飞机维修工程为民航发展保驾护航

李唐 李迪

回顾了改革开放40年我国飞机维修工程发展历程，介绍了国际民航业信息技术与维修实体业务相结合的实例，分析了数字化技术对传统维修理论的影响，指出飞机维修工程的全面数字化是符合我国国情的发展方向。

我国民航飞机维修工程发展历程持续适航管理体系的建立

飞机维修工程是一项系统工程，是保障民航各类运输机型持续适航的有效手段，适航维修管理是飞机维修工程的管理方式。中国民航适航维修管理的发展可以分为两个阶段，改革开放以前和改革开放至今。

建国初期中国民航主要使用苏制飞机和苏式保障体系，采用预防为主的维修方式，没有相应的适航维修管理体系。改革开放以后随着大量引进欧美飞机，中国民航逐步建立了以可靠性为中心的飞机维修体系和相应的适航管理规章制度，包括CCAR 43、CCAR66、CCAR 91、CCAR 121、CCAR 135、CCAR 145、CCAR 147，明确了适航当局、航空器制造商、航空器营运人、维修企业和培训机构在持续适航管理中的作用、职责以及适航审定要求。与此同时，民航局根据适航管理要求制定了一整套民用航空行业标准，规范了行业行为。通过40年的发展，中国民航已经形成了法制化规范化的持续适航维修管理体系。

飞机维修管理体制的改革

上世纪80年代初民航脱离了军委民航局，组建了民航局和地区管理局，成立了中国国际航空、中国东方航空、中国南方航空等六大骨干航空公司，实现了政企分开的管理体制。1989年国航和南航相继成立了Ameco和GAMECO两家具有独立法人资格的综合性飞机维修企业，标志着我国飞机维修行业开始走上专业化建设道路。以Ameco为例，经过30年发展公司已经具备提供机队包修服务、航线维护、飞机大修和喷漆、反推和进气道大修、发动机大修、APU大修、附件大修、起落架大修、公务机改装和维修、工程和资产技术服务、教育和培训、计量检测等方面的服务能力，是中国民用航空局授权的民用航空器改装设计委任单位代表（DMDOR）。Ameco持有中国民用航空局（CAAC）、美国联邦航空局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）等在内的近30个国家或地区颁发的维修许可证。Ameco目前拥有160多个国内维修站点和国际维修站点，形成了辐射国内外的维修服务网络，为国内外百余家用户提供维修服务，且2017年营业额突破了70亿元。

目前我国已有近四百家获得CAAC批准的飞机维修企业，其业务涵盖了工程管理、航线维修、机体维修、发动机和部附件修理，预计2018年国内飞机维修市场总计超过400亿元，形成相当规模的航空维修产业。上述维修企业具备绝大多数在役机型的机体重维修能力，在满足国内市场需求的基础上还大量承接国外用户的飞机大修业务。在发动机维修领域，国内维修企业主要维修CFM56和V2500系列等发动机。部附件维修的范围较广，涉及电子、电气、机械等专业，国内维修企业的修理深度和修理范围都在不断扩大。

飞机维修管理理念和设施的发展

1967年美国联合航空公司以书面形式发表了《应用决断图制定维修大纲的逻辑分析方法》，1968年美国几家航空公司和飞机制造厂的代表组成了一个维修指导小组，简称MSG，制定了《维修评审和大纲修订》的MSG-1文件。美联合航空公司的诺兰（Stan Nowlan）和希普（Howard Heap）于1978年合著了《以可靠性为中心的维修》。这标志着现代飞机维修理论的建立和应用，使维修项目的制定、时间间隔趋于合理，显著节省了人力物力。

改革开放以后，随着新型飞机的引进，中国民航开始实施以可靠性为中心的飞机维修。各航空公司和飞机维修企业通过组建可靠性管理部门、建立可靠性数据收集处理报警的技术标准和工作流程，逐步建立了以可靠性为中心的飞机维修管理體系。

此外，国内航空公司的维修部门和维修企业在引进先进维修管理理念的同时投资建设了大量飞机维修基础设施和设备，包括机库、工装、测试设备、发动机试车台等，修理能力显著增强，从改革开放初期以外送维修为主转变为自修为主，修理深度也在大幅度提高。

