航空公司飞机/发动机健康管理研究

□ 夏友平 王飞云 袁 陈/文

经历了多年的发展，中国民航的安全管理理念和方法已日渐成熟。但随着机队规模不断增长，运行环境不断变化，即使保持事故率、故障率不变的情况下，飞机实际发生的重要事件或故障数量也会大大增加。由此带来的航班不正常事件，甚至严重的不安全事件，对旅客的安全出行造成极大影响，对民航业的形象口碑带来很大的负面影响。为了更好地解决这些问题，当前，以预测性维修为中心的飞机/ 发动机健康管理受到极大关注。本文在分析国内航空公司这方面的现状，总结当前国内预测性维修开展的总体情况、存在的困难和需求的基础上，给出对策建议。

研究背景及意义

（一）研究背景

传统飞机/ 发动机维修模式主要基于MSG-3 预防性维修方法，通过对型号或机队按一定时间间隔进行重复性的维护来保持可靠性。但这种方法具有一定的局限性：一方面，无法实时响应飞机/ 发动机的状态变化，从而增加了运行风险。另一方面，预防性维修需要定期对全型号或全机队进行全面检测，维护成本较高。

针对以上问题，各制造商纷纷推出预测性维修的产品，相对于预防性维修来说，预测性维修的关注点从机型机队转到了单机上，通过对单机的故障监控与预测，实现精准化管控，在安全性、可靠性及成本之间寻求更佳的平衡。

（二）研究意义

近期，国内航空公司发生的一些机械故障，在社会上造成了很大的负面影响，甚至让民众对民航的安全性产生了怀疑。对此，通过飞机/ 发动机预测性维修，航空公司可以提前发现潜在缺陷，避免重大事件发生。如2023年5 月6 日，国内某航空公司A320NEO 飞机（PW1100G）执行双流—乌鲁木齐航班，飞机爬升阶段，8 点24 分收到飞机通信寻址与报告系统（ACARS）实时下发的右发滑油渗漏告警报文。公司通过卫星电话果断建议机组尽快落地。飞机于9 点10 分安全返航。结合译码数据和地面试车前滑油添加量综合分析确认，从起飞后5 分钟开始，该飞机右发出现持续滑油泄漏，至落地时，滑油泄漏总计12 夸脱。

上述案例说明，飞机/ 发动机预测性维修具有重要的实际意义和应用价值。

飞机/发动机健康管理现状

（一）原理简述

1. 飞机/ 发动机健康管理介绍

飞机/发动机健康管理为包括飞机/发动机状态监测、诊断、评估在内的活动的总和，包括4 种行为：诊断和预测、缓和、维修、检验。其中故障的预测是核心，是决定健康管理质量的关键。

2. 预测性维修基本原理

在故障演变的过程中，一些系统参数具有一定的变化特征和变异节点，通过发现参数的变化提前发现系统中存在的隐患，提前介入。

目前，飞机/ 发动机预测性维修使用的数据传输主要通过以下两种方式实现。一种是飞机状态监控系统（ACMS）：通过ACARS数据链路在飞机和地面站之间通过无线电或卫星传输报文，对飞机进行实时监控。由于ACARS 数据链带宽是非常有限的，只能获取报告式的数据。其特点是实时但数据量小。另一种是无线快速存取记录器（WQAR）：当飞机落地并打开舱门时，WQAR 会通过无线网络将飞行数据下传到地面指定服务器，配合地面系统自动处理数据，实现从数据下载到处理的自动化。其特点是数据完整但目前做不到实时。

（二）预测性维修介绍

与OEM 健康管理系统原理类似，以空客AIRMAN 远程监控系统为例，该系统主要分为三个模块：一是机队实时监控。实时访问飞机状态，提供故障历史、建议。还集成了超链接以方便访问相关的技术文件，大幅提高排故决策效率。二是事件监控。可搜索多发故障或重复故障，可实时获取AIDS 标准报文，并可以从报文中提取出参数，得出趋势，发现及预测故障，给出最优的维修时机。三是历史监控。提供全球机队可靠性数据，生成飞机系统和其部件故障数据及趋势，给出状态图表。也可查询历史故障、AIDS 报文、历史航后报告、工作指令等。

目前主要OEM 所开发的飞机/ 发动机健康管理系统均是以飞机/ 发动机实时ACARS数据为基础，通过和预设门槛值的对比来对重要故障进行报警，通过和故障数据库的对比分析来对飞机/ 发动机的健康度进行衡量使用和提高。

