原創： 李唐　李迪 航空維修與工程

回顧了改革開放40年我國飛機維修工程發展歷程，介紹了國際民航業信息技術與維修實體業務相結合的實例，分析了數字化技術對傳統維修理論的影響，指出飛機維修工程的全面數字化是符合我國國情的發展方向。

我國民航飛機維修工程發展歷程

持續適航管理體系的建立

飛機維修工程是一項系統工程，是保障民航各類運輸機型持續適航的有效手段，適航維修管理是飛機維修工程的管理方式。中國民航適航維修管理的發展可以分為兩個階段，改革開放以前和改革開放至今。

建國初期中國民航主要使用蘇制飛機和蘇式保障體系，采用預防為主的維修方式，沒有相應的適航維修管理體系。改革開放以后隨著大量引進歐美飛機，中國民航逐步建立了以可靠性為中心的飛機維修體系和相應的適航管理規章制度，包括CCAR 43、CCAR 66、CCAR 91、CCAR 121、CCAR 135、CCAR 145、CCAR 147，明確了適航當局、航空器制造商、航空器營運人、維修企業和培訓機構在持續適航管理中的作用、職責以及適航審定要求。與此同時，民航局根據適航管理要求制定了一整套民用航空行業標準，規范了行業行為。通過40年的發展，中國民航已經形成了法制化規范化的持續適航維修管理體系。

飛機維修管理體制的改革

上世紀80年代初民航脫離了軍委民航局，組建了民航局和地區管理局，成立了中國國際航空、中國東方航空、中國南方航空等六大骨干航空公司，實現了政企分開的管理體制。1989年國航和南航相繼成立了Ameco和GAMECO兩家具有獨立法人資格的綜合性飛機維修企業，標志著我國飛機維修行業開始走上專業化建設道路。以Ameco為例，經過30年發展公司已經具備提供機隊包修服務、航線維護、飛機大修和噴漆、反推和進氣道大修、發動機大修、APU大修、附件大修、起落架大修、公務機改裝和維修、工程和資產技術服務、教育和培訓、計量檢測等方面的服務能力，是中國民用航空局授權的民用航空器改裝設計委任單位代表（DMDOR）。Ameco持有中國民用航空局（CAAC）、美國聯邦航空局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）等在內的近30個國家或地區頒發的維修許可證。Ameco目前擁有160多個國內維修站點和國際維修站點，形成了輻射國內外的維修服務網絡，為國內外百余家用戶提供維修服務，且2017年營業額突破了70億元。

目前我國已有近四百家獲得CAAC批準的飛機維修企業，其業務涵蓋了工程管理、航線維修、機體維修、發動機和部附件修理，預計2018年國內飛機維修市場總計超過400億元，形成相當規模的航空維修產業。上述維修企業具備絕大多數在役機型的機體重維修能力，在滿足國內市場需求的基礎上還大量承接國外用戶的飛機大修業務。在發動機維修領域，國內維修企業主要維修CFM56和V2500系列等發動機。部附件維修的范圍較廣，涉及電子、電氣、機械等專業，國內維修企業的修理深度和修理范圍都在不斷擴大。

飛機維修管理理念和設施的發展

1967年美國聯合航空公司以書面形式發表了《應用決斷圖制定維修大綱的邏輯分析方法》，1968年美國幾家航空公司和飛機制造廠的代表組成了一個維修指導小組，簡稱MSG，制定了《維修評審和大綱修訂》的MSG-1文件。美聯合航空公司的諾蘭（Stan Nowlan）和希普(Howard Heap)于1978年合著了《以可靠性為中心的維修》。這標志著現代飛機維修理論的建立和應用，使維修項目的制定、時間間隔趨于合理，顯著節省了人力物力。

改革開放以后，隨著新型飛機的引進，中國民航開始實施以可靠性為中心的飛機維修。各航空公司和飛機維修企業通過組建可靠性管理部門、建立可靠性數據收集處理報警的技術標準和工作流程，逐步建立了以可靠性為中心的飛機維修管理體系。

此外，國內航空公司的維修部門和維修企業在引進先進維修管理理念的同時投資建設了大量飛機維修基礎設施和設備，包括機庫、工裝、測試設備、發動機試車臺等，修理能力顯著增強，從改革開放初期以外送維修為主轉變為自修為主，修理深度也在大幅度提高。

