《交通運輸科學技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第四部分 裝備《飛機狀態(tài)預(yù)測和維修作業(yè)管理平臺》

本期項目簡介

完成單位: 北京飛機維修工程有限公司、中國國際航空股份有限公司

主要完成人: 倪繼良、 吳學良、 李唐、 全紅兵、 鐘德超、 楊貴賓、 畢文靜、 侯立國、 張永、崔軍、 張世君、 穆童、 李明宇、 甘力中、 祝欣

項目簡介

　　(一)項目背景

　　以可靠性為中心的維修思想制定的飛機維修方案通常比較保守,維修工作間隔短,導致大量的過度維修。以空客A330為例,其計劃維修工作占整體維修工作的81%,而大部分檢查工作的故障或缺陷的發(fā)現(xiàn)率不足20%,與此同時,運行中飛機還有大量系統(tǒng)故障發(fā)生,機組故障報告率超過10%。在投入大量維修資源的情況下,我國每年故障原因?qū)е率鹿收骱蛉匀徽急容^大且呈現(xiàn)增長趨勢。這說明傳統(tǒng)的以可靠性為中心的維修方式已經(jīng)不能滿足民航業(yè)持續(xù)提高安全保障水平和經(jīng)濟效益的需求,成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項目以構(gòu)建行業(yè)解決方案為出發(fā)點,突破了基于機載狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的自適應(yīng)故障探測和多源數(shù)據(jù)融合的復雜系統(tǒng)性能預(yù)測等關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)了基于構(gòu)型的數(shù)字化主線實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用,推動了航空維修方式從預(yù)防性維修到預(yù)測性維修的轉(zhuǎn)變。Ameco投入了大量資源,將科研成果轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)標準,并以此建立生產(chǎn)系統(tǒng)和產(chǎn)品,形成了飛機狀態(tài)預(yù)測與維修作業(yè)管理平臺(簡稱APCM平臺)。APCM平臺主要技術(shù)指標包括診斷預(yù)測指標、系統(tǒng)性能指標和功能指標,依據(jù)實際排故工作的統(tǒng)計結(jié)果,平臺的故障診斷準確率為95%,性能基線模型擬合偏差控制在5%以內(nèi),性能預(yù)測準確度99.55%,實際性能與性能基線偏差的檢測虛警率根據(jù)不同系統(tǒng)的特點設(shè)置在0.00001~0.00005,并在此基礎(chǔ)上最小化漏警率。APCM系統(tǒng)每秒處理ACARS報文數(shù)量為10條、每航段QAR數(shù)據(jù)譯碼時間20~60秒,能夠支持2000架飛機運行,在線用戶10000個并發(fā)用戶100個,系統(tǒng)最大響應(yīng)時間1秒,系統(tǒng)從接收數(shù)據(jù)到生成報警的最大時間1分鐘,系統(tǒng)可靠度99.99%。

　　(三)適用范圍

　　適用于波音、空客、商飛機型,包括ARJ21、A320CEO、A320NEO、A330、A350、B737NG、B737MAX、B777、B744、B748、B787等,替代波音空客相關(guān)產(chǎn)品用于航空公司飛機健康管理。與波音、空客和GE的同類產(chǎn)品對比,APCM平臺不僅實現(xiàn)OEM已有的健康管理功能,還構(gòu)建了通用化的虛擬機載故障預(yù)測、診斷與維護系統(tǒng),以及基于狀態(tài)的維修作業(yè)過程的管理,能夠精確獲得每架飛機的技術(shù)狀態(tài),根據(jù)其性能制定單機維修方案,精準管理維修工作進程,實現(xiàn)資源精準投放,在保證持續(xù)安全的前提下,實現(xiàn)降本增效。

　　目前APCM平臺除了作為生產(chǎn)系統(tǒng)服務(wù)于國航之外,還為其他航空公司提供工程服務(wù),得到用戶高度認可。APCM是目前我國唯一投入生產(chǎn)的基于狀態(tài)的飛機維修管理平臺,其應(yīng)用推動了維修方式變革,使大量預(yù)防維修變?yōu)轭A(yù)測維修,基于構(gòu)型的數(shù)字化主線技術(shù)實現(xiàn)平臺單一數(shù)據(jù)源管理,推動飛機維修產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。APCM項目研發(fā)過程中建立的技術(shù)標準和工程規(guī)范,為建立行業(yè)標準奠定基礎(chǔ),同時能夠幫助國產(chǎn)大型客機提高運行保障技術(shù)水平。

