基于统计分析方法的飞机维修方案优化

郑志霖 叶晓东

摘要：介绍了国内某航空公司维修方案优化项目的开展情况，从项目背景、优化方法、可靠性监控、项目情况、审查和监管、未来及挑战等方面对维修方案优化项目进行探讨，为国内航司提升工程管理能力，特别是维修方案管理能力提供经验，为中国民航制定维修方案优化的指导政策提供参考。

关键词：维修方案；优化；维修间隔

Keywords：maintenance program；optimize；maintenance interval

0 引言

根据中国民航规章《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》（CCAR-121部）的规定，合格证持有人应当为其所运营的每架飞机编制维修方案，并根据可靠性方案来持续监控维修方案的有效性。维修方案是航空公司实施维修活动的依据和标准，在保证飞机持续适航、安全性和可靠性的同时，也影响航空公司的运营成本。影响维修成本的因素包括维修项目和维修间隔两个方面，在不删减维修项目的前提下，如果能利用可靠的维修方案优化方法，合理延长部分维修方案项目的间隔，将有助于降低维修成本、提高飞机的利用率、减少维修投入，产生较为可观的经济效益。

2018年8月，国内某航空公司（以下简称“A航”）正式立项，通过与飞机制造厂商波音的合作，开展波音737NG维修方案优化项目。在民航局的指导和帮助下，经过不懈努力，作为国内首家开展维修方案优化的航空公司，A航波音737NG维修方案优化项目于2020年6月获得局方批准。下面将从项目背景、优化方法、可靠性监控、项目情况、审查和监管、未来及挑战等方面对该维修方案优化项目进行探讨。

1 项目背景

众所周知，包括波音737NG飞机在内，目前大部分民航客机采用的维修方案是依据MSG-3逻辑分析方法编制的。MSG-3通过工程分析的方法设置初始维修间隔，由于缺少使用数据的支持，初始间隔的设置往往偏于保守。有鉴于此，各大飞机制造厂商纷纷开发维修方案优化方法。

2006年，为推动维修方案的优化，波音公司开始考虑应用大数据统计分析的方法来确定最佳维修间隔，着手研发SASMO（Statistical Analysis for Scheduled Maintenance Optimization，即计划维修项目优化统计分析）工具。

2008年，为规范维修方案优化的流程，国际维修审查委员会政策委员会（IMRBPB）发布IP44《Evolution / Optimization Guidelines（评估/优化指南）》，制定了使用统计分析方法评估/优化维修间隔的规范。IP44从原则上对维修方案优化过程进行规定，主要分为数据采集、数据整理、数据分析、实施监控等四个方面。针对数据采集，IP44主要从种类和格式上进行规范，包括机号、机龄、例行工卡执行次数、例行工卡执行发现问题、部件送修数据、运行数据、连续的工卡检查数据、非例行维修数据、延误取消、使用困难报告等多个要素。针对数据整理，IP44规定采集的数据需满足ATA SPEC2000 chapter 11或相关标准的要求，在确保准确性和完整性的基础上，与MTBUR（平均非计划拆换间隔）、MTBF（平均无故障间隔）、PIREPS（机组报告）等相关数据进行关联，同时需通过审核确保所有数据可追溯至原始工卡。针对数据分析，IP44规定数据分析包括统计分析和工程评估，其中，统计分析要求满足95%的置信度，且必须有足够的样本量实现统计分析；工程评估适用于保养类项目，如润滑、清洁等。针对实施监控，IP44规定必须对维修方案间隔优化后的实施效果进行监控，根据监控的结果动态调整维修间隔，实现维修间隔的最优管理，达到闭环控制的目标。

2009年，波音公司开发的SASMO分析工具获得FAA和EASA的认可。FAA和EASA认为SASMO符合IP44的要求，可以用于工业指导委员会（ISC）进行MRBR的维修间隔优化调整。此后，SASMO正式在ISC会议上运用，并写入波音公司《B737-600/700/800/900 Policy and Procedures Handbook》（PPH，即政策及程序手册）。