（三）国内现状

OEM 系统因可定制化程度低、影响数据安全、费用较高、虚假警告多、分析平台老化等原因已无法满足我国航空公司对飞机/ 发动机健康管理的要求。因此已有很多国内航空公司自主开展飞机/ 发动机健康管理，取得了一些成果。

为了对国内预测性维修开展的情况进行分析，对34 家航空公司进行了调研，调研样本基本体现了国内航空公司的各种类型，具有代表性和参考价值。调研角度为目前公司飞机健康管理系统的现状、应用成果、创新情况、资金投入、后续措施、共享意愿、对OEM 的意见和政策意见共8 个维度。

1. 预测性维修的开展概况

大型航空公司方面，目前，南航在飞机/发动机预测性维修方面已是国内标杆，其自主研发的天瞳系统能完全代替厂家的系统。国航自主开发的基于状态的飞机维修管理平台（APCM）具有同样的功能。东航在AIRMAN和AHM 中开发了自定义报文进行监控，而发动机监控方面则依靠厂家监控后提供邮件等形式提醒。海航的情况与东航类似。

中型航空公司方面，厦航在飞机系统监控方面以自主研发为主，发动机监控方面则是与GE 合作。川航则自主研发了发动机健康监控系统（EIDEAS），而飞机系统监控方面引入汉莎的AVIATAR。

小型航空公司方面，重庆航委托南航将其机队纳入南航飞机/ 发动机健康管理系统，西部航则委托海航技术，大连航飞机系统监控委托国航，河北航飞机系统监控委托厦航，金鹏航部分机型（B737）监控委托海航技术等。

2. 预测性维修的组织架构/ 制度情况

国内大部分航空公司开展预测性维修，主要还是利用现有的工程技术、可靠性管理等现有传统的技术人员来兼职进行，相关的工作程序零散。对于设置专门机构及专门人员使用专门的工作程序来进行预测性维修，只有部分大型航空公司能够做到。

3. 数据费用

国内航空公司ACARS 维修数据获取均来源民航数据通信有限责任公司，单架飞机全年通常报文数据量预计产生流量费约15 万元。

无线快速存取记录器（WQAR）数据费用基于手机网络，以空客A320 飞机为例，目前新构型设备（FOMAX）仅需安装一张卡，每张通信卡每月费用在100 元以下，明显低于ACARS 的费用。

问题分析

（一）国内航空公司预测性维修情况分析

1. 预测性维修技术来源

目前国内航空公司预测性维修技术来源中自主或自主研发与厂家技术结合方式进行的有20 家，在调研样本中占比59%，依靠厂家和外委其他航空公司的有14 家（见图1）。南航“天瞳”系统在满足自身要求基础上已可提供对外技术服务，小航空公司则以依靠OEM 或其母公司/ 其他成熟大公司为主。

图1：国内航空公司预测性维修技术来源

2. 预测技术/ 数据的共享意愿

根据调研结果，明确愿意进行预测性维修技术及数据分享的航空公司为20 家（见图2），占比达到59%，对于不愿意分享或者不确定的航空公司，其疑虑主要在于数据的安全性敏感性、费用、权益平衡等。

图2：国内航空公司共享预测性维修技术意愿情况

3. 自主研发资金投入

根据图3 显示，在研发投入上，在有明确可统计投入的16 家航空公司中，国航、南航、海航投入均超千万至上亿级别，其余13 家航司投入均不超过百万级别。

图3：国内航空公司共享预测性维修技术研发投入

4. 自主研发困难点

从图4 可以看出，对于自主研发，各个航空公司的困难主要集中于资金、技术两个方面。具体表现为：一是各航空公司对于预测性维修的重视程度不一，公司方在表面安全形势可接受、无重大事件发生的情况下，无动力主动对新技术投资；二是投入产出比是部分小型航空公司考虑的重点，预测性维修的“起步”费用相对较高，分摊到每架飞机的成本较高；三是预测性维修技术的核心在于预测模型的建立，在运行数据少、技术经验不足的情况下需要“摸着石头过河”，但OEM 厂家或国内其他有能力航空公司可提供或愿意提供的“石头”不多；四是有维修专业背景又对IT 熟悉的复合型人才匮乏。

图4：国内航空公司预测性维修困难点

5. 航空公司自主研发所需支持

根据图5，对于预测性维修的开展，各航空公司的需求点主要在于资金支持、政策引导和技术援助上。

图5：国内航空公司预测性维修研发相关诉求

综合来看，目前国内航空公司预测性维修的开展范围广泛，但发展水平参差不齐，大航空公司资金雄厚、技术基础好，取得的成果也很多，小的航空公司虽然对于预测性维修有意愿，但受制于资金、技术等方面，研发及投入动力不足、困难很多，这对我国民航机队整体运行安全性及可靠性的保持和提升产生了一些制约。