國外飛機維修技術發展 

從萊特兄弟發明飛機至今已經一百多年了，飛機作為一種交通運輸工具跨越了人類工業文明發展的所有階段，從機械化時代、電氣自動化時代、信息時代到數字化時代，今后還將伴隨人類進入人工智能時代。機械時代的飛機結構和系統都比較簡單，基本采用定時檢修的維修策略，一般的機械加工設備也能夠滿足修理需求。隨著上世紀60年代末可靠性理論和應用，飛機維修開始在理論指導下科學合理地進行，促進了專業飛機維修企業的建立。飛機維修技術歸根結底來自飛機制造技術，對于自身能夠制造飛機或其關鍵系統和部件的航空技術強國來說自然能夠修理飛機和其零部件，只是修理工作不確定性強，不像制造領域可以有計劃的大批量生產。所以隨著飛機系統越來越復雜，上世紀70年代末期美國開始研發機載中央維護系統，提供在翼故障診斷能力，大大提高了排故效率并為零部件進廠修理提供了寶貴的在翼故障信息。經過幾十年發展，波音、空客在中央維護系統的研發和應用上都取得了很大進展，波音787提出了機載健康管理系統的概念，機組報警系統、中央維護系統和狀態監控系統共享數據和計算資源，報警系統、維護信息和狀態參數相互匹配使維修人員更準確掌握飛機技術狀態?？湛?span lang="EN-US" style="margin: 0px;">A350飛機在優化其中央維護系統功能的同時提供了強大的連續數據采集能力，幾十個數據采集通道能夠同時采集幾萬個參數，為建立飛機系統模型和飛行、運行模型提供了強大支撐。

進入數字化時代，飛機維修技術迎來了快速發展期，波音飛機健康管理系統（AHM）于2004年正式上線，標志著數字化維修時代的到來。飛機健康管理系統將飛機接入了互聯網，使維修人員能夠通過網絡從飛機上下載數據，同時飛機也實時發送自身的狀態信息，軟件系統通過分析上述信息向工程師提供維修技術支持和維修決策支持。

經過10多年發展，波音飛機健康管理系統已經和數字化出版物、飛機燃油消耗管理、維修方案優化、運行簽派優化等板塊集成為AnalytX。波音使用先進的數據處理技術把原有模塊整合為功能強大的數據分析平臺，為接入更多航空公司數據、更多種類的飛機和傳感器數據作準備。此外，空客、羅羅、GE、普惠等也都建立了自身的數字化研發和服務部門，向客戶提供數字化服務產品。國際知名的MRO企業，如漢莎技術公司也建立了數字化產品部，在保障自身生產需求的同時，向客戶提供數據共享和分析服務，并將此與其他維修服務整合提供新的服務模式。據《航空周刊》報道，空客、漢莎技術、法荷航維修工程公司都在研發和應用智能機器人，并將其用于無損探傷、外部檢查等?？湛瓦€研發了一款能夠在地面進行繞機檢查的機器人，該機器人能夠自動識別飛機外部損傷，同時具備自主導航能力，能夠精確繞機移動。IBM公司提出，未來可將區塊鏈技術應用到飛機和零部件的所有維修記錄中，并作為飛機資產的重要組成部分。

數字化技術也推動了增材制造技術的發展，使增材制造的應用變得容易，特別是將增材制造用于維修過程中將能夠快速、靈活地制造出所需零部件，有效應對維修不確定性。所以國外正在大力發展增材制造技術，將該技術用于復合材料制造、金屬材料的制造和維修、客艙用的復合材料部件維修中，目前，空客也開始用增材制造技術制造飛機的金屬部件，發動機制造廠家也開發了一系列增材技術用于發動機葉片的修理。

國外航空維修技術的發展往往伴隨著商業模式的變化。據ICF咨詢公司統計，2017年全球MRO市場市值約為755億美元。據Oliver Wyman公司預測，未來10年全球MRO市場平均增速約4.0%，到2028年全球MRO市場將達到1147億美元左右。面對這個有巨大發展潛力的飛機維修市場，各類OEM和MRO企業紛紛利用數字化技術打造新的商業模式，為客戶量身定制維修服務，爭取更大的市場占有率和更高的利潤。

新時代飛機維修工程的發展方向

眾所周知，飛機是高端的工業產品，現代大型民用運輸飛機是高度數字化的飛行器，安裝了寬帶光纖網絡和大量傳感器、控制系統，飛行過程中會產生大量數據。波音787和空客A350便是這類飛機的代表，其數據采集系統每飛行小時采集的數據超過300GB，每架飛機每年采集的數據量超1PB。這些數據表征了除了飛機結構以外所有飛機系統的狀態，包括技術狀態、故障、性能、位置、姿態、業載、燃油消耗等，能夠應用于飛機維修、運行控制、飛行品質、運營效益分析等領域。新一代飛機維修工程除了能夠從飛機上獲得海量數據之外，維修過程中各類測試和測量數據也隨著設備數字化程度逐步提高而更容易獲得，例如新型萬用表能夠通過WIFI接收測量需求并反饋測量結果，綜合化附件測試設備普遍配備互聯網接口。另外，維修人員、機組成員在社交媒體上的經驗交流也是具有重要價值的信息。一些國際知名航空公司已經開始為飛行員和維修人員配備平板電腦用于資料查閱、問題報告和工作單簽署等，未來運行中將生成大量多媒體信息。海量的多樣化數據已經初步構成了飛機維修大數據。

