基于数据驱动的国产运输类飞机持续适航实践研究

王诗婷

摘要：从数据信息管理的角度出发，本文引入了大数据时代的数据驱动决策模型，介绍了国内外现有的持续适航阶段数据的信息来源和展现形式，分析了ARJ21飞机的适航指令现状，总结了国产运输类飞机持续安全数据管理的实践经验。以某一适用于ARJ21-700飞机的适航指令为例，阐述了以数据为基础的持续安全风险评估流程，对国产运输类飞机持续适航工作开展了初步探索。实践证明，此方法可以识别潜在的不安全状态，支持改正措施决策，也可以对在役机队的安全风险进行趋势监控。

关键词：数据驱动；国产运输类飞机；持续适航；风险评估；适航指令

中图分类号：V2文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.11.006

持续适航是指航空器、发动机、螺旋桨或零部件在其整个使用寿命期间持续符合相应的适航要求，并且处于安全运行的状态[1]。持续适航也是整个适航活动的一个不可分割的组成部分[2]。国产运输类飞机ARJ21经历了十多年的适航取证后，首架机于2015年交付，并在2016年6月28日正式投入商业航线运营。从全寿命周期的产品安全角度看，该机型已进入使用维护阶段；从适航管理的角度可以理解为该机型已进入持续适航阶段。针对在役国产运输类飞机机队的持续适航工作，用以数据驱动、基于风险的安全管理理念和方法并结合体系进行监管，是国际主流的民用飞机持续安全管理模式，在国内尚属首次。

国产运输类飞机在持续适航阶段，随着机队规模的扩大和服役时间的延长，会产生海量的数据。民用飞机的安全管理需要充分的数据支持。采用大数据理念下的数据驱动方法对体量巨大、类型繁多的持续适航相关数据进行处理和分析，可以及时发现运行过程中潜在的不安全事件，以在事件转变成为事故或事故征候之前，能及时地进行改正、改进，进而保障飞机在运营阶段的持续运行安全。

随着国内现有运输类飞机在役机队数量的不断增长，其持续适航数据量将越来越大，数据种类将越来越多。在基于风险的技术评估和安全监管工作中，通过建立数据驱动的评估流程，用从处理比较数据信息到分析应用数据挖掘的方法，可以为安全决策提供智能化辅助支持，并通过实践反馈不断循环迭代和螺旋上升。

本文以数据信息为出发点，以国产运输类飞机持续运行安全为目标，引入大数据状态下的数据驱动决策模型，研究国内外持续适航阶段的数据，探讨从数据信息到适航指令的民用飞机服役阶段的持续安全管理工作模式，并以某一事件为例探索国产运输类飞机持续适航工作。

1数据驱动

民航业具有应用大数据驱动技术解决行业需求的天然环境。随着国产运输类飞机投入运营，服役运行中产生的数据会呈爆炸性增长。这些海量数据蕴含着大量富有价值的信息。传统依靠人工进行信息获取、分析和决策的信息处理方式，存在着效率低下、主观性强等缺点，已经越来越无法满足持续安全的工作需要。数据驱动技术提供了一种数据提取并有效利用的可能途径。它可以将持续适航阶段所需要的数据信息进行挖掘，掌握其中的规律并分析预测，可为适航指令（局方为保障产品始终处于持续适航状态而发布的规章性文件，措施具有强制性）的发布提供决策依据。

1.1大数据

大数据是近年来受到各行业普遍关注的新概念。大数据技术指用特定的数据处理分析技术对体量大、类型多、来源复杂的结构化、半结构化和非结构化数据进行高速采集、传输、分析，以挖掘潜藏的数据价值。大数据具备五大特征：数据体量大（volume）、数据处理速度快（velocity）、数据类别多（variety）、数据真实性强（veracity）、数据潜在价值高（value），可简称为“5V”特征[2]。

大数据通常指用一般的软件工具难以捕捉、管理和分析的大容量数据。“大数据”的“大”不仅是“量大”，更大的意义在于：通过对海量数据的交换、整合和分析，可以发现新的知识，创造新的价值，带来“大知识”“大科技”和“大发展”[3]。

