李唐 李迪

回顧了改革開放40年我國飛機維修工程發(fā)展歷程，介紹了國際民航業(yè)信息技術(shù)與維修實體業(yè)務相結(jié)合的實例，分析了數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)維修理論的影響，指出飛機維修工程的全面數(shù)字化是符合我國國情的發(fā)展方向。

我國民航飛機維修工程發(fā)展歷程持續(xù)適航管理體系的建立

飛機維修工程是一項系統(tǒng)工程，是保障民航各類運輸機型持續(xù)適航的有效手段，適航維修管理是飛機維修工程的管理方式。中國民航適航維修管理的發(fā)展可以分為兩個階段，改革開放以前和改革開放至今。

建國初期中國民航主要使用蘇制飛機和蘇式保障體系，采用預防為主的維修方式，沒有相應的適航維修管理體系。改革開放以后隨著大量引進歐美飛機，中國民航逐步建立了以可靠性為中心的飛機維修體系和相應的適航管理規(guī)章制度，包括CCAR 43、CCAR66、CCAR 91、CCAR 121、CCAR 135、CCAR 145、CCAR 147，明確了適航當局、航空器制造商、航空器營運人、維修企業(yè)和培訓機構(gòu)在持續(xù)適航管理中的作用、職責以及適航審定要求。與此同時，民航局根據(jù)適航管理要求制定了一整套民用航空行業(yè)標準，規(guī)范了行業(yè)行為。通過40年的發(fā)展，中國民航已經(jīng)形成了法制化規(guī)范化的持續(xù)適航維修管理體系。

飛機維修管理體制的改革

上世紀80年代初民航脫離了軍委民航局，組建了民航局和地區(qū)管理局，成立了中國國際航空、中國東方航空、中國南方航空等六大骨干航空公司，實現(xiàn)了政企分開的管理體制。1989年國航和南航相繼成立了Ameco和GAMECO兩家具有獨立法人資格的綜合性飛機維修企業(yè)，標志著我國飛機維修行業(yè)開始走上專業(yè)化建設道路。以Ameco為例，經(jīng)過30年發(fā)展公司已經(jīng)具備提供機隊包修服務、航線維護、飛機大修和噴漆、反推和進氣道大修、發(fā)動機大修、APU大修、附件大修、起落架大修、公務機改裝和維修、工程和資產(chǎn)技術(shù)服務、教育和培訓、計量檢測等方面的服務能力，是中國民用航空局授權(quán)的民用航空器改裝設計委任單位代表（DMDOR）。Ameco持有中國民用航空局（CAAC）、美國聯(lián)邦航空局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）等在內(nèi)的近30個國家或地區(qū)頒發(fā)的維修許可證。Ameco目前擁有160多個國內(nèi)維修站點和國際維修站點，形成了輻射國內(nèi)外的維修服務網(wǎng)絡，為國內(nèi)外百余家用戶提供維修服務，且2017年營業(yè)額突破了70億元。

目前我國已有近四百家獲得CAAC批準的飛機維修企業(yè)，其業(yè)務涵蓋了工程管理、航線維修、機體維修、發(fā)動機和部附件修理，預計2018年國內(nèi)飛機維修市場總計超過400億元，形成相當規(guī)模的航空維修產(chǎn)業(yè)。上述維修企業(yè)具備絕大多數(shù)在役機型的機體重維修能力，在滿足國內(nèi)市場需求的基礎(chǔ)上還大量承接國外用戶的飛機大修業(yè)務。在發(fā)動機維修領(lǐng)域，國內(nèi)維修企業(yè)主要維修CFM56和V2500系列等發(fā)動機。部附件維修的范圍較廣，涉及電子、電氣、機械等專業(yè)，國內(nèi)維修企業(yè)的修理深度和修理范圍都在不斷擴大。

飛機維修管理理念和設施的發(fā)展

1967年美國聯(lián)合航空公司以書面形式發(fā)表了《應用決斷圖制定維修大綱的邏輯分析方法》，1968年美國幾家航空公司和飛機制造廠的代表組成了一個維修指導小組，簡稱MSG，制定了《維修評審和大綱修訂》的MSG-1文件。美聯(lián)合航空公司的諾蘭（Stan Nowlan）和希普（Howard Heap）于1978年合著了《以可靠性為中心的維修》。這標志著現(xiàn)代飛機維修理論的建立和應用，使維修項目的制定、時間間隔趨于合理，顯著節(jié)省了人力物力。

改革開放以后，隨著新型飛機的引進，中國民航開始實施以可靠性為中心的飛機維修。各航空公司和飛機維修企業(yè)通過組建可靠性管理部門、建立可靠性數(shù)據(jù)收集處理報警的技術(shù)標準和工作流程，逐步建立了以可靠性為中心的飛機維修管理體系。