傳統的可靠性管理是以數據統計技術為基礎的管理方法。以技術記錄本、定檢地面故障處理記錄和附件修理記錄為主要數據源的可靠性管理系統，對于一家擁有200架以上飛機的大型航空公司而言，每年人工錄入的數據量不超過5GB，還不到現代維修系統一小時生成的數據量。傳統的可靠性管理以統計平均值作為評價飛機系統可靠性的主要指標，按照民航局要求統計數據至少需要積累12個月甚至更長時間才能起到信息反饋和監控作用。進入大數據時代，傳統可靠性管理暴露出一些問題，如反應速度慢，因為航空公司由于安全和經營的雙重壓力，往往無法容忍在統計結果超越警戒值后再對故障的根本原因進行分析，并采取行動；再有就是統計結果表征的是整個機隊，但不同飛機的情況往往差異很大。

基于航空器全壽命維修理念的飛機健康管理系統是近年來業內推崇的航空維修大數據應用方案，它能夠綜合利用飛機傳感器數據、測試測量數據、維修記錄數據等預測故障，分析評估飛機系統性能水平，提供快速故障診斷和維修決策支持，同時監控和分析飛機燃油消耗水平，從而提供綜合飛機健康指數。相對于傳統可靠性管理系統，飛機健康管理系統能夠快速還原故障場景，利用數據優勢和人工智能技術進行快速故障診斷并確定故障的根本原因。更進一步，飛機系統故障預測技術使飛機維修做到了未卜先知，大大降低了飛機維修工程的不確定性。飛機健康管理系統為工程師提供了分析數據的手段，主動地在大數據中尋找發現問題，顛覆了傳統的被動維修方式，打破了維修生產人員、技術支援和系統工程之間的界限，使飛機維修工程運行變得更加高效。

互聯網的普及特別是移動互聯網已經改變了消費領域，而這一價值潛力在工業領域還有待釋放。物聯網、工業大數據、云計算、人工智能等信息技術近年來在工業界大受重視，人們希望這些技術能帶來工業生產的變革。德國提出了工業4.0概念，美國提出了工業互聯網概念，而中國提出了中國制造2025。這三者的本質內容一致，其核心是數字化和人工智能，應用物聯網技術實時獲取工業用設備、工具、器材、人員等的狀態信息，通過部署在云端的數據分析平臺對這些狀態信息進行分析并將分析結果反饋給各個工業部門以實現智能化生產，將比傳統生產方式顯著降低能耗、節約成本，推動工業領域從傳統的大規模生產轉向個性化定制生產。

總體來說，飛機維修工程的數字化主要包括兩方面工作，一是維修數據的數字化，這里的維修數據包括了技術資料和各類維修記錄，二是維修生產過程的數字化。維修生產過程的數字化對航空公司和維修企業來說是一個挑戰，涉及的部門多，業務復雜。但收益也大，舉例來說，構型管理是持續適航管理的一項基本工作，涉及部門之間通過工程文件和維修指令分解和轉移構型管理要求，最終在飛機上實施構型變更并反饋信息。目前這個過程是開環的，任何環節出現問題都有可能不被察覺。如果利用數字化技術建立虛擬飛機，任何一個修改構型的文件或指令都會改變虛擬飛機的構型，通過將最終在飛機上實施的構型變更和在虛擬飛機上進行對比驗證，期間任何環節的錯誤或不一致操作都會反映在虛擬飛機上并出現報警。

Nicholas Negroponte在他的《數字化生存》中提出比特就好比人體內的DNA，是信息的最小單位，并且對比了比特和原子的價值。隨著使用時間的增長，飛機的價值也就是原子價值在逐步減少，但飛機運行中產生的比特價值卻不斷提高，我們可以用這些比特優化運營管理、預測故障、改善設計。同樣，投資建設數字化飛機維修工廠能夠獲得工業大數據，進而通過分析應用優化生產計劃、組織、預測設備健康狀況，安全高效完成飛機維修任務，提高飛機利用率，降低維修成本。

總結和展望

改革開放40年以來，我國飛機維修工程取得了令人矚目的成績，保障民航安全運行40年。當前，數字經濟正成為全球經濟增長的新動能和經濟提質增效的新引擎。黨的十九大報告提出，要推動互聯網、大數據、人工智能與實體經濟深度融合?！吨袊裼煤娇瞻l展第十三個五年計劃》明確指出，民航業要全面提高科技創新能力，推動行業提質增效和轉型升級，在飛機維修領域通過重大工程項目建設和前沿技術攻關突破航空器全壽命維修、數字化維修等關鍵技術，形成擁有核心知識產權的科研成果。飛機維修工程的數字化正是通過互聯網、物聯網鏈接飛機、維修人員、工具器材、技術資料等，應用大數據技術、人工智能優化和再造工作流程，使信息技術和飛機維修業務深度整合，實現“互聯網+飛機維修”和飛機維修工程的跨越式發展，實現民航強國夢。