維修技術(shù)及數(shù)據(jù)分享的航空公司為20 家（見圖2），占比達(dá)到59%，對于不愿意分享或者不確定的航空公司，其疑慮主要在于數(shù)據(jù)的安全性敏感性、費(fèi)用、權(quán)益平衡等。

圖2：國內(nèi)航空公司共享預(yù)測性維修技術(shù)意愿情況

3. 自主研發(fā)資金投入

根據(jù)圖3 顯示，在研發(fā)投入上，在有明確可統(tǒng)計(jì)投入的16 家航空公司中，國航、南航、海航投入均超千萬至上億級別，其余13 家航司投入均不超過百萬級別。

圖3：國內(nèi)航空公司共享預(yù)測性維修技術(shù)研發(fā)投入

4. 自主研發(fā)困難點(diǎn)

從圖4 可以看出，對于自主研發(fā)，各個(gè)航空公司的困難主要集中于資金、技術(shù)兩個(gè)方面。具體表現(xiàn)為：一是各航空公司對于預(yù)測性維修的重視程度不一，公司方在表面安全形勢可接受、無重大事件發(fā)生的情況下，無動(dòng)力主動(dòng)對新技術(shù)投資；二是投入產(chǎn)出比是部分小型航空公司考慮的重點(diǎn)，預(yù)測性維修的“起步”費(fèi)用相對較高，分?jǐn)偟矫考茱w機(jī)的成本較高；三是預(yù)測性維修技術(shù)的核心在于預(yù)測模型的建立，在運(yùn)行數(shù)據(jù)少、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足的情況下需要“摸著石頭過河”，但OEM 廠家或國內(nèi)其他有能力航空公司可提供或愿意提供的“石頭”不多；四是有維修專業(yè)背景又對IT 熟悉的復(fù)合型人才匱乏。

圖4：國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修困難點(diǎn)

5. 航空公司自主研發(fā)所需支持

根據(jù)圖5，對于預(yù)測性維修的開展，各航空公司的需求點(diǎn)主要在于資金支持、政策引導(dǎo)和技術(shù)援助上。

圖5：國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修研發(fā)相關(guān)訴求

綜合來看，目前國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修的開展范圍廣泛，但發(fā)展水平參差不齊，大航空公司資金雄厚、技術(shù)基礎(chǔ)好，取得的成果也很多，小的航空公司雖然對于預(yù)測性維修有意愿，但受制于資金、技術(shù)等方面，研發(fā)及投入動(dòng)力不足、困難很多，這對我國民航機(jī)隊(duì)整體運(yùn)行安全性及可靠性的保持和提升產(chǎn)生了一些制約。

（二）國內(nèi)航空公司預(yù)測性維修存在的問題

一是OEM 的技術(shù)封鎖：包括傳感器的測量范圍、采集頻率及精度，控制組件控制法則、系統(tǒng)部件的失效模型等，航空公司很難獲取到這方面的資料。二是目前國內(nèi)部分航空公司已有成熟的預(yù)測性維修經(jīng)驗(yàn)，但缺乏合適的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、技術(shù)共享、業(yè)務(wù)托管的渠道。三是目前實(shí)時(shí)傳輸主要依賴ACARS 網(wǎng)絡(luò)，該傳輸方式傳輸速率太低，且相對費(fèi)用較高。四是航空公司在開發(fā)模型的過程中，非常缺乏有維修背景知曉機(jī)型原理并且對IT 算法、編程等有研究的開發(fā)人員，即使有合適人選，在當(dāng)前的維修人員體系中也難以得到好的安置和使用。五是航空公司普遍反映開發(fā)的資金量需求較大。六是老舊飛機(jī)在設(shè)計(jì)之初缺少采集點(diǎn)和數(shù)據(jù)規(guī)范，國產(chǎn)民機(jī)如ARJ21 部分系統(tǒng) QAR 參數(shù)較少。七是部分航空公司對預(yù)測性維修可能帶來的衍生風(fēng)險(xiǎn)如NFF 件增多等有疑慮。

飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的趨勢及對策

（一）飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的趨勢

1. 技術(shù)發(fā)展趨勢展望

隨著飛機(jī)機(jī)載設(shè)備、傳輸方式、地面設(shè)備的不斷發(fā)展，航空公司可以收集更多的運(yùn)行參數(shù)，對現(xiàn)在無法直觀進(jìn)行監(jiān)控的參數(shù)和故障進(jìn)行模型分析，達(dá)到預(yù)警的目的。