由于ISC会议面向的是全球机队，采集的样本数据仅是全球机队18%的数据，每年调整的维修方案项目有限，调整的项目也未必适用所有航空公司。2013年，波音公司开始向航空公司提供基于SASMO的OMP（Optimized Maintenance Program，即维修方案优化）服务（见图1）。全部使用目标航空公司的样本数据，量身定制维修方案，更符合不同航空公司的实际情况。截止2019年底，波音OMP项目已在美联航、全日空、国泰航等14家航空公司开展，并获得包括FAA和EASA在内的8个适航当局的批准。

长期以来，国内航空公司在编制维修方案时，所采用的维修间隔均不长于厂家计划维修文件（MPD）推荐的间隔。一方面是因为中国民航的规章未对维修方案的优化方法进行明确规定，导致了行业监管相对保守；另一方面是因为国内航空公司自身工程管理能力有限，无法自己制定维修方案的优化方法。

2014年，为使维修方案从符合性管理迈向优化性管理，以波音向中国大陆的航空公司推荐OMP服务为契机，民航华东管理局和厦门监管局牵头实施了民航安全能力建设项目《维修方案优化调研》。项目组针对运输航空公司特点，结合现场调研、座谈访问、数据采集、交流研讨等多种方法，在航空公司维修方案优化管理、维修数据采集、可靠性管理与数据分析等方面进行了深入调研，总结归纳了华东地区运输航空公司维修方案优化管理的现状和薄弱环节。此外，项目组还通过研究CAAC/FAA/ EASA/IATA等相关法规要求，结合波音公司优化维修方案的建议，收集整理航空公司的提议，对咨询通告AC-121-53/-54/-63提出了修订建议。

2017年8月，新的咨询通告AC-121/135-53R1颁布，修订维修间隔调整的可行方法为“抽样试验、维修数据统计分析或其他支持数据等”，使得该通告与IP44的思想更加一致，为国内航司的维修方案管理指明了新的方向，也為波音OMP项目在中国的实施奠定了政策基础。

2 优化方法

波音公司开发SASMO系统作为维修方案优化的核心算法工具，再辅以原有的KB（Knowledge Base）系统，这两大系统组成了OMP项目的支柱软件。

SASMO系统是波音自主研发的大数据统计分析软件，其设计流程完全符合IP44的规范要求。基本思路是：将维修数据按格式要求输入SASMO系统后，OMP工程师对数据进行人工整理，包括建立维修数据与维修方案项目的关联、重大故障和轻微故障的判断；SASMO系统根据整理好的数据，输出该维修项目的重大故障和轻微故障的概率曲线；然后根据MRB规定的不同类别维修项目允许的重大故障和轻微故障的发生率上限输出最佳统计间隔，如图2所示。

KB系统是波音作为飞机制造厂家长期积累的知识库。知识库包含所有MRB项目的各类工程数据，例如，项目本身的各类参数、项目的起因、项目的修订情况以及项目与其他工程技术文件的关联等。波音工程师在使用SASMO分析时，会从KB系统调用所需的工程数据。在SASMO分析出最佳统计间隔后，还需要依托KB系统进行相应的工程分析。工程分析主要考虑重要安全性影响，以确保统计优化的间隔满足规章和设计的要求。然后再综合考虑航空公司的业务目标、运行能力、技术要求等方面的因素，得出推荐的维修间隔，见图3。

下面以案例进行说明：针对波音737NG飞机的MPD项目27-003，通过对189架飞机近十年维修数据的采集、整理、分析，发现与该维修项目相关联的轻微故障10次、重大故障12次，SASMO系统根据故障发生的时间输出故障概率曲线，如图4所示。

根据MRB规定的6类项目故障发生率上限（轻微故障50%，重大故障20%），并结合机队飞机利用率、ISC规定维修间隔调整限制（5/8类项目最多延长至2倍，非5/8类项目最多延长至3倍）、定检间隔等因素，经过综合评估，最终经过优化的该维修项目间隔从8000FH延长至17500FH，如图5所示。

