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大数据时代的民机健康管理技术革新

时间:2018-06-01 21:59来源:中国航空网 作者:中国航空


2017年空客发布了全新航空数据开放平台“智慧天空(Skywise)”,其设计目标是整合运营商、维修企业和制造商拥有的数据,再利用全面的数据为他们进行运营分析并提供决策参考,同时支持他们进行数字化转型。该平台整合的航空数据非常广泛,包括运营终端历史、机载传感器数据、机组报告、服务通告,甚至空客飞机的研发数据。空客还将其现有的数字产品(如飞机实时健康监控系统AiRTHM)移至新数据平台上,并且正在增加服务项目,扩展新的合作伙伴。

空客作为整机制造业另一巨头,始终保持跟踪博弈状态,大数据应用研究同样起步较早。空客与Oracle、Google等公司合作构建了强大的数字化、信息化和网络化的平台,从AHM进化到Skywise,积累了丰富的数据资源和应用案例,加剧了民机健康管理服务市场的竞争。发动机健康监控:三足鼎立

普惠、罗罗、GE作为全球动力系统和服务的供应商三巨头,在全面占领民用喷气式发动机市场的同时,也致力于提供发动机管理、状态监测与维护维修的一整套服务,其远程监测的传感器大数据则是服务的基础核心。

普惠发动机健康管理软件(EHM系统)适用于普惠设计研发的各型号民用发动机,包括JT8D、JT9D、PW2000系列、PW4000系列以及PW6000系列。在航线运营中,EHM对各机队中的发动机的主要性能参数进行实时监控统计,航空公司工程师分析发动机参数统计报表,判断发动机健康状态,对有故障的发动机提出合理的排故方案,从而有效保证飞机飞行安全,降低发动机维护成本,避免非计划性换发(非计划性换发将给航空公司带来较大的经济损失)。

罗罗公司全球发动机健康监测中心建立了发动机健康管理系统,实时监测上千台遄达发动机的工作状态,并预测出发动机未来的飞行时间,帮助工程师了解每台发动机的工作状态以便合理安排其使用和维修时间,并且这些数据可以被用来设计更加高效低耗的发动机,因此,罗罗的发动机被称为“大数据引擎”,罗罗公司60%的销售收入来自于其提供的售后数据服务市场。

GE公司基于Windows平台开发了交互式发动机状态监控系统,广泛应用于监控CF6、CFM56、GE90、CF34等型号。此发动机状态监控系统可对巡航阶段性能参数趋势偏差进行监控,还可针对起飞状态的性能参数分析评估发动机状态和剩余在翼时间。工程人员可通过软件监控评估发动机的性能,分析各部件的健康状况。以GE为东航机队500台发动机提供监控为例,可将诊断周期缩短90%,状态分析准确率达到80%,大大减少了发动机离翼检修的时间。

GE从2011年投入巨资启动大数据分析项目,如今面向航空乃至整个工业领域已经实现了大数据与分析解决方案。Predix可应用于航空公司和飞机运营商的现有信息分析,实现对30000架喷气发动机的实时监测和危机响应,帮助发动机更好地运行、消耗更少的燃料,并且最大限度地减少意外停机时间,这些数据涉及的资产价值达到万亿美元。更为重要的是,GE目前已开始在全球工业领域推广使用其Predix应用工厂,可为大规模快速开发自定义行业应用、提升资产管理绩效提供支持,为进行快速的原型设计、验证和开发工业互联网应用提供先进的方式,并将开发周期从几个月缩短到几周。2018年3月,GE与东航签署全面数字化合作协议,基于Predix平台为东航700多家飞机提供发动机和飞机维修、飞行安全、运营效率以及营销分析等50多个数字化服务项目,共同研发飞行数据应用软件并对发动机进行大数据分析。

以上三家OEM基本垄断了航空业发动机制造和服务的市场,以传感器数据为核心,可提供涵盖制造、状态监控、维护维修一系列服务。对国内航空公司来说,过多的依赖OEM厂家提供的技术保障服务,一方面运营成本较高,另一方面若国内不研发具有独立自主产权的监控技术,一旦将来由于某种原因导致OEM的服务中断,带来的影响无法预估。

国内民航业:积极尝试,多点开花

国内航空公司积极探索机务大数据应用,国航建立了具有自主知识产权的飞机状态预测和维修作业管理(APCM)平台,实现维修活动闭环管理的无纸化工具;南方航空公司于2006年开发了飞机远程诊断系统并获得专利,其开发的系统已经应用于南方航空公司机务工程部维修控制中心、运行控制中心以及各分公司维修基地,改变了民航机务维修排故的传统模式;东方航空公司于2007年实现了无线QAR技术,与GE合作开发FlightPulse软件进行飞行品质分析,这些监控系统和技术的开发都大大促进了航空公司对飞机实时监控和健康管理的能力;海航打造了飞机健康管理大数据应用平台,通过对飞机状态的实时监控和健康管理,及时发现隐性故障、运行不正常事件,优化机队维修和工程管理水平。

中国商飞作为国产民机产业化的主要载体,致力于研制更经济、更安全、更环保、更舒适的国产民机,针对ARJ21、C919等型号也相继开展了健康管理系统的研制工作,通过健康管理系统的应用可为主制造商提供获取飞机大量运营信息和飞行数据的手段,通过获取这些宝贵的数据和信息,飞机主制造商能及时掌握机队飞机的健康状况,为客户提供更优质的服务,同时不断提升自身的飞机设计水平。

大数据时代民机健康管理技术展望

机载健康管理数据类型

 

与飞机健康状态相关的数据种类多、量级大,飞机各个机载系统和设备在飞行各阶段都会源源不断的产生数据,但较老的机型限于数据采集及通信能力,航空公司能够获得的数据量则更少,渠道也局限于ACARS、QAR、EFB等。随着机载采集手段、通信能力以及记录设备的不断更新换代,空客A350、波音787机型在参数量级上已突破数十万,未来待空地宽带等实时通信技术成熟后,在地面实时获取想要的数据已经不是问题。因此,健康管理所面临的瓶颈问题在于机载系统是否记录了需要的数据,数据获得后如何进行处理和分析,如何通过数据挖掘到有价值的决策信息。图3简要描述了机载健康数据来源及去向。

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