1.2数据驱动决策

数据驱动决策主要是在开拓各类数据源并收集相关数据的基础上，对数据进行离线或实时的处理之后，应用数据驱动最终决策。数据驱动包括数據获取、数据存储、数据加工和分析、数据应用、数据反馈等步骤。通常来说，数据驱动决策具有如下的基本要素：（1）多样化的数据来源；（2）数据提取、转换和加载工具；（3）数据仓库；（4）数据分析工具；（5）决策支持工具[4]。

国内民航业正在积极推进大数据和航空安全工作，并取得了一系列进展。近年来，在适航审定领域，已开始推广基于风险的适航审定项目管理。它不仅在适航技术标准和合格审定程序上开展重构和优化，也在适航审定管理规章和技术规章上同样开展持续完善工作，以在保证安全的前提下提高审查效率、降低审定成本、推动行业发展。这些基于风险的审定理念，在实际执行和落地的过程中必须要采用数据驱动决策技术，才可以达到精准把控和与时俱进。

1.3数据挖掘

数据挖掘是指用特定的计算机算法对大量的数据进行自动分析，从而揭示数据间隐藏的关系、模式和趋势，为决策者提供新的知识。之所以把此工作称为“挖掘”，是把在海量数据中寻找知识比喻为像开矿掘金一样困难。数据挖掘曾一度被称为“基于数据库的知识发现”[3]。

数据挖掘的主要目的：（1）发现潜藏在数据表面之下的历史规律；（2）对未来进行预测。前者称为描述性分析，后者称为预测性分析。数据挖掘将数据的分析范围从“已知”扩大到“未知”，从“过去”推向“将来”。这一特性使得在采用数据驱动决策的国产运输类飞机持续适航工作模式中，数据工作成为安全决策的智能化辅助工具。

2民用飞机持续适航阶段的数据

2.1民用飞机持续适航工程数据

航空器的持续适航性是由航空器运营人、型号合格证持有人及双方的管理当局共同保证的。在航空装备综合保障上，通常采用故障预测、健康管理等技术手段[5-6]。从民用飞机适航安全角度出发，民用飞机持续适航工程数据主要涵盖以下6个方面[7]。（1）型号数据：主要包含型号设计资料和符合性验证资料，以及设计验证中产生的持续适航事件；（2）制造数据：包含生产制造中影响或可能影响航空器安全运行的偏离；（3）试飞数据：主要指试飞过程中的故障、失效、缺陷或超出技术限制的事件，状态检测[8]；（4）机队信息：主要指在役、在制和后续生产的飞机型号、数量、运营人等，可明确机队覆盖范围的数据信息；（5）运营数据：在航空器使用和维护过程中产生的各类报告数据，主要包括日常运行简报、运营可靠性数据、使用困难报告（SDR）、工程调查、适航指令（AD）、特殊适航信息通告、安全建议数据等；（6）专题数据：指上述各种持续适航工程数据分析报告的合集，即指在上述数据基础上，经过对数据的处理和分析，得到的技术报告和安全建议数据。

据不完全统计，全球各民用航空适航当局和专业机构的持续适航工程数据库超过40多个；且随着使用增加和结构细化，其数据规模呈指数增长。因此，持续适航工程数据的特征与大数据的特征极为相似[9]，可以采用大数据的技术手段来指导行业应用。在持续适航阶段，大数据驱动决策方法需要对已有的持续适航工程数据进行分析处理和挖掘工作，对新增的数据信息进行分类和应用。此外，虽然对持续适航工程数据从6个方面进行了分类，但是其各类别数据相互之间依旧存在着联系和相互影响。数据本身和数据间关系都有重要的潜在价值。这需要用有效的方法和模型进行数据挖掘，以满足实际的持续适航工作需求。经整理，表1列出了美国联邦航空局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）和中国民用航空局（CAAC）的主要持续适航管理数据库。

上述所列数据库主要为美国、欧洲、中国的适航当局在持续适航工作中所使用的主要数据库，为公开/按权限访问的数据库。其中，设计批准持有人（DAH）和运营人的相关数据库，主要由其内部数据库提供相应的技术服务和数据输出。