3 可靠性监控

IP44不仅对维修方案优化使用的统计分析方法进行了规范，还对维修方案优化后的可靠性监控做了明确规定：“使用统计分析方法进行维修方案优化后，运营人仍应当对机队的可靠性状态进行监控，确保维修方案的有效性”。CAAC咨询通告AC-121/135-53R1《民用航空器维修方案》也有类似规定：“维修间隔修改应能通过可控制的方法进行监控，确保间隔修改后相关系统的可靠性”。波音公司基于强大的工程管理能力和丰富的经验建立的可靠性监控系统，可以将飞机故障现象与维修项目直接关联，能较为容易地监控具体维修项目的有效性。但航空运营人特别是国内的航空公司，其可靠性监控体系普遍无法实现故障直接与维修项目相关联。在A航波音737NG飞机维修方案优化项目中，A航的工程师提出依托现有机队可靠性监控体系，结合统计分析和事件分析两种方法，通过可靠性数据的分析和评估来确定故障数据与维修项目的关联度。这种可靠性监控方案得到了波音公司的认可。

4 项目情况

根据合作协议，A航在ISDP（In Service Data Program，即在翼数据项目）的基础上，向波音公司提供了A航波音737NG机队近十年约200万条的补充维修数据。波音OMP团队历时一年完成数据的采集整理。在确认A航提供的数据满足格式要求后，波音公司和A航共同确定分析范围，最终确认分析范围为A航波音737NG飞机维修方案中的898条定期维修项目。

之后，波音OMP团队对分析范围内的维修项目进行逐一分析和评估，A航工程师团队全程参与，其过程分为四个阶段。

第一阶段：确定分析类别。判断维修项目是否为故障发现类项目，故障发现类项目需进行SASMO统计分析和工程评估，非故障发现类项目可直接进行工程分析。

第二阶段：数据整理。通过关键字、部件件号、ATA的模糊搜索，从海量的数据库中搜索出可能与分析项目关联的维修数据。工程师对系统搜索出的维修数据进行逐一人工识别，判断是否与待分析项目关联，对于关联项目进一步判断是属于重大故障还是轻微故障。

第三阶段：统计分析。完成数据整理后，SASMO系统可以输出分析项目的重大故障和轻微故障的概率曲线，同时根据预设的允许故障率，输出最优的间隔推荐。

第四阶段：工程评估。波音OMP团队对SASMO给出的推荐间隔进行工程评估。从安全性和经济性的角度进行人工分析，确保间隔满足局方规章限制和设计初衷，对运营的影响处于航空公司可接受的范围，同时还要考虑生产打包的需要，最终确定推荐的维修间隔。

通过分析和评估，在898条定期维修项目中，波音OMP团队建议延长维修间隔的有440条；建议缩短维修间隔的有14条；建议保持维修间隔不变的有441条；建议删除的维修项目有3条。其中，建议删除的维修项目均是A航的自编项目。如图6所示。

5 审查和监管

A航是国内首家开展维修方案优化的运输航空公司，对局方的审查和监管来说是全新的挑战，无先例可循。最大的难点是规章没有详细的审核依据，所以只能“摸石头过河”。在项目启动之初，局方就全面介入，全程参与项目的推进过程，与A航和波音公司多次召开三方协调会议，讨论项目的准备、组织、审查、监管等方面的工作。在民航局和华东地区管理局的指导下，厦门监管局借鉴了FAA和EASA的审查经验，归纳了五个审核要点。

