航空公司飛機/發動機健康管理研究

□ 夏友平 王飛云 袁 陳/文

經歷了多年的發展，中國民航的安全管理理念和方法已日漸成熟。但隨著機隊規模不斷增長，運行環境不斷變化，即使保持事故率、故障率不變的情況下，飛機實際發生的重要事件或故障數量也會大大增加。由此帶來的航班不正常事件，甚至嚴重的不安全事件，對旅客的安全出行造成極大影響，對民航業的形象口碑帶來很大的負面影響。為了更好地解決這些問題，當前，以預測性維修為中心的飛機/ 發動機健康管理受到極大關注。本文在分析國內航空公司這方面的現狀，總結當前國內預測性維修開展的總體情況、存在的困難和需求的基礎上，給出對策建議。

研究背景及意義

（一）研究背景

傳統飛機/ 發動機維修模式主要基于MSG-3 預防性維修方法，通過對型號或機隊按一定時間間隔進行重復性的維護來保持可靠性。但這種方法具有一定的局限性：一方面，無法實時響應飛機/ 發動機的狀態變化，從而增加了運行風險。另一方面，預防性維修需要定期對全型號或全機隊進行全面檢測，維護成本較高。

針對以上問題，各制造商紛紛推出預測性維修的產品，相對于預防性維修來說，預測性維修的關注點從機型機隊轉到了單機上，通過對單機的故障監控與預測，實現精準化管控，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，國內航空公司發生的一些機械故障，在社會上造成了很大的負面影響，甚至讓民眾對民航的安全性產生了懷疑。對此，通過飛機/ 發動機預測性維修，航空公司可以提前發現潛在缺陷，避免重大事件發生。如2023年5 月6 日，國內某航空公司A320NEO 飛機（PW1100G）執行雙流—烏魯木齊航班，飛機爬升階段，8 點24 分收到飛機通信尋址與報告系統（ACARS）實時下發的右發滑油滲漏告警報文。公司通過衛星電話果斷建議機組盡快落地。飛機于9 點10 分安全返航。結合譯碼數據和地面試車前滑油添加量綜合分析確認，從起飛后5 分鐘開始，該飛機右發出現持續滑油泄漏，至落地時，滑油泄漏總計12 夸脫。

上述案例說明，飛機/ 發動機預測性維修具有重要的實際意義和應用價值。

飛機/發動機健康管理現狀

（一）原理簡述

1. 飛機/ 發動機健康管理介紹

飛機/發動機健康管理為包括飛機/發動機狀態監測、診斷、評估在內的活動的總和，包括4 種行為：診斷和預測、緩和、維修、檢驗。其中故障的預測是核心，是決定健康管理質量的關鍵。

2. 預測性維修基本原理

在故障演變的過程中，一些系統參數具有一定的變化特征和變異節點，通過發現參數的變化提前發現系統中存在的隱患，提前介入。

目前，飛機/ 發動機預測性維修使用的數據傳輸主要通過以下兩種方式實現。一種是飛機狀態監控系統（ACMS）：通過ACARS數據鏈路在飛機和地面站之間通過無線電或衛星傳輸報文，對飛機進行實時監控。由于ACARS 數據鏈帶寬是非常有限的，只能獲取報告式的數據。其特點是實時但數據量小。另一種是無線快速存取記錄器（WQAR）：當飛機落地并打開艙門時，WQAR 會通過無線網絡將飛行數據下傳到地面指定服務器，配合地面系統自動處理數據，實現從數據下載到處理的自動化。其特點是數據完整但目前做不到實時。

（二）預測性維修介紹

與OEM 健康管理系統原理類似，以空客AIRMAN 遠程監控系統為例，該系統主要分為三個模塊：一是機隊實時監控。實時訪問飛機狀態，提供故障歷史、建議。還集成了超鏈接以方便訪問相關的技術文件，大幅提高排故決策效率。二是事件監控?？伤阉鞫喟l故障或重復故障，可實時獲取AIDS 標準報文，并可以從報文中提取出參數，得出趨勢，發現及預測故障，給出最優的維修時機。三是歷史監控。提供全球機隊可靠性數據，生成飛機系統和其部件故障數據及趨勢，給出狀態圖表。也可查詢歷史故障、AIDS 報文、歷史航后報告、工作指令等。

目前主要OEM 所開發的飛機/ 發動機健康管理系統均是以飛機/ 發動機實時ACARS數據為基礎，通過和預設門檻值的對比來對重要故障進行報警，通過和故障數據庫的對比分析來對飛機/ 發動機的健康度進行衡量使用和提高。