此外，还有相当一部分专业从事事故调查统计、飞机型号和运行数据收集分析、飞行运行实时监控等的全球性数据库和数据技术服务组织。

2.2 FAA持续安全运行的数据

FAA是以持续安全运行（COS）为目的，开展民用飞机持续安全管理。其信息来源主要是制造商，并用共享数据库和独立的全球数据库进行计算、统计和研究。依靠数十年的数据积累和众多制造商的众多型号的经验信息，不管是按风险评估理论还是按基于风险的決策理论，最终的COS措施都是按风险分级的。不同的风险等级对应不同的措施，图1为COS措施-风险对照图[10]。

由图1可见，COS措施包括从数据监控到适航指令等多种措施，并涉及产品制造商和监管局方。可以公开获取的文件通常包括适航指令（AD）、规章制定通知（NPRM）、特殊适航信息公告（SAIB）、民用飞机制造商的服务通告（SB）、服务信函（SL）等文件。SB和SL会按民用飞机构型提供给运营人，以便于执行。

2.3中国民航持续适航的数据管理

通过对国产运输类飞机持续适航管理的形式和特征进行研究，列出了国内现阶段持续适航中的数据管理流程，如图2所示。

从图2可知，数据存在整个持续适航的过程中，数据出现、流动、产出、应用并作用于下一次的流程。事件收集报告、风险评估判定、安全决策制定都可以采用数据驱动的方法进行数据的采集处理、量化评估、预测监控，直至达到/保持预期的安全状态和水平。

2.4适航指令

适航指令是对存在严重不安全状况的航空产品发布的规章性监管文件，且这种状况在同一型号设计的其他航空产品中也存在或可能会发展。它一般规定应采取的强制性措施或对航空产品继续运行提出条件或限制。适航指令是国际民航组织（ICAO）附件8中提到的强制性持续适航信息（MCAI）的通常形式[11]。在世界上，设计国适航当局对其设计批准的民用航空产品和零部件，在投入使用后普遍采用适航指令的持续适航管理手段。因此，适航指令也可以理解为民用航空产品进入服役阶段后局方发布的技术性规章层级文件。

FAA和EASA作为其民用航空产品设计国的适航当局，对其审定的民用航空产品已进行了数十年的持续适航工作。其民用航空产品的运行安全基础数据进行了长期有效的积累。当其用数据判定民用航空产品存在或可能存在不安全状态时，就颁发适航指令进行强制纠正。以波音和空客产品为例，其适用的适航指令年度统计如图3和图4所示。

我国国产运输类飞机的适航指令数据均可通过CAAC的适航指令查询系统公开查询得到，图5为按年度统计的分布情况。

值得注意的是，现有的CAAC适航指令查询系统中可以下载国产运输类飞机的适航指令征求意见稿。近5年来，MA60&600和ARJ21的适航指令在正式发布前均先行发出了征求意见稿。这增加了可公开获取的数据信息的机会，可有效地促进国产运输类飞机在役机队的持续安全运行和国产民机的运行融合和高质量发展。

3国产运输类飞机的数据信息

3.1数据信息流程

在某国产运输类飞机的持续适航工作中，针对此民用飞机本身最重要的一项工作为对不安全状态进行监控。同时，此监控包括对发动机和辅助动力装置的持续适航评估[12]。民用航空产品及零部件不安全状态的监控主要涉及信息管理、风险评估、根本原因分析、纠正措施评估、服务通告管理等内容，其流程如图6所示。在此流程的不同模块和环节中，数据信息始终贯穿其中，并驱动着流程的前进和深入。

在信息管理模块中，事件信息是一种数据，是按数据驱动的事件报告准则开展收集和获取到的数据。进行事件筛选时，需要有相应的过滤准则。此准则应随产品设计特征、比较统计、经验总结等进行动态的、周期性的更新和调整。持续适航项目（CAI）单的管理重点包括启动管理和状态管理。