（二）国内航空公司预测性维修存在的问题

一是OEM 的技术封锁：包括传感器的测量范围、采集频率及精度，控制组件控制法则、系统部件的失效模型等，航空公司很难获取到这方面的资料。二是目前国内部分航空公司已有成熟的预测性维修经验，但缺乏合适的知识产权保护、技术共享、业务托管的渠道。三是目前实时传输主要依赖ACARS 网络，该传输方式传输速率太低，且相对费用较高。四是航空公司在开发模型的过程中，非常缺乏有维修背景知晓机型原理并且对IT 算法、编程等有研究的开发人员，即使有合适人选，在当前的维修人员体系中也难以得到好的安置和使用。五是航空公司普遍反映开发的资金量需求较大。六是老旧飞机在设计之初缺少采集点和数据规范，国产民机如ARJ21 部分系统 QAR 参数较少。七是部分航空公司对预测性维修可能带来的衍生风险如NFF 件增多等有疑虑。

飞机/ 发动机健康管理的趋势及对策

（一）飞机/ 发动机健康管理的趋势

1. 技术发展趋势展望

随着飞机机载设备、传输方式、地面设备的不断发展，航空公司可以收集更多的运行参数，对现在无法直观进行监控的参数和故障进行模型分析，达到预警的目的。

同时，进一步开发适合自身需求的地面接收和分析平台，集成数据接收、分析、预警、分发、处理措施智能匹配，流程智能规划等功能，根据健康状况提供处置决策建议，提高安全裕度和处置效率，进一步保障运行安全。

2. 关于IP180

IP 180 文件旨在对具备 AHM 能力的系统按需生成 AHM 任务，替代传统的定期检查。未来当AHM 可以预测到故障并且可以提供足够的时间裕度进行排故时，在经过ISC 指导委员会批准后可以将AHM 排故方式加入到MRBR 中，作为MPD 项目的替代方案。这是飞机/ 发动机健康管理的一个重要发展方向，即预测性维修逐步替代现有的预防性维修模式，MSG-3.5 甚至MSG-4 正在路上。

（二）飞机/ 发动机健康管理的问题对策

基于上述问题分析，结合未来技术发展趋势，提出以下建议：

1. 加快推进步伐

加快在国内航空公司中广泛推进以预测性维修为核心的飞机/ 发动机健康管理工作。各航空公司应广泛建立基于预测性维修的飞机/发动机健康管理系统，同时需要考虑机队规模、机型构成、运行特点、技术能力、关键系统、运行数据等因素；航空公司在开展飞机/ 发动机健康管理时应与飞机/ 发动机OEM、其他有经验航空公司加强沟通交流，获取更多技术和数据等方面的支持，尤其是运行国产民机的航空公司，应积极反馈改进意见，共同进步。

2. 注重科学引导和规划

对国内航空公司进行以预测性维修为核心的飞机/ 发动机健康管理进行科学引导和规划。航空公司应根据自身情况选择自建、联合开发或者直接购买/ 外委其他公司的成熟系统，不管采取哪种形式应确保其使用的安全性、可靠性、功能性，同时注意数据安全；局方应牵头搭建交流合作平台，通过相关政策的颁布引导各航空公司、航科院等单位加强飞机/ 发动机健康管理的交流共享，尤其是涉及安全或重要项目，推进整体安全；对于预测性维修可能导致的NFF 等情况，各航空公司应形成合力与厂家达成相对一致的处理意见；对于IP180 带来的维修理念的升级予以足够关注，积极尝试、不断总结，中国民航产业链完整、机队数量大、运行经验非常丰富，在这一点上我们大有可为，甚至可以将相关经验应用到国产民机民发的研发及维修理论上，以取得一定的优势。

3. 加大投入

航空公司和局方加大对以预测性维修为核心的飞机/ 发动机健康管理的投入。航空公司应加大在飞机/ 发动机监控管理系统建设方面的投入，特别是在系统开发、服务购买、设施设备配备等方面；局方应在政策方面合理支持航空公司建立或发展飞机/ 发动机健康管理系统，对于可解决重大安全问题的项目应设立专项资金予以推动；航空公司应提前进行预测性维修所需的人才储备，并对其工作职责、薪酬等合理设置；航空公司应积极拓展飞行数据传送途径，积极探索运用高通量卫星、5G-ATG等新型大容量数据实时传输技术，实现飞机数据实时下传，实时获取、分析飞机运行数据。