（三）國內現狀

OEM 系統因可定制化程度低、影響數據安全、費用較高、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/ 發動機健康管理的要求。因此已有很多國內航空公司自主開展飛機/ 發動機健康管理，取得了一些成果。

為了對國內預測性維修開展的情況進行分析，對34 家航空公司進行了調研，調研樣本基本體現了國內航空公司的各種類型，具有代表性和參考價值。調研角度為目前公司飛機健康管理系統的現狀、應用成果、創新情況、資金投入、后續措施、共享意愿、對OEM 的意見和政策意見共8 個維度。

1. 預測性維修的開展概況

大型航空公司方面，目前，南航在飛機/發動機預測性維修方面已是國內標桿，其自主研發的天瞳系統能完全代替廠家的系統。國航自主開發的基于狀態的飛機維修管理平臺（APCM）具有同樣的功能。東航在AIRMAN和AHM 中開發了自定義報文進行監控，而發動機監控方面則依靠廠家監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，廈航在飛機系統監控方面以自主研發為主，發動機監控方面則是與GE 合作。川航則自主研發了發動機健康監控系統（EIDEAS），而飛機系統監控方面引入漢莎的AVIATAR。

小型航空公司方面，重慶航委托南航將其機隊納入南航飛機/ 發動機健康管理系統，西部航則委托海航技術，大連航飛機系統監控委托國航，河北航飛機系統監控委托廈航，金鵬航部分機型（B737）監控委托海航技術等。

2. 預測性維修的組織架構/ 制度情況

國內大部分航空公司開展預測性維修，主要還是利用現有的工程技術、可靠性管理等現有傳統的技術人員來兼職進行，相關的工作程序零散。對于設置專門機構及專門人員使用專門的工作程序來進行預測性維修，只有部分大型航空公司能夠做到。

3. 數據費用

國內航空公司ACARS 維修數據獲取均來源民航數據通信有限責任公司，單架飛機全年通常報文數據量預計產生流量費約15 萬元。

無線快速存取記錄器（WQAR）數據費用基于手機網絡，以空客A320 飛機為例，目前新構型設備（FOMAX）僅需安裝一張卡，每張通信卡每月費用在100 元以下，明顯低于ACARS 的費用。

問題分析

（一）國內航空公司預測性維修情況分析

1. 預測性維修技術來源

目前國內航空公司預測性維修技術來源中自主或自主研發與廠家技術結合方式進行的有20 家，在調研樣本中占比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”系統在滿足自身要求基礎上已可提供對外技術服務，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：國內航空公司預測性維修技術來源

2. 預測技術/ 數據的共享意愿

根據調研結果，明確愿意進行預測性維修技術及數據分享的航空公司為20 家（見圖2），占比達到59%，對于不愿意分享或者不確定的航空公司，其疑慮主要在于數據的安全性敏感性、費用、權益平衡等。

圖2：國內航空公司共享預測性維修技術意愿情況

3. 自主研發資金投入

根據圖3 顯示，在研發投入上，在有明確可統計投入的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：國內航空公司共享預測性維修技術研發投入

4. 自主研發困難點

從圖4 可以看出，對于自主研發，各個航空公司的困難主要集中于資金、技術兩個方面。具體表現為：一是各航空公司對于預測性維修的重視程度不一，公司方在表面安全形勢可接受、無重大事件發生的情況下，無動力主動對新技術投資；二是投入產出比是部分小型航空公司考慮的重點，預測性維修的“起步”費用相對較高，分攤到每架飛機的成本較高；三是預測性維修技術的核心在于預測模型的建立，在運行數據少、技術經驗不足的情況下需要“摸著石頭過河”，但OEM 廠家或國內其他有能力航空公司可提供或愿意提供的“石頭”不多；四是有維修專業背景又對IT 熟悉的復合型人才匱乏。

圖4：國內航空公司預測性維修困難點

5. 航空公司自主研發所需支持

根據圖5，對于預測性維修的開展，各航空公司的需求點主要在于資金支持、政策引導和技術援助上。

圖5：國內航空公司預測性維修研發相關訴求

綜合來看，目前國內航空公司預測性維修的開展范圍廣泛，但發展水平參差不齊，大航空公司資金雄厚、技術基礎好，取得的成果也很多，小的航空公司雖然對于預測性維修有意愿，但受制于資金、技術等方面，研發及投入動力不足、困難很多，這對我國民航機隊整體運行安全性及可靠性的保持和提升產生了一些制約。

