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上一版3  4下一版 2018年6月27日 星期 放大 缩小 默认
民用飞机数据管理的数字化发展
彭焕春

在数字工业时代,数字世界与物理世界的交汇融合必将给传统工业带来深刻的变化,促进生产力的进一步提升,释放巨大潜力。近年来,智能制造和智能服务在民用航空领域的应用正在加速。新一代数字技术和智能技术的爆发,为民用飞机的物联网、大数据分析、工业机器人、预见性维修、无人机检修等未来MRO行业升级转型的方向奠定了基础,推动了民用飞机在客户服务尤其是维修领域数据管理的数字化发展。以波音、空客和GE为代表的航空巨头在这个方面成为了行业的表率。

飞机运行数据和维修支持数据实现数字化和集成化管理

早期民用飞机维修所使用的技术出版物以及维修工卡都是采用纸质形式。以空客公司提供的技术出版物的方式和交付介质的演化历程为例,20世纪70年代中国民航开始采购大型空客客机,飞机维修技术手册都是以纸张为存储介质,机务维修人员主要通过查阅纸质手册进行飞机维修工作。直到20世纪90年代中叶,我国航空公司的维修技术手册主要以纸质形式存在。以B737-500型飞机为例,飞机维修手册AMM和图解零件目录IPC两本主要维修技术手册的A4纸张打印量在8万页左右。纸质手册不仅占用空间大、不易保存携带、查阅费时,并且更新特别困难。

从90年代中期起,国内航空公司逐步开始采用PDF格式的数字化文档手册,并使得所有的维修技术手册可以压缩存储在多个微缩胶片中,后期则可以存储在一张CD光盘中。

后来波音公司调查显示完成一项维修工作时,维修人员查询技术手册和填写,维修记录的工序时间占整个维修工时的30%-40%,早在20世纪80年代,空客公司着手开发PMA应用软件,手册不再采用PDF格式,而是使用SGML语言来描述,查询速度相比PDF手册要快5倍。从90年代中后期开始,我国多家航空公司采用了PMA软件。

随后,由于PMA软件系统的主要功能是提供维修信息的查询,不能满足现代航空器对适航维修流程和可靠性管理的更高要求,2002年,空客开始研发基于新型架构的网络航空器维修整体解决方案ADOC Web Maintenance和Air@ave浏览器,并通过Airbus World门户网站访问。MPT是PMA的升级产品,继承了PMA的主要便捷功能,重要特点就是将其机型初始设计的3D结构图、2D飞机系统图、2D电子线路图移植到ADOC数据库中,利用智能化导航功能和搜索功能精准、高效、直观地查询所需的信息资料,快速准确地解决飞机现场维修和排故各项工作。

ADOC软件功能随着技术发展不断增强,并逐步可以和机载维护系统进行集成,实时获取CMC中的故障代码和各类状态信息,此外可以实时实现机载软件的更新。随着移动互联网技术的高速发展,目前空客正在实施ADOC的移动化工作,推出MaintenanceMobility产品,其中大部分的技术手册信息已经可以通过智能手机和平板电脑的方式来浏览。

民机主制造商是最直接的数据生产者和集成者,相关的数据类型和涉及领域众多。在新一轮技术大变革背景下,这些数据无疑也为民机制造业带来了新的机遇与挑战。以波音787、空客A350 XWB、罗罗新一代遄达发动机为代表的新一代产品,能够实时采集的参数相比之前的产品呈指数级的增长。

上世纪80年代,空客的工程人员在A320试飞试验阶段的一年间分析了12000个参数,采集了将近9万亿字节(8Tb)的数据,然而这个数据量只占A350数据量的2%。目前,A350被收集的参数将近60万个,每天可收集到的数据已超过2万亿字节(1.8Tb)。而2015年,仅保守估计,可采集到的数据量就可达到100万亿字节(91Tb)。空客A350飞机仅执行一个航班,所采集到的客舱压力、高度、燃油消耗等数据就能够达到0.5Tb。除了能够实时获取的海量参数外,飞机运行的环境、气象、地理信息等数据对于大数据分析也十分重要,而这些实时的数据也是海量的。

而随着物联网技术的广泛应用,先进的传感器技术(RFID)等设备也成为支持维修相关决策的一个重要输入。RFID技术可以通过射频信号自动识别对象,无需可见光源,具有穿透性,可通过外部包装材料直接读取数据。对应用环境的要求低,读取距离远,无需与目标接触就可以得到数据,同时支持写入数据,无需重新制作新标签。同时,RFID技术还能够追踪工具的位置,避免工具遗失风险。更重要的是,RFID技术的工具管理系统可以利用电子化标签对每件工具和所有存储架进行标记管理,能够实时了解每件工具设备的性能、状态、位置和历史变化等信息,并根据这些信息进行计算机自动处理,以便采取相应的管理对策和措施。

在飞机维修领域,RFID技术可以广泛应用于零部件周转管理,航材管理,工具管理,附件维修的检验等。现在一些新型的飞机设计,该技术已经应用到了一些重要的零部件上面,飞机维修领域将来或许要广泛采用这个技术。未来,飞机的每一个零部件将会有自己的记忆,有自己的使用记录,也会有自己的自检、自测、自修等行为。

