自上世紀(jì)90年代國(guó)際領(lǐng)先的民用飛機(jī)制造商引入飛機(jī)健康管理的概念和技術(shù)以來(lái)，經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展，目前已建立起基于空地雙向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與健康管理系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)收集飛機(jī)的狀態(tài)信息，及時(shí)獲取飛機(jī)的健康狀態(tài)，并對(duì)飛機(jī)全壽命周期內(nèi)的健康狀態(tài)進(jìn)行有效管理。目前，預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)（PHM）在美國(guó)、歐洲的主要航空發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)得到了充分的認(rèn)可和推廣應(yīng)用，并且朝著更加綜合化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化的方向發(fā)展。健康管理演化至今，從2010年以后，特別是工業(yè)4.0等概念提出以來(lái)，正在從以組件/機(jī)器為中心，轉(zhuǎn)向以客戶為中心的健康管理，其核心是預(yù)測(cè)分析，其中大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、基于人工智能與云計(jì)算的健康管理將發(fā)揮重要作用。大數(shù)據(jù)時(shí)代下，提高健康管理技術(shù)研究和服務(wù)水平，可以更好地為我國(guó)大型客機(jī)提供全球化服務(wù)和全壽命周期服務(wù)解決方案，從而達(dá)到高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、實(shí)時(shí)化和智能化的運(yùn)營(yíng)支持服務(wù)的目標(biāo)。
隨著新一代數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備在民機(jī)上應(yīng)用，機(jī)載系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控能力不斷提升，空客A350飛機(jī)監(jiān)控參數(shù)達(dá)到40萬(wàn)個(gè)，波音787飛機(jī)的監(jiān)控參數(shù)達(dá)到15萬(wàn)個(gè)，航空公司運(yùn)營(yíng)維護(hù)歷史數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)三大航的年運(yùn)行數(shù)據(jù)累計(jì)達(dá)數(shù)十TB，這些海量數(shù)據(jù)將進(jìn)一步改變飛機(jī)的維護(hù)方式，提升飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)表現(xiàn)。大數(shù)據(jù)時(shí)代下，在航空維修領(lǐng)域中會(huì)有越來(lái)越多的數(shù)據(jù)收集和分析工具加入到航空公司運(yùn)營(yíng)管理中，為維修保障人員及時(shí)確定故障原因和維修措施、合理安排維護(hù)時(shí)間提供技術(shù)支持，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修，提高飛機(jī)簽派率，降低維護(hù)成本。
大數(shù)據(jù)背景下民機(jī)健康管理技術(shù)的演化
波音公司：從AHM到BGS
在20世紀(jì)80年代，波音757飛機(jī)出現(xiàn)之前，系統(tǒng)的故障多是在飛機(jī)著陸之后發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行診斷的。波音757/767中引入了發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)，在飛行過(guò)程中可以記錄3000個(gè)參數(shù)，向飛行員報(bào)告一些系統(tǒng)的故障信息，但是無(wú)法自動(dòng)通知地面的維修人員。波音747-400引入了中央維修計(jì)算機(jī)，可將飛行過(guò)程中的各種維修信息傳遞給地面的維修和工程人員，以快速地查找故障原因，一旦飛機(jī)落地，便可進(jìn)行修理。到2004年，波音777-300ER引入健康管理系統(tǒng)（HMS），每架飛機(jī)可以處理10萬(wàn)個(gè)機(jī)載系統(tǒng)性能參數(shù)。到2011年波音787投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，健康管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)大約又增加了50%。
波音的飛機(jī)健康管理體系架構(gòu)基于“機(jī)載中央維護(hù)系統(tǒng)OMS+空地?cái)?shù)據(jù)鏈+地面軟件平臺(tái)AHM”，如圖1所示。中央維護(hù)計(jì)算機(jī)及飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集各系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)載必要的信息判斷和處理，下傳工作由飛機(jī)的ACARS數(shù)據(jù)鏈完成，并通過(guò)MyBoeingFleet網(wǎng)站實(shí)時(shí)向客戶指定的地點(diǎn)發(fā)送報(bào)警或者通知地面維護(hù)人員，在飛機(jī)降落前準(zhǔn)備好零備件和資料，同時(shí)還可幫助航空公司識(shí)別一些重復(fù)出現(xiàn)的故障和性能趨勢(shì)，支持機(jī)隊(duì)長(zhǎng)期可靠性計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。這套體系覆蓋范圍很廣，可以實(shí)現(xiàn)空地一體化的管理，提高飛行安全和航班運(yùn)營(yíng)效率。AHM支持機(jī)型眾多，目前主要有波音737NG、波音747、波音757、波音767、波音777、波音787等。