此外，國內(nèi)航空公司的維修部門和維修企業(yè)在引進先進維修管理理念的同時投資建設了大量飛機維修基礎(chǔ)設施和設備，包括機庫、工裝、測試設備、發(fā)動機試車臺等，修理能力顯著增強，從改革開放初期以外送維修為主轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕逓橹?，修理深度也在大幅度提高?/p>

國外飛機維修技術(shù)發(fā)展

從萊特兄弟發(fā)明飛機至今已經(jīng)一百多年了，飛機作為一種交通運輸工具跨越了人類工業(yè)文明發(fā)展的所有階段，從機械化時代、電氣自動化時代、信息時代到數(shù)字化時代，今后還將伴隨人類進入人工智能時代。機械時代的飛機結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)都比較簡單，基本采用定時檢修的維修策略，一般的機械加工設備也能夠滿足修理需求。隨著上世紀60年代末可靠性理論和應用，飛機維修開始在理論指導下科學合理地進行，促進了專業(yè)飛機維修企業(yè)的建立。飛機維修技術(shù)歸根結(jié)底來自飛機制造技術(shù)，對于自身能夠制造飛機或其關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的航空技術(shù)強國來說自然能夠修理飛機和其零部件，只是修理工作不確定性強，不像制造領(lǐng)域可以有計劃的大批量生產(chǎn)。所以隨著飛機系統(tǒng)越來越復雜，上世紀70年代末期美國開始研發(fā)機載中央維護系統(tǒng)，提供在翼故障診斷能力，大大提高了排故效率并為零部件進廠修理提供了寶貴的在翼故障信息。經(jīng)過幾十年發(fā)展，波音、空客在中央維護系統(tǒng)的研發(fā)和應用上都取得了很大進展，波音787提出了機載健康管理系統(tǒng)的概念，機組報警系統(tǒng)、中央維護系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)和計算資源，報警系統(tǒng)、維護信息和狀態(tài)參數(shù)相互匹配使維修人員更準確掌握飛機技術(shù)狀態(tài)?？湛虯350飛機在優(yōu)化其中央維護系統(tǒng)功能的同時提供了強大的連續(xù)數(shù)據(jù)采集能力，幾十個數(shù)據(jù)采集通道能夠同時采集幾萬個參數(shù)，為建立飛機系統(tǒng)模型和飛行、運行模型提供了強大支撐。

進入數(shù)字化時代，飛機維修技術(shù)迎來了快速發(fā)展期，波音飛機健康管理系統(tǒng)（AHM）于2004年正式上線，標志著數(shù)字化維修時代的到來。飛機健康管理系統(tǒng)將飛機接入了互聯(lián)網(wǎng)，使維修人員能夠通過網(wǎng)絡從飛機上下載數(shù)據(jù)，同時飛機也實時發(fā)送自身的狀態(tài)信息，軟件系統(tǒng)通過分析上述信息向工程師提供維修技術(shù)支持和維修決策支持。

經(jīng)過10多年發(fā)展，波音飛機健康管理系統(tǒng)已經(jīng)和數(shù)字化出版物、飛機燃油消耗管理、維修方案優(yōu)化、運行簽派優(yōu)化等板塊集成為AnalytX。波音使用先進的數(shù)據(jù)處理技術(shù)把原有模塊整合為功能強大的數(shù)據(jù)分析平臺，為接入更多航空公司數(shù)據(jù)、更多種類的飛機和傳感器數(shù)據(jù)作準備。此外，空客、羅羅、GE、普惠等也都建立了自身的數(shù)字化研發(fā)和服務部門，向客戶提供數(shù)字化服務產(chǎn)品。國際知名的MRO企業(yè)，如漢莎技術(shù)公司也建立了數(shù)字化產(chǎn)品部，在保障自身生產(chǎn)需求的同時，向客戶提供數(shù)據(jù)共享和分析服務，并將此與其他維修服務整合提供新的服務模式。據(jù)《航空周刊》報道，空客、漢莎技術(shù)、法荷航維修工程公司都在研發(fā)和應用智能機器人，并將其用于無損探傷、外部檢查等?？湛瓦€研發(fā)了一款能夠在地面進行繞機檢查的機器人，該機器人能夠自動識別飛機外部損傷，同時具備自主導航能力，能夠精確繞機移動。IBM公司提出，未來可將區(qū)塊鏈技術(shù)應用到飛機和零部件的所有維修記錄中，并作為飛機資產(chǎn)的重要組成部分。