（二）國內航空公司預測性維修存在的問題

一是OEM 的技術封鎖：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。二是目前國內部分航空公司已有成熟的預測性維修經驗，但缺乏合適的知識產權保護、技術共享、業務托管的渠道。三是目前實時傳輸主要依賴ACARS 網絡，該傳輸方式傳輸速率太低，且相對費用較高。四是航空公司在開發模型的過程中，非常缺乏有維修背景知曉機型原理并且對IT 算法、編程等有研究的開發人員，即使有合適人選，在當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的資金量需求較大。六是老舊飛機在設計之初缺少采集點和數據規范，國產民機如ARJ21 部分系統 QAR 參數較少。七是部分航空公司對預測性維修可能帶來的衍生風險如NFF 件增多等有疑慮。

飛機/ 發動機健康管理的趨勢及對策

（一）飛機/ 發動機健康管理的趨勢

1. 技術發展趨勢展望

隨著飛機機載設備、傳輸方式、地面設備的不斷發展，航空公司可以收集更多的運行參數，對現在無法直觀進行監控的參數和故障進行模型分析，達到預警的目的。

同時，進一步開發適合自身需求的地面接收和分析平臺，集成數據接收、分析、預警、分發、處理措施智能匹配，流程智能規劃等功能，根據健康狀況提供處置決策建議，提高安全裕度和處置效率，進一步保障運行安全。

2. 關于IP180

IP 180 文件旨在對具備 AHM 能力的系統按需生成 AHM 任務，替代傳統的定期檢查。未來當AHM 可以預測到故障并且可以提供足夠的時間裕度進行排故時，在經過ISC 指導委員會批準后可以將AHM 排故方式加入到MRBR 中，作為MPD 項目的替代方案。這是飛機/ 發動機健康管理的一個重要發展方向，即預測性維修逐步替代現有的預防性維修模式，MSG-3.5 甚至MSG-4 正在路上。

（二）飛機/ 發動機健康管理的問題對策

基于上述問題分析，結合未來技術發展趨勢，提出以下建議：

1. 加快推進步伐

加快在國內航空公司中廣泛推進以預測性維修為核心的飛機/ 發動機健康管理工作。各航空公司應廣泛建立基于預測性維修的飛機/發動機健康管理系統，同時需要考慮機隊規模、機型構成、運行特點、技術能力、關鍵系統、運行數據等因素；航空公司在開展飛機/ 發動機健康管理時應與飛機/ 發動機OEM、其他有經驗航空公司加強溝通交流，獲取更多技術和數據等方面的支持，尤其是運行國產民機的航空公司，應積極反饋改進意見，共同進步。

2. 注重科學引導和規劃

對國內航空公司進行以預測性維修為核心的飛機/ 發動機健康管理進行科學引導和規劃。航空公司應根據自身情況選擇自建、聯合開發或者直接購買/ 外委其他公司的成熟系統，不管采取哪種形式應確保其使用的安全性、可靠性、功能性，同時注意數據安全；局方應牽頭搭建交流合作平臺，通過相關政策的頒布引導各航空公司、航科院等單位加強飛機/ 發動機健康管理的交流共享，尤其是涉及安全或重要項目，推進整體安全；對于預測性維修可能導致的NFF 等情況，各航空公司應形成合力與廠家達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注，積極嘗試、不斷總結，中國民航產業鏈完整、機隊數量大、運行經驗非常豐富，在這一點上我們大有可為，甚至可以將相關經驗應用到國產民機民發的研發及維修理論上，以取得一定的優勢。

3. 加大投入

航空公司和局方加大對以預測性維修為核心的飛機/ 發動機健康管理的投入。航空公司應加大在飛機/ 發動機監控管理系統建設方面的投入，特別是在系統開發、服務購買、設施設備配備等方面；局方應在政策方面合理支持航空公司建立或發展飛機/ 發動機健康管理系統，對于可解決重大安全問題的項目應設立專項資金予以推動；航空公司應提前進行預測性維修所需的人才儲備，并對其工作職責、薪酬等合理設置；航空公司應積極拓展飛行數據傳送途徑，積極探索運用高通量衛星、5G-ATG等新型大容量數據實時傳輸技術，實現飛機數據實時下傳，實時獲取、分析飛機運行數據。