第一、审核分析方法，即审核分析方法的合法性，确认分析方法符合MSG-3、IP44以及咨詢通告AC-121/135-53R1的要求。

第二、审核分析范围，即审核分析范围的合理性，确认分析范围没有超出规章的限制，重点是确保AD、CAD、CMR、AWL项目不在分析范围之内。

第三、审核分析数据，即审核分析数据的完整性，确认分析的数据能够满足IP44的规范要求。

第四、审核监控措施，即审核确认航空公司OMP实施后的可靠性监控方案，确保维修方案调整的安全性和有效性。

第五、审核分析报告，即审核分析报告中的间隔调整情况，重点关注间隔延长项目的分析是否合理。

经过此次审查工作，局方审查组认为SASMO系统是ISC会议认可的用于维修间隔调整的工具，其内核是统计分析方法，符合咨询通告AC-121/135- 53R1的要求；本次OMP项目的分析范围和分析数据符合相关法规的要求。通过对A航可靠性监控方案的验证，结合波音公司的书面声明，局方审查组基本认可A航的监控措施。经过对分析报告中维修间隔延长项目的逐条审核，局方审查组发现其中5条维修项目的推荐间隔与SASMO系统分析结果不匹配。对此，波音OMP工程师逐条进行了解释，总体而言，不匹配是综合工程评估的结果，评估依据包括细微缺陷无法正确反映运行风险、运行小时循环比的客户化差异、结构检查与区域检查的时机选择等方面。局方审查组经过评估，决定对其中1条维修项目的间隔延长不予采纳，最终批准延长间隔的维修项目439条，缩短间隔的维修项目14条，保持间隔不变的维修项目442条，删除公司自编维修项目3条。

6 未来及挑战

波音公司作为飞机制造厂商，按照IP44原则开发的SASMO系统具备行业领先的水平，并且得到世界多个适航当局的认可。通过与波音合作开展OMP项目，从中汲取了很多先进理念，也让A航的工程管理、可靠性管理乃至生產安排能力上升到新的水平，为建立中国民航自己的维修方案优化方法开拓了思路。

第一，研究并完善了统计分析方法，主要包括两个方面：数据采集和统计分析。数据采集方面，可以采用关键字及逻辑组合的方法，对维修数据进行深度挖掘，并通过工程师人工校核，确定数据与维修项目的相关性。统计分析方面，可以与高校或其他理论研究机构开展合作，建立数学模型，开发统计分析软件对数据进行处理，并通过可视化的方式展示分析结果。

第二，建立并完善知识库系统（见图7），主要途径包括：通过参加OEM工作组、工业指导委员会等机构组织的会议，获取MSG-3分析报告等原厂资料，从而了解失效影响类别、任务目的、轻微故障/重大故障定义等内容；通过原厂机型培训，深入了解系统工作原理；收集、整理相关适航性资料以及局方规章，与维修项目建立关联。

第三，改进可靠性监控系统，实现故障与维修项目直接关联。与飞机制造厂商相比，目前国内航空公司的可靠性监控系统大部分无法实现故障与维修项目或工卡直接关联，在进行可靠性分析时只能依靠工程师进行人工评估，需要可靠性工程师具备较高的业务技能和经验积累。对国内航空公司来说，可以逐步改进、升级可靠性监控系统，实现故障与维修项目直接关联，提高机队状态监控的准确度。

第四，抽样试验，积累经验。在自建优化方法未成熟阶段，可根据需要抽样选取个别项目，使用自建优化方法进行统计分析和工程评估，优化维修间隔，并监控实施效果。通过抽样试验，可以积累经验，不断改进和完善优化方法。

7 结束语

对局方来说，维修方案优化是监管创新方面的积极探索，有助于制定维修方案优化的指导政策，助力推动国内航空公司提升维修方案管理能力。

对航空公司来说，维修方案优化是维修创新方面的有益尝试，既能降本增效，也是提升工程管理能力的良好契机。A航OMP项目正式获批后，其波音737NG机型的A检间隔从750FH延长至1000FH，C检间隔从7500FH延长至10000FH，将有效降低维修成本，提高运行效率。此外，航空公司通过参与数据的收集、整理、分析以及工程评估，极大地提高了自身工程团队的技术能力。同时，航空公司可借鉴OEM厂家的统计分析模型，开发属于自己的统计分析方法，提升机队可靠性管理能力。

对我国民航行业特别是对大飞机制造来说，维修方案优化的重要性尤为明显。一方面，IP44作为MSG-3的补充，已经成为IMRBPB对全球民航飞机制造厂商的硬性要求，国产大飞机事业要想真正起飞，进入国际市场，就必须具备符合IP44要求的统计分析方法。另一方面，维修方案的优劣也是市场竞争下航空公司考量的重要因素，维修方案优化将有助于国产大飞机制造厂商不断改进飞机维修方案，科学制定维修间隔，提高市场竞争力。目前，国产大飞机事业刚刚起步，维修方案制定和优化的经验都比较欠缺。大飞机制造厂家如果能借鉴国外飞机制造商的成熟经验，通过参与航空公司现有机队的维修方案优化项目，开展维修方案优化方法的研究，对国产大飞机事业的长远发展大有裨益。