數(shù)字化技術(shù)也推動了增材制造技術(shù)的發(fā)展，使增材制造的應用變得容易，特別是將增材制造用于維修過程中將能夠快速、靈活地制造出所需零部件，有效應對維修不確定性。所以國外正在大力發(fā)展增材制造技術(shù)，將該技術(shù)用于復合材料制造、金屬材料的制造和維修、客艙用的復合材料部件維修中，目前，空客也開始用增材制造技術(shù)制造飛機的金屬部件，發(fā)動機制造廠家也開發(fā)了一系列增材技術(shù)用于發(fā)動機葉片的修理。

國外航空維修技術(shù)的發(fā)展往往伴隨著商業(yè)模式的變化。據(jù)ICF咨詢公司統(tǒng)計，2017年全球MRO市場市值約為755億美元。據(jù)Oliver Wyman公司預測，未來10年全球MRO市場平均增速約4.0%，到2028年全球MRO市場將達到1 147億美元左右。面對這個有巨大發(fā)展?jié)摿Φ娘w機維修市場，各類OEM和MRO企業(yè)紛紛利用數(shù)字化技術(shù)打造新的商業(yè)模式，為客戶量身定制維修服務，爭取更大的市場占有率和更高的利潤。

新時代飛機維修工程的發(fā)展方向

眾所周知，飛機是高端的工業(yè)產(chǎn)品，現(xiàn)代大型民用運輸飛機是高度數(shù)字化的飛行器，安裝了寬帶光纖網(wǎng)絡和大量傳感器、控制系統(tǒng)，飛行過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。波音787和空客A350便是這類飛機的代表，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每飛行小時采集的數(shù)據(jù)超過300GB，每架飛機每年采集的數(shù)據(jù)量超1PB。這些數(shù)據(jù)表征了除了飛機結(jié)構(gòu)以外所有飛機系統(tǒng)的狀態(tài)，包括技術(shù)狀態(tài)、故障、性能、位置、姿態(tài)、業(yè)載、燃油消耗等，能夠應用于飛機維修、運行控制、飛行品質(zhì)、運營效益分析等領(lǐng)域。新一代飛機維修工程除了能夠從飛機上獲得海量數(shù)據(jù)之外，維修過程中各類測試和測量數(shù)據(jù)也隨著設備數(shù)字化程度逐步提高而更容易獲得，例如新型萬用表能夠通過WIFI接收測量需求并反饋測量結(jié)果，綜合化附件測試設備普遍配備互聯(lián)網(wǎng)接口。另外，維修人員、機組成員在社交媒體上的經(jīng)驗交流也是具有重要價值的信息。一些國際知名航空公司已經(jīng)開始為飛行員和維修人員配備平板電腦用于資料查閱、問題報告和工作單簽署等，未來運行中將生成大量多媒體信息。海量的多樣化數(shù)據(jù)已經(jīng)初步構(gòu)成了飛機維修大數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的可靠性管理是以數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù)為基礎(chǔ)的管理方法。以技術(shù)記錄本、定檢地面故障處理記錄和附件修理記錄為主要數(shù)據(jù)源的可靠性管理系統(tǒng)，對于一家擁有200架以上飛機的大型航空公司而言，每年人工錄入的數(shù)據(jù)量不超過5GB，還不到現(xiàn)代維修系統(tǒng)一小時生成的數(shù)據(jù)量。傳統(tǒng)的可靠性管理以統(tǒng)計平均值作為評價飛機系統(tǒng)可靠性的主要指標，按照民航局要求統(tǒng)計數(shù)據(jù)至少需要積累12個月甚至更長時間才能起到信息反饋和監(jiān)控作用。進入大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)可靠性管理暴露出一些問題，如反應速度慢，因為航空公司由于安全和經(jīng)營的雙重壓力，往往無法容忍在統(tǒng)計結(jié)果超越警戒值后再對故障的根本原因進行分析，并采取行動;再有就是統(tǒng)計結(jié)果表征的是整個機隊，但不同飛機的情況往往差異很大。