国外飞机维修技术发展

从莱特兄弟发明飞机至今已经一百多年了，飞机作为一种交通运输工具跨越了人类工业文明发展的所有阶段，从机械化时代、电气自动化时代、信息时代到数字化时代，今后还将伴随人类进入人工智能时代。机械时代的飞机结构和系统都比较简单，基本采用定时检修的维修策略，一般的机械加工设备也能够满足修理需求。随着上世纪60年代末可靠性理论和应用，飞机维修开始在理论指导下科学合理地进行，促进了专业飞机维修企业的建立。飞机维修技术归根结底来自飞机制造技术，对于自身能够制造飞机或其关键系统和部件的航空技术强国来说自然能够修理飞机和其零部件，只是修理工作不确定性强，不像制造领域可以有计划的大批量生产。所以随着飞机系统越来越复杂，上世纪70年代末期美国开始研发机载中央维护系统，提供在翼故障诊断能力，大大提高了排故效率并为零部件进厂修理提供了宝贵的在翼故障信息。经过几十年发展，波音、空客在中央维护系统的研发和应用上都取得了很大进展，波音787提出了机载健康管理系统的概念，机组报警系统、中央维护系统和状态监控系统共享数据和计算资源，报警系统、维护信息和状态参数相互匹配使维修人员更准确掌握飞机技术状态。空客A350飞机在优化其中央维护系统功能的同时提供了强大的连续数据采集能力，几十个数据采集通道能够同时采集几万个参数，为建立飞机系统模型和飞行、运行模型提供了强大支撑。

进入数字化时代，飞机维修技术迎来了快速发展期，波音飞机健康管理系统（AHM）于2004年正式上线，标志着数字化维修时代的到来。飞机健康管理系统将飞机接入了互联网，使维修人员能够通过网络从飞机上下载数据，同时飞机也实时发送自身的状态信息，软件系统通过分析上述信息向工程师提供维修技术支持和维修决策支持。

经过10多年发展，波音飞机健康管理系统已经和数字化出版物、飞机燃油消耗管理、维修方案优化、运行签派优化等板块集成为AnalytX。波音使用先进的数据处理技术把原有模块整合为功能强大的数据分析平台，为接入更多航空公司数据、更多种类的飞机和传感器数据作准备。此外，空客、罗罗、GE、普惠等也都建立了自身的数字化研发和服务部门，向客户提供数字化服务产品。国际知名的MRO企业，如汉莎技术公司也建立了数字化产品部，在保障自身生产需求的同时，向客户提供数据共享和分析服务，并将此与其他维修服务整合提供新的服务模式。据《航空周刊》报道，空客、汉莎技术、法荷航维修工程公司都在研发和应用智能机器人，并将其用于无损探伤、外部检查等。空客还研发了一款能够在地面进行绕机检查的机器人，该机器人能够自动识别飞机外部损伤，同时具备自主导航能力，能够精确绕机移动。IBM公司提出，未来可将区块链技术应用到飞机和零部件的所有维修记录中，并作为飞机资产的重要组成部分。

数字化技术也推动了增材制造技术的发展，使增材制造的应用变得容易，特别是将增材制造用于维修过程中将能够快速、灵活地制造出所需零部件，有效应对维修不确定性。所以国外正在大力发展增材制造技术，将该技术用于复合材料制造、金属材料的制造和维修、客舱用的复合材料部件维修中，目前，空客也开始用增材制造技术制造飞机的金属部件，发动机制造厂家也开发了一系列增材技术用于发动机叶片的修理。

国外航空维修技术的发展往往伴随着商业模式的变化。据ICF咨询公司统计，2017年全球MRO市场市值约为755亿美元。据Oliver Wyman公司预测，未来10年全球MRO市场平均增速约4.0%，到2028年全球MRO市场将达到1 147亿美元左右。面对这个有巨大发展潜力的飞机维修市场，各类OEM和MRO企业纷纷利用数字化技术打造新的商业模式，为客户量身定制维修服务，争取更大的市场占有率和更高的利润。

新时代飞机维修工程的发展方向

众所周知，飞机是高端的工业产品，现代大型民用运输飞机是高度数字化的飞行器，安装了宽带光纤网络和大量传感器、控制系统，飞行过程中会产生大量数据。波音787和空客A350便是这类飞机的代表，其数据采集系统每飞行小时采集的数据超过300GB，每架飞机每年采集的数据量超1PB。这些数据表征了除了飞机结构以外所有飞机系统的状态，包括技术状态、故障、性能、位置、姿态、业载、燃油消耗等，能够应用于飞机维修、运行控制、飞行品质、运营效益分析等领域。新一代飞机维修工程除了能够从飞机上获得海量数据之外，维修过程中各类测试和测量数据也随着设备数字化程度逐步提高而更容易获得，例如新型万用表能够通过WIFI接收测量需求并反馈测量结果，综合化附件测试设备普遍配备互联网接口。另外，维修人员、机组成员在社交媒体上的经验交流也是具有重要价值的信息。一些国际知名航空公司已经开始为飞行员和维修人员配备平板电脑用于资料查阅、问题报告和工作单签署等，未来运行中将生成大量多媒体信息。海量的多样化数据已经初步构成了飞机维修大数据。