波音每年會(huì)根據(jù)用戶需求持續(xù)升級(jí)完善，及時(shí)發(fā)布新版本，確保AHM系統(tǒng)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，也為航空公司帶來(lái)持續(xù)的使用價(jià)值。波音的AHM系統(tǒng)，為全球42%以上的波音777飛機(jī)和28%以上的波音747-400飛機(jī)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和決策支持服務(wù)，并以AHM服務(wù)為重要組成部分推出了Gold Care服務(wù)包，提高飛行安全和航班運(yùn)營(yíng)效率。據(jù)波音的初步估計(jì)，通過(guò)使用AHM可使航空公司節(jié)省約25%的因航班延誤和取消而導(dǎo)致的費(fèi)用。
2016年波音宣布成立波音全球服務(wù)集團(tuán)（BGS），業(yè)務(wù)主要集中在供應(yīng)鏈、工程/改裝和維修、數(shù)字航空與分析、培訓(xùn)和專業(yè)服務(wù)等4個(gè)領(lǐng)域。在2017年巴黎航展上，波音啟動(dòng)了名為AnalytX的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，將分散在公司各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的800余名數(shù)據(jù)分析專家集中在一起，利用科學(xué)的程序和方法，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的見解和客戶解決方案，并與多個(gè)客戶簽訂了涉及機(jī)隊(duì)健康管理、機(jī)隊(duì)油耗分析、疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析協(xié)議。
波音作為整機(jī)制造業(yè)巨頭，立足制造優(yōu)勢(shì)，抓住數(shù)據(jù)先機(jī)，上世紀(jì)90年代開始布局?jǐn)?shù)字化應(yīng)用，與大學(xué)合作組建航空數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)室開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究，從行業(yè)應(yīng)用軟件AHM到AnalytX更是積累了眾多客戶資源和基礎(chǔ)，諸多條件皆具備的情況下，相信波音會(huì)一直走在數(shù)據(jù)互聯(lián)應(yīng)用隊(duì)伍的前列。
空客公司：從AIRMAN到Skywise
空客飛機(jī)健康管理體系與波音類似，主要架構(gòu)基于“機(jī)載中央維護(hù)系統(tǒng)OMS+空地?cái)?shù)據(jù)鏈+地面軟件平臺(tái)AIRMAN”，如圖2所示。各機(jī)載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引入機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)各模塊處理和計(jì)算得出故障維護(hù)信息，經(jīng)ACARS空地?cái)?shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)下傳，由地面操作和服務(wù)中心獲得信息。AIRMAN開發(fā)的初衷是為了彌補(bǔ)機(jī)載中央維護(hù)系統(tǒng)的不足，消除各機(jī)載子系統(tǒng)BITE大量的虛警。AIRMAN通過(guò)監(jiān)測(cè)飛機(jī)系統(tǒng)在飛行途中的狀況，把實(shí)時(shí)信息傳送給地面維護(hù)部門，依靠這些早期信息，維護(hù)人員在飛機(jī)著陸前就能清楚判斷出故障所在，最大程度地縮短由于飛機(jī)維護(hù)而造成的運(yùn)營(yíng)時(shí)間延誤，從而保證準(zhǔn)點(diǎn)簽派，這種技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)也有助于降低飛機(jī)的計(jì)劃外維修次數(shù)。目前，AIRMAN支持的機(jī)型包括空客A320、空客A330、空客A340、空客A380及空客A350。
AIRMAN作為空客設(shè)計(jì)研發(fā)的專業(yè)數(shù)字化排故及維護(hù)管理軟件，其主要作用是：幫助地面航站基地對(duì)整個(gè)機(jī)隊(duì)的維修信息進(jìn)行跟蹤管理；簡(jiǎn)化和優(yōu)化排故維修工作，提高排故效率；提供更為積極的預(yù)防性維修措施，減少非定期的排故維修任務(wù)，從而提高調(diào)度可靠性，降低維修成本。
空客新的實(shí)時(shí)健康監(jiān)控軟件（AiRTHM）更進(jìn)一步，為新型飛機(jī)的系統(tǒng)提供更多參數(shù)。例如，AiRTHM系統(tǒng)地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（ACARS）能處理空客A380飛機(jī)產(chǎn)生的25萬(wàn)個(gè)參數(shù)的信息量，以及空客A350飛機(jī)產(chǎn)生的40多萬(wàn)個(gè)參數(shù)的信息量。通過(guò)地面支持系統(tǒng)收集和分析海量數(shù)據(jù)，AiRTHM與空客維護(hù)控制中心的飛機(jī)停場(chǎng)技術(shù)中心系統(tǒng)集成，能夠提供實(shí)時(shí)排故支援，指導(dǎo)備件供應(yīng)，監(jiān)控預(yù)期故障下的系統(tǒng)健康狀態(tài)。
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