同時(shí)，進(jìn)一步開發(fā)適合自身需求的地面接收和分析平臺，集成數(shù)據(jù)接收、分析、預(yù)警、分發(fā)、處理措施智能匹配，流程智能規(guī)劃等功能，根據(jù)健康狀況提供處置決策建議，提高安全裕度和處置效率，進(jìn)一步保障運(yùn)行安全。

2. 關(guān)于IP180

IP 180 文件旨在對具備 AHM 能力的系統(tǒng)按需生成 AHM 任務(wù)，替代傳統(tǒng)的定期檢查。未來當(dāng)AHM 可以預(yù)測到故障并且可以提供足夠的時(shí)間裕度進(jìn)行排故時(shí)，在經(jīng)過ISC 指導(dǎo)委員會(huì)批準(zhǔn)后可以將AHM 排故方式加入到MRBR 中，作為MPD 項(xiàng)目的替代方案。這是飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的一個(gè)重要發(fā)展方向，即預(yù)測性維修逐步替代現(xiàn)有的預(yù)防性維修模式，MSG-3.5 甚至MSG-4 正在路上。

（二）飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的問題對策

基于上述問題分析，結(jié)合未來技術(shù)發(fā)展趨勢，提出以下建議：

1. 加快推進(jìn)步伐

加快在國內(nèi)航空公司中廣泛推進(jìn)以預(yù)測性維修為核心的飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理工作。各航空公司應(yīng)廣泛建立基于預(yù)測性維修的飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)，同時(shí)需要考慮機(jī)隊(duì)規(guī)模、機(jī)型構(gòu)成、運(yùn)行特點(diǎn)、技術(shù)能力、關(guān)鍵系統(tǒng)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等因素；航空公司在開展飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理時(shí)應(yīng)與飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)OEM、其他有經(jīng)驗(yàn)航空公司加強(qiáng)溝通交流，獲取更多技術(shù)和數(shù)據(jù)等方面的支持，尤其是運(yùn)行國產(chǎn)民機(jī)的航空公司，應(yīng)積極反饋改進(jìn)意見，共同進(jìn)步。

2. 注重科學(xué)引導(dǎo)和規(guī)劃

對國內(nèi)航空公司進(jìn)行以預(yù)測性維修為核心的飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)和規(guī)劃。航空公司應(yīng)根據(jù)自身情況選擇自建、聯(lián)合開發(fā)或者直接購買/ 外委其他公司的成熟系統(tǒng)，不管采取哪種形式應(yīng)確保其使用的安全性、可靠性、功能性，同時(shí)注意數(shù)據(jù)安全；局方應(yīng)牽頭搭建交流合作平臺，通過相關(guān)政策的頒布引導(dǎo)各航空公司、航科院等單位加強(qiáng)飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的交流共享，尤其是涉及安全或重要項(xiàng)目，推進(jìn)整體安全；對于預(yù)測性維修可能導(dǎo)致的NFF 等情況，各航空公司應(yīng)形成合力與廠家達(dá)成相對一致的處理意見；對于IP180 帶來的維修理念的升級予以足夠關(guān)注，積極嘗試、不斷總結(jié)，中國民航產(chǎn)業(yè)鏈完整、機(jī)隊(duì)數(shù)量大、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)非常豐富，在這一點(diǎn)上我們大有可為，甚至可以將相關(guān)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到國產(chǎn)民機(jī)民發(fā)的研發(fā)及維修理論上，以取得一定的優(yōu)勢。

3. 加大投入

航空公司和局方加大對以預(yù)測性維修為核心的飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的投入。航空公司應(yīng)加大在飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)建設(shè)方面的投入，特別是在系統(tǒng)開發(fā)、服務(wù)購買、設(shè)施設(shè)備配備等方面；局方應(yīng)在政策方面合理支持航空公司建立或發(fā)展飛機(jī)/ 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)，對于可解決重大安全問題的項(xiàng)目應(yīng)設(shè)立專項(xiàng)資金予以推動(dòng)；航空公司應(yīng)提前進(jìn)行預(yù)測性維修所需的人才儲備，并對其工作職責(zé)、薪酬等合理設(shè)置；航空公司應(yīng)積極拓展飛行數(shù)據(jù)傳送途徑，積極探索運(yùn)用高通量衛(wèi)星、5G-ATG等新型大容量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，實(shí)時(shí)獲取、分析飛機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)。