基于航空器全壽命維修理念的飛機健康管理系統(tǒng)是近年來業(yè)內(nèi)推崇的航空維修大數(shù)據(jù)應用方案，它能夠綜合利用飛機傳感器數(shù)據(jù)、測試測量數(shù)據(jù)、維修記錄數(shù)據(jù)等預測故障，分析評估飛機系統(tǒng)性能水平，提供快速故障診斷和維修決策支持，同時監(jiān)控和分析飛機燃油消耗水平，從而提供綜合飛機健康指數(shù)。相對于傳統(tǒng)可靠性管理系統(tǒng)，飛機健康管理系統(tǒng)能夠快速還原故障場景，利用數(shù)據(jù)優(yōu)勢和人工智能技術(shù)進行快速故障診斷并確定故障的根本原因。更進一步，飛機系統(tǒng)故障預測技術(shù)使飛機維修做到了未卜先知，大大降低了飛機維修工程的不確定性。飛機健康管理系統(tǒng)為工程師提供了分析數(shù)據(jù)的手段，主動地在大數(shù)據(jù)中尋找發(fā)現(xiàn)問題，顛覆了傳統(tǒng)的被動維修方式，打破了維修生產(chǎn)人員、技術(shù)支援和系統(tǒng)工程之間的界限，使飛機維修工程運行變得更加高效。

互聯(lián)網(wǎng)的普及特別是移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了消費領(lǐng)域，而這一價值潛力在工業(yè)領(lǐng)域還有待釋放。物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術(shù)近年來在工業(yè)界大受重視，人們希望這些技術(shù)能帶來工業(yè)生產(chǎn)的變革。德國提出了工業(yè)4.0概念，美國提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念，而中國提出了中國制造2025。這三者的本質(zhì)內(nèi)容一致，其核心是數(shù)字化和人工智能，應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時獲取工業(yè)用設備、工具、器材、人員等的狀態(tài)信息，通過部署在云端的數(shù)據(jù)分析平臺對這些狀態(tài)信息進行分析并將分析結(jié)果反饋給各個工業(yè)部門以實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，將比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式顯著降低能耗、節(jié)約成本，推動工業(yè)領(lǐng)域從傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個性化定制生產(chǎn)。

總體來說，飛機維修工程的數(shù)字化主要包括兩方面工作，一是維修數(shù)據(jù)的數(shù)字化，這里的維修數(shù)據(jù)包括了技術(shù)資料和各類維修記錄，二是維修生產(chǎn)過程的數(shù)字化。維修生產(chǎn)過程的數(shù)字化對航空公司和維修企業(yè)來說是一個挑戰(zhàn)，涉及的部門多，業(yè)務復雜。但收益也大，舉例來說，構(gòu)型管理是持續(xù)適航管理的一項基本工作，涉及部門之間通過工程文件和維修指令分解和轉(zhuǎn)移構(gòu)型管理要求，最終在飛機上實施構(gòu)型變更并反饋信息。目前這個過程是開環(huán)的，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能不被察覺。如果利用數(shù)字化技術(shù)建立虛擬飛機，任何一個修改構(gòu)型的文件或指令都會改變虛擬飛機的構(gòu)型，通過將最終在飛機上實施的構(gòu)型變更和在虛擬飛機上進行對比驗證，期間任何環(huán)節(jié)的錯誤或不一致操作都會反映在虛擬飛機上并出現(xiàn)報警。

Nicholas Negroponte在他的《數(shù)字化生存》中提出比特就好比人體內(nèi)的DNA，是信息的最小單位，并且對比了比特和原子的價值。隨著使用時間的增長，飛機的價值也就是原子價值在逐步減少，但飛機運行中產(chǎn)生的比特價值卻不斷提高，我們可以用這些比特優(yōu)化運營管理、預測故障、改善設計。同樣，投資建設數(shù)字化飛機維修工廠能夠獲得工業(yè)大數(shù)據(jù)，進而通過分析應用優(yōu)化生產(chǎn)計劃、組織、預測設備健康狀況，安全高效完成飛機維修任務，提高飛機利用率，降低維修成本。

總結(jié)和展望

改革開放40年以來，我國飛機維修工程取得了令人矚目的成績，保障民航安全運行40年。當前，數(shù)字經(jīng)濟正成為全球經(jīng)濟增長的新動能和經(jīng)濟提質(zhì)增效的新引擎。黨的十九大報告提出，要推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實體經(jīng)濟深度融合?！吨袊裼煤娇瞻l(fā)展第十三個五年計劃》明確指出，民航業(yè)要全面提高科技創(chuàng)新能力，推動行業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級，在飛機維修領(lǐng)域通過重大工程項目建設和前沿技術(shù)攻關(guān)突破航空器全壽命維修、數(shù)字化維修等關(guān)鍵技術(shù)，形成擁有核心知識產(chǎn)權(quán)的科研成果。飛機維修工程的數(shù)字化正是通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)鏈接飛機、維修人員、工具器材、技術(shù)資料等，應用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能優(yōu)化和再造工作流程，使信息技術(shù)和飛機維修業(yè)務深度整合，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+飛機維修”和飛機維修工程的跨越式發(fā)展，實現(xiàn)民航強國夢。