《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第四部分 装备《飞机状态预测和维修作业管理平台》

本期项目简介

完成单位: 北京飞机维修工程有限公司、中国国际航空股份有限公司

主要完成人: 倪继良、 吴学良、 李唐、 全红兵、 钟德超、 杨贵宾、 毕文静、 侯立国、 张永、崔军、 张世君、 穆童、 李明宇、 甘力中、 祝欣

项目简介

　　(一)项目背景

　　以可靠性为中心的维修思想制定的飞机维修方案通常比较保守,维修工作间隔短,导致大量的过度维修。以空客A330为例,其计划维修工作占整体维修工作的81%,而大部分检查工作的故障或缺陷的发现率不足20%,与此同时,运行中飞机还有大量系统故障发生,机组故障报告率超过10%。在投入大量维修资源的情况下,我国每年故障原因导致事故征候仍然占比较大且呈现增长趋势。这说明传统的以可靠性为中心的维修方式已经不能满足民航业持续提高安全保障水平和经济效益的需求,成为行业发展的瓶颈。

　　(二)技术概况

　　本项目以构建行业解决方案为出发点,突破了基于机载状态监控系统的自适应故障探测和多源数据融合的复杂系统性能预测等关键技术,研发了基于构型的数字化主线实现多源数据集成和应用,推动了航空维修方式从预防性维修到预测性维修的转变。Ameco投入了大量资源,将科研成果转化为工程技术标准,并以此建立生产系统和产品,形成了飞机状态预测与维修作业管理平台(简称APCM平台)。APCM平台主要技术指标包括诊断预测指标、系统性能指标和功能指标,依据实际排故工作的统计结果,平台的故障诊断准确率为95%,性能基线模型拟合偏差控制在5%以内,性能预测准确度99.55%,实际性能与性能基线偏差的检测虚警率根据不同系统的特点设置在0.00001~0.00005,并在此基础上最小化漏警率。APCM系统每秒处理ACARS报文数量为10条、每航段QAR数据译码时间20~60秒,能够支持2000架飞机运行,在线用户10000个并发用户100个,系统最大响应时间1秒,系统从接收数据到生成报警的最大时间1分钟,系统可靠度99.99%。

　　(三)适用范围

　　适用于波音、空客、商飞机型,包括ARJ21、A320CEO、A320NEO、A330、A350、B737NG、B737MAX、B777、B744、B748、B787等,替代波音空客相关产品用于航空公司飞机健康管理。与波音、空客和GE的同类产品对比,APCM平台不仅实现OEM已有的健康管理功能,还构建了通用化的虚拟机载故障预测、诊断与维护系统,以及基于状态的维修作业过程的管理,能够精确获得每架飞机的技术状态,根据其性能制定单机维修方案,精准管理维修工作进程,实现资源精准投放,在保证持续安全的前提下,实现降本增效。

　　目前APCM平台除了作为生产系统服务于国航之外,还为其他航空公司提供工程服务,得到用户高度认可。APCM是目前我国唯一投入生产的基于状态的飞机维修管理平台,其应用推动了维修方式变革,使大量预防维修变为预测维修,基于构型的数字化主线技术实现平台单一数据源管理,推动飞机维修产业数字化转型。APCM项目研发过程中建立的技术标准和工程规范,为建立行业标准奠定基础,同时能够帮助国产大型客机提高运行保障技术水平。

项目创新点

　　(一)提出了多源数据驱动的复杂系统性能预测方法和技术规范

　　通过ACARS报文、QAR数据、SAR数据、结构化的维修数据、动态构型数据、技术出版物结构化数据等多源数据的自动采集和协同分析,实现数据驱动下的模型训练,使拟合出的模型特征无限贴近实际运行情况。恒虚警检测技术提高预测准确度,得到稳健的输出结果。

　　(二)提出了基于机载状态监控系统的自适应N选M故障探测算法

　　机载状态监控系统ACMS可以采集到系统自检故障信息BITE和实时运行数据,作为中央维护系统CMC的补充和增强,实现门限动态调整,有效降低虚警,提高故障探测准确度。

　　(三)建立了通用化的虚拟机载故障预测、诊断与维护系统

　　定义基于状态维修体系功能包含空地端数据采集、空地端数据处理、全机队实时状态运行监控、全机队系统性能预测、基于状态维修作业管控。运用互联网+技术将机载端及地面端系统功能有效串联实现以飞机健康状态为指标,实时监测系统状态,预测飞机系统性能异常、失效、性能衰退、隐性失效状态,从而提供充足的时间安排检修工作。

　　(四)字化主线的数据集成和交换技术

　　使用统一的技术规范将数据编码、解码,建立飞机工程维修管理的主数据,进一步研究在不同场景下的主数据之间的关联性模型,使各环节流通和使用数据完全自动化,使事件结果驱动的维修工作转变为数据驱动的健康管理,数字化主线能够是在分析和操作过程中保证数据的一致性和连续性。

　　(五)具有自主知识产权的半实物仿真测试平台

　　通过半实物仿真实现了高保真的飞机故障和事件仿真技术,适用于不同型号数据采集组件功能验证。

同类项目比较

　　系统功能APCM平台除了具有OEM产品提供的健康管理功能之外还具备更多功能。APCM系统开发和使用成本远低于OEM产品,市场销售价格也同样低于OEM产品的每架飞机每年2万美元,从而具有更高的效益和市场竞争力。详见表1。

应用案例

　　国航先后于2013年使用APCM平台监控波音737NG机队,2015年开始监控空客A320、A330机队,2018年A350机队、2019年B747、B777、B787波音宽体机队、2020年ARJ机队投入使用。已支撑国航各机队运行约494万飞行小时和210万循环。应用APCM平台实施健康管理后机队不正常千次率逐年下降,平均每年下降0.34。详见图1。

社会效益与经济效益

　　项目提出了基于数字化主线的数据集成和交换方法,建立飞机状态预测和维修作业管理平台,形成了全寿命周期MRO企业数字化方法,并通过实际使用验证,实现了产品的单一数据源管理。首次实现了基于性能预测的维修方案工作条目的优化和规则的制定,推动了维修方式从预防性维修向预测性维修的变革。此外,本项目在多元数据整合和应用方面已达到国际领先水平,具有自主知识产权的数字化维修产品打破波音空客等行业巨头的技术垄断,有利于中国民航的技术发展和航空公司的数据安全。在民航高速发展和技术革新的行业背景下,充分发挥央企示范作用,从开发产品到建立行业标准,在国际资源配置中争取话语权和主导权。“十三五冶期间增收节支约3.25亿元。