基于飞机运营的大数据分析成为服务模式创新的重要手段

先进的传感器技术(RFID)、通信技术(ACARS和卫星通信)、物联网技术等等使得大量原始数据的获取并非难事。但是,有了数据并不代表一定就能产生价值。这种价值一方面是数据的利用程度。比如,很多运营型企业会存储大量的设备使用数据,而直到设备出现问题时才会查看当时的数据是否出现了异常,并且只用于处理当下的问题。事实上,这样造成的是大量的数据被浪费。如果能通过一个统一的平台分析、预测数据的关联,就可能避免不必要的问题产生或数据浪费。另一方面是数据的可用程度,即有可能我们采集到的数据90%以上都是无用的数据,而技术人员需要花费大量时间进行数据处理。这就对感知数据的采集与存储提出了新的要求。

就算有了可利用的数据,也必须能够转化为有用的信息。这种信息的转化,类似于人的记忆过程,即人之所以有记忆,并非单纯感知到实体世界的数据存储,或者是实体世界镜像的映射,而是通过筛选、存储、关联、融合、索引、调用等形式将数据变为对人有用的信息。因此,能够按照信息分析的频度和重点重新进行自适应的、动态的“数据—信息”转换,并解决海量信息的持续存储、多层挖掘、层次化聚类调用,进而达成数据到信息的智能筛选、存储、融合、关联、调用,才是有效的信息提取过程。

预期到2030年,传统的生产系统将转型成为生产智能产品的智慧工厂,未来的工厂将实现具备自省性、自预测性、自比较性和自重构能力的无忧生产环境。传统的维修系统转型成为智能维修的设施,未来的维修将从基于预防式的维修转变为预测式的、基于状态的维修,维修方式也将是智能化、自动化。

在迈向工业4.0时代以前,诸多的关键技术需要持续不断地研究,现有的维修基础设施也需要不断更新以应对工业4.0的新标准。物联网+智能分析平台+务联网的大数据创值体系还需要不断完善,尤其是填补智能分析平台中的技术缺口。构建智能维修系统的工具、技术和方法也需要不断改进。如何通过捕获智慧工厂和智能产品的大数据,运用先进的大数据分析方法建立实体设备与产品的镜像模型,并利用镜像模型产生的信息对实体进行对称化的内容管理和提供创值服务,将成为未来竞争力的核心。

GE的航空大数据分析与数字化解决方案部门综合了多项飞行数据,确立并实施一整套可持续的高效利用燃油方案。通过优化飞行效率,航空公司还能跟踪和比对机队每一飞行阶段的油耗情况,并进行深入的数据解析,得到节油机会点,进而不断完善飞行质量和体验,实现可持续改进。以国内三大航的燃油成本为例,如节省1%的燃油,意味着可以带来上亿级别的成本节约。

从远程诊断到预测性服务,GE提出了一个数字双胞胎(Digital Twin)的概念。一个数据,一个是物理模型。二者结合才能进行更好的分析预测。看起来简单,但二者的联系是复杂的。通过模型以及模型间的关联,来预测哪些发动机在未来可能会出现问题。对于每台发动机定制化的检查策略将取代以往的“一刀切”。GE相关团队人员将数字双胞胎解释为“我们不是要等出现告警信息再进行维修,而是通过分析预测出什么时候会告警而进行预测性维护。”

客户获取数据的方式呈现便携化和直观化

数字化设备与平板电脑在维修领域的应用日益广泛。波音核心的数字化服务系统Maitenance Peformance Toolbox(MPT)和空客核心的数字化服务系统Maintenance Mobility目前均从WEB应用的版本移植到移动端,可用通过平板电脑来访问。

易捷航空日前就成功利用一款三维扫描仪设备对一架空客777飞机超过120平方米的机体进行损伤检查。扫描仪将获得的三维图像传输至维修人员的手提电脑,并以损伤报告的形式发送给工程师。更重要的是,相比人工检查每平米机体区域需要4—5个小时,三维扫描仪仅需30分钟,且非常准确。再如,法荷航工程维修公司的子公司Barfield公司开发了一款可用于高度、静态系统测量与检查的新型地面支援设备,并可通过iPad进行无线控制,大大节省了维修时间。

法荷航维修工程公司目前正在不断提高移动平板电脑在机库中的使用率。该公司希望地面维修人员即使在维修现场也能够访问系统、查阅技术文档,从而避免在需要查阅相关资料时再专程从机库返回办公区域。同样,维修人员也可以在维修现场使用平板电脑预订零备件和工具,并且使用电子签名进行工作确认。

虚拟现实(VR)技术已成为训练仿真系统设计的热点。VR技术比较适合于机械专业的维修训练。美军研制的飞机修理训练系统,参训人员穿戴头盔式的三维立体显示器、数据手套及立体声耳机,在仿佛置身于真实的维修环境中,进行发动机、武器等的拆装训练。F-35飞机将为维修人员提供一种嵌入式训练能力,为作战中队提供任务/工作预览能力,它可能包括虚拟显示单元,便于维修人员在实际接触飞机之前就能进行预先演练。

作为一家领先全球的数字工业公司,GE不止利用智能头盔促进工作效率,还计划明年在工厂供应链中采用增强现实(AR)技术进行设备生产,帮助工人组装复杂的机械部件。2017年初,GE旗下意大利弗洛伦萨GE燃气轮机械工厂的工人,就将采用AR技术,在燃气轮机喷嘴制造中叠加虚拟图像,对喷嘴的数十个指标进行精确测量。工作人员能明确知道什么地方需要进行测量,测量结果也会无线传输到电脑的数据库里,只要有测量不符合设计需求,就能够马上通过平板上的视图意识到。AR技术能让工人的测量工作时间从8小时减到1小时,大大提高了工作效率,降低了生产时间。

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