項目創(chuàng)新點

　　(一)提出了多源數(shù)據(jù)驅(qū)動的復雜系統(tǒng)性能預(yù)測方法和技術(shù)規(guī)范

　　通過ACARS報文、QAR數(shù)據(jù)、SAR數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化的維修數(shù)據(jù)、動態(tài)構(gòu)型數(shù)據(jù)、技術(shù)出版物結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的自動采集和協(xié)同分析,實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下的模型訓練,使擬合出的模型特征無限貼近實際運行情況。恒虛警檢測技術(shù)提高預(yù)測準確度,得到穩(wěn)健的輸出結(jié)果。

　　(二)提出了基于機載狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的自適應(yīng)N選M故障探測算法

　　機載狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)ACMS可以采集到系統(tǒng)自檢故障信息BITE和實時運行數(shù)據(jù),作為中央維護系統(tǒng)CMC的補充和增強,實現(xiàn)門限動態(tài)調(diào)整,有效降低虛警,提高故障探測準確度。

　　(三)建立了通用化的虛擬機載故障預(yù)測、診斷與維護系統(tǒng)

　　定義基于狀態(tài)維修體系功能包含空地端數(shù)據(jù)采集、空地端數(shù)據(jù)處理、全機隊實時狀態(tài)運行監(jiān)控、全機隊系統(tǒng)性能預(yù)測、基于狀態(tài)維修作業(yè)管控。運用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)將機載端及地面端系統(tǒng)功能有效串聯(lián)實現(xiàn)以飛機健康狀態(tài)為指標,實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài),預(yù)測飛機系統(tǒng)性能異常、失效、性能衰退、隱性失效狀態(tài),從而提供充足的時間安排檢修工作。

　　(四)字化主線的數(shù)據(jù)集成和交換技術(shù)

　　使用統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范將數(shù)據(jù)編碼、解碼,建立飛機工程維修管理的主數(shù)據(jù),進一步研究在不同場景下的主數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性模型,使各環(huán)節(jié)流通和使用數(shù)據(jù)完全自動化,使事件結(jié)果驅(qū)動的維修工作轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動的健康管理,數(shù)字化主線能夠是在分析和操作過程中保證數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性。

　　(五)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的半實物仿真測試平臺

　　通過半實物仿真實現(xiàn)了高保真的飛機故障和事件仿真技術(shù),適用于不同型號數(shù)據(jù)采集組件功能驗證。

同類項目比較

　　系統(tǒng)功能APCM平臺除了具有OEM產(chǎn)品提供的健康管理功能之外還具備更多功能。APCM系統(tǒng)開發(fā)和使用成本遠低于OEM產(chǎn)品,市場銷售價格也同樣低于OEM產(chǎn)品的每架飛機每年2萬美元,從而具有更高的效益和市場競爭力。詳見表1。

應(yīng)用案例

　　國航先后于2013年使用APCM平臺監(jiān)控波音737NG機隊,2015年開始監(jiān)控空客A320、A330機隊,2018年A350機隊、2019年B747、B777、B787波音寬體機隊、2020年ARJ機隊投入使用。已支撐國航各機隊運行約494萬飛行小時和210萬循環(huán)。應(yīng)用APCM平臺實施健康管理后機隊不正常千次率逐年下降,平均每年下降0.34。詳見圖1。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　項目提出了基于數(shù)字化主線的數(shù)據(jù)集成和交換方法,建立飛機狀態(tài)預(yù)測和維修作業(yè)管理平臺,形成了全壽命周期MRO企業(yè)數(shù)字化方法,并通過實際使用驗證,實現(xiàn)了產(chǎn)品的單一數(shù)據(jù)源管理。首次實現(xiàn)了基于性能預(yù)測的維修方案工作條目的優(yōu)化和規(guī)則的制定,推動了維修方式從預(yù)防性維修向預(yù)測性維修的變革。此外,本項目在多元數(shù)據(jù)整合和應(yīng)用方面已達到國際領(lǐng)先水平,具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化維修產(chǎn)品打破波音空客等行業(yè)巨頭的技術(shù)壟斷,有利于中國民航的技術(shù)發(fā)展和航空公司的數(shù)據(jù)安全。在民航高速發(fā)展和技術(shù)革新的行業(yè)背景下,充分發(fā)揮央企示范作用,從開發(fā)產(chǎn)品到建立行業(yè)標準,在國際資源配置中爭取話語權(quán)和主導權(quán)。“十三五冶期間增收節(jié)支約3.25億元。