在技术评估模块中，风险评估、根本原因分析、纠正措施评估、服务通告管理的各个环节均需要数据支持。特别是在风险评估环节中，国内外现有的风险评估方法主要是针对某一个潜在不安全状态，评估其后果严重性等级和计算其相应的发生概率，以确定其后果严重性等级和发生概率。它不仅基于工程经验，更依赖于试验统计和分析报告，最终会以量化的形式判定潜在不安全状态的风险水平，并据此计算符合性时间。为客观地开展根本原因分析[13]、纠正措施评估等工作，通常在集成工程经验的基础上，采用量化方法来完成复现、取样、统计、比较以及循环评估。此量化评估工作须由数据库进行支持。适航指令通常会指向制造商的服务通告（SB）作为引用参考文件，来表明对不安全状态的纠正措施的适航符合性。SB通常包括范围、原因、时限、实施、限制等重要信息，是适航指令启动和编制的重要信息来源。

3.2实践案例

本文以CAAC适航指令查询系统中的CAD2019-AJ21-01为例。在此适航指令正式发布前，在2018年和2019年分别发布过征求意见通告稿。经可查询信息，2015年底有报告显示ARJ21飞机辅助动力装置（APU）舱防火墙上存在密封胶熔化现象。在技术审查中，经调查比较，部分位置使用的密封胶型号不具有防火特性，不满足实际使用环境要求。使用了防火密封胶的位置在制造过程中存在硫化异常的情况，无法实现预期的防火功能。通过调查相关的工程数据，发现涉及吊挂防火墙和APU舱内侧防火墙的结构和区域内多个系统，均存在上述潜在的不安全状态。当发动机或APU舱发生火情时，可能导致火焰蔓延至机身或者APU舱外，进而可能造成飞机失控。

对此适航指令中的防火密封胶进行不安全状态评估和考虑时，可在相关持续适航数据库中得到其他机型的案例的经验和验证信息。开展数据挖掘时，使用了包括“发动机”“辅助动力装置”“防火墙”“防火密封胶”等关键词，进行中英文检索，随后对技术内容进行比较；并在此基础上深入获取高度关联的其他信息，以支持对于安全状态的判定和量化计算。

在进行定量分析时，按涉及范围/部件查询其设计的可靠性指标和统计实际运行中的综合数据，然后用功能危害性分析、故障模式分析和故障樹分析等方法建立故障模型，随后对可能的不安全状态进行定量的数据评估。

由此可见，在技术决策过程中需要数据信息的支持；形成的判定、措施、方法、过程等又可成为下一次技术决策的输入和支撑。在大数据驱动和深度学习技术的支持下，对机队实际风险进行评估和监控，可以用客观量化的形式有效开展，并可迭代形成增强回路。

4结束语

国产民用飞机的设计改进持续增加、机队规模不断扩大，持续适航相关数据信息迅速增加，民用飞机持续安全运行面临严峻考验。本文提出了以数据驱动进行国产运输类飞机持续适航管理的模式。此方法经实践验证可以识别潜在的不安全状态，支持进行改正措施的决策，也可以对在役机队的安全风险进行趋势监控。本研究提出的数据驱动模式已用于国产运输类飞机持续安全工作实践，后续可随着民用飞机的设计特征、运行环境、新技术/材料等变量的研究，在数据样本、计算模型、挖掘方法等方面进行深度和广度的拓展。

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Research on Continuous Airworthiness Practice of Domestic Transport Aircraft Based on Data Driven

Wang Shiting

Shanghai Aircraft Airworthiness Certification Center of CAAC，Shanghai 200335，China

Abstract： From the perspective of data management， the paper incorporates data-driven based decision-making model in the age of big data， introduces domestic and oversea continued airworthiness information sources and categories， analyses current airworthiness directive（AD） status of ARJ21， and concludes practice experiences on the continuous airworthiness of domestic transport airplane. Taking an AD applicable to ARJ21-700 as an example to clarify the data-based risk assessment process. The paper conducts preliminary research on domestic transport airplane continuing operational safety. The method used in this paper has been put into practice， which could recognize potential unsafe conditions and support corrective actions decision-making as well as trend monitoring of inservice fleet operational risk.

Key Words： data driven； domestic transport airplane； continued airworthiness； risk assessment； AD