传统的可靠性管理是以数据统计技术为基础的管理方法。以技术记录本、定检地面故障处理记录和附件修理记录为主要数据源的可靠性管理系统，对于一家拥有200架以上飞机的大型航空公司而言，每年人工录入的数据量不超过5GB，还不到现代维修系统一小時生成的数据量。传统的可靠性管理以统计平均值作为评价飞机系统可靠性的主要指标，按照民航局要求统计数据至少需要积累12个月甚至更长时间才能起到信息反馈和监控作用。进入大数据时代，传统可靠性管理暴露出一些问题，如反应速度慢，因为航空公司由于安全和经营的双重压力，往往无法容忍在统计结果超越警戒值后再对故障的根本原因进行分析，并采取行动;再有就是统计结果表征的是整个机队，但不同飞机的情况往往差异很大。

基于航空器全寿命维修理念的飞机健康管理系统是近年来业内推崇的航空维修大数据应用方案，它能够综合利用飞机传感器数据、测试测量数据、维修记录数据等预测故障，分析评估飞机系统性能水平，提供快速故障诊断和维修决策支持，同时监控和分析飞机燃油消耗水平，从而提供综合飞机健康指数。相对于传统可靠性管理系统，飞机健康管理系统能够快速还原故障场景，利用数据优势和人工智能技术进行快速故障诊断并确定故障的根本原因。更进一步，飞机系统故障预测技术使飞机维修做到了未卜先知，大大降低了飞机维修工程的不确定性。飞机健康管理系统为工程师提供了分析数据的手段，主动地在大数据中寻找发现问题，颠覆了传统的被动维修方式，打破了维修生产人员、技术支援和系统工程之间的界限，使飞机维修工程运行变得更加高效。

互联网的普及特别是移动互联网已经改变了消费领域，而这一价值潜力在工业领域还有待释放。物联网、工业大数据、云计算、人工智能等信息技术近年来在工业界大受重视，人们希望这些技术能带来工业生产的变革。德国提出了工业4.0概念，美国提出了工业互联网概念，而中国提出了中国制造2025。这三者的本质内容一致，其核心是数字化和人工智能，应用物联网技术实时获取工业用设备、工具、器材、人员等的状态信息，通过部署在云端的数据分析平台对这些状态信息进行分析并将分析结果反馈给各个工业部门以实现智能化生产，将比传统生产方式显著降低能耗、节约成本，推动工业领域从传统的大规模生产转向个性化定制生产。

总体来说，飞机维修工程的数字化主要包括两方面工作，一是维修数据的数字化，这里的维修数据包括了技术资料和各类维修记录，二是维修生产过程的数字化。维修生产过程的数字化对航空公司和维修企业来说是一个挑战，涉及的部门多，业务复杂。但收益也大，举例来说，构型管理是持续适航管理的一项基本工作，涉及部门之间通过工程文件和维修指令分解和转移构型管理要求，最终在飞机上实施构型变更并反馈信息。目前这个过程是开环的，任何环节出现问题都有可能不被察觉。如果利用数字化技术建立虚拟飞机，任何一个修改构型的文件或指令都会改变虚拟飞机的构型，通过将最终在飞机上实施的构型变更和在虚拟飞机上进行对比验证，期间任何环节的错误或不一致操作都会反映在虚拟飞机上并出现报警。

Nicholas Negroponte在他的《数字化生存》中提出比特就好比人体内的DNA，是信息的最小单位，并且对比了比特和原子的价值。随着使用时间的增长，飞机的价值也就是原子价值在逐步减少，但飞机运行中产生的比特价值却不断提高，我们可以用这些比特优化运营管理、预测故障、改善设计。同样，投资建设数字化飞机维修工厂能够获得工业大数据，进而通过分析应用优化生产计划、组织、预测设备健康状况，安全高效完成飞机维修任务，提高飞机利用率，降低维修成本。

总结和展望

改革开放40年以来，我国飞机维修工程取得了令人瞩目的成绩，保障民航安全运行40年。当前，数字经济正成为全球经济增长的新动能和经济提质增效的新引擎。党的十九大报告提出，要推动互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合。《中国民用航空发展第十三个五年计划》明确指出，民航业要全面提高科技创新能力，推动行业提质增效和转型升级，在飞机维修领域通过重大工程项目建设和前沿技术攻关突破航空器全寿命维修、数字化维修等关键技术，形成拥有核心知识产权的科研成果。飞机维修工程的数字化正是通过互联网、物联网链接飞机、维修人员、工具器材、技术资料等，应用大数据技术、人工智能优化和再造工作流程，使信息技术和飞机维修业务深度整合，实现“互联网+飞机维修”和飞机维修工程的跨越式发展，实现民航强国梦。