随着在飞行中监视飞机系统的技术不断进步,航空业的可用数据越来越多。如果航空公司要减少飞机因缺乏关键航材而停场的次数,对这些数据的分析变得非常重要。
持续的设备监控
随着飞机的不断更新换代,飞机自动传递到地面的信息量已经呈指数级增长,无论是通过无线电或卫星数据连接实时传递的信息,还是航后在登机口下载的信息。一架空客A320飞机每执飞一个航班要传输约15000个参数,一架空客A380要传输25000个参数,一架空客A350要传输40万个参数。但是,汉莎技术公司负责产品研发与创新管理的主管亨宁·贾克曼认为,如果不进行有针对性的分析,这些数据就失去了用武之地。
航空公司和制造商认为,随着在飞行中监视飞机系统的技术不断进步,传统的、基于计划的维修方法将被摒弃,取而代之的是一种更有效的方法,它能准确预测零件使用寿命,并在故障出现前及时将其换掉。传统的维修方法较为保守,倾向于根据零件可能发生故障的平均使用时间来制订维修计划;而持续的设备监控能够在早期发现潜在的零件性能衰退,从而避免航班中断,完善维修计划。
目前,航空公司实施可靠性监控项目来探寻航班中断的原因,从而找到减少航班延误和飞机停场次数的方法。例如,易捷航空过去注意到风挡玻璃破裂是飞机无法正常起飞的一个常见原因。于是,该公司开始在风挡玻璃发生故障的平均时间之前将其换掉。虽然维修成本有所增加,但由于飞机可靠性提高,并避免了与飞机停场有关的支出,其整体效果很不错。
易捷航空维护运行主管艾丹·卡尼说,易捷航空的机队技术部监视所有设备的系统性能,并调整维修计划,以实现零件寿命的最大化和减少航班中断之间的平衡。但是,他强调,该计划基于机队可靠性的历史分析,不会深入了解飞机系统的真实情况,或预测未来可能发生的故障。
相比之下,瑞安航空首席运营官米克·希基说,瑞安航空已经使用了美国技术集团Teledyne研发的几个预测性分析工具,以解决波音737机队特定技术问题。同样是使用传送给GE公司的发动机性能数据,Teledyne设计了一种算法,以警告瑞安航空飞机气压系统的性能变化,因为其中一些设备经常造成航班延误。这种警报使瑞安航空能够预测即将发生的零件故障,并在常规的夜间停航时更换受影响的零件,从而避免飞机停场。希基表示,该分析工具的使用在管理气压系统方面非常成功。
不只是发动机
数十年来,发动机都配备有传感器,向地面传送重要的参数信息,以便进行实时性能监视。转速、温度、油液污染度等不同参数不仅体现了发动机的情况,还预示了相关系统的潜在问题。
英国发动机制造商罗·罗公司已经收购了一家生命科学公司,该公司通过人体温度、血压等基本的参数来诊断病情。罗·罗公司希望应用这种分析技术来提高对发动机的监视水平。该公司运行服务中心主管马特·伯恩斯说:“这两个领域的分析技术很相似,以至于医疗领域所用的分析方法同样能够用于分析发动机的健康状况。”
过去10年,罗·罗公司通过提前预测潜在的故障问题,将与发动机有关的运行中断次数减少了3/4。该公司认为,发动机制造商应该准确“诊断”发动机的健康状况,并能够随着时间的推移监视机队的性能。
如今,大量关于机身系统和零件的数据可供使用,尤其是在波音787和空客A380等新一代飞机上。法航—荷航集团工程部门已经设计了一种算法,以警告维修控制中心空客A380机队中即将出现的燃油系统故障。
法航—荷航集团创新工程与维修总监詹姆斯·科恩伯格说,这是在预测性维修的发展过程中,工程师将注意力转向的第一个领域。但是,他补充说,MRO提供商正在努力实施其他零件和其他机型(如波音787)的维修项目。“我们将精力集中在导致最多技术延误或运行问题的系统上,但设计一种算法需要很多专业知识和时间。”他说。
新一代的飞机能提供大量的数据,允许对其系统性能进行详细的分析。但是,目前绝大多数机队不提供这么多数据。空客负责维修与工程服务的副总裁菲利普·戈登称,现有飞机上可用的数据比用于预测性维修分析的数据多,挑战是如何获得所有可用的数据。空客正致力于开展一项窄体机修正工作,其数据来源于飞行测试期间处理信息的计算机,能大幅增加用于预测性维修的数据量。
易捷航空在这方面与空客开展了合作。卡尼说,此举的目的是在2016年通过一个基本的初始系统,监视某一类别的零件,如飞行控制、起落架或气压系统。“如果我们一开始就尝到了甜头,我们将继续推进此项工作并增加新的功能。”他说。
卡尼表示,如果设备监视和故障预测在其他飞机系统中推广开来,这可能改变“游戏规则”。“我们现在处于什么状态?我们正在等待一项计划维修任务以发现系统缺陷,或者正在等待一次机械故障。但是,未来我们能够告诉工程师:‘我们预计,这个零件在未来72小时内会出现故障,我们建议现在就更换它。’”他说。
定制的维修服务
普惠公司发动机服务部分析经理林恩·弗拉加说,飞行过程中的性能数据并不是唯一的评估依据,维修数据同样重要。“我们看到数据显示一定比例的涡轮叶片报废,这是不够的。我想知道,有多少叶片在接近使用寿命时才出现故障,有多少叶片在超过使用寿命后才出现故障”。这些数据可用于改进零件设计。但是,弗拉加说,这些分析还将用于了解维修工作与设备损耗有何关系,并最终了解发动机的性能。反过来,这些信息可用于为客户提供定制的维修服务。
“基于你的运行情况,你可以提供有限的服务类别,并很好地开展你的业务。”普惠发动机服务副总裁伊娃·阿祖莱说,“每家航空公司都是不同的,这很重要。我们学到的越多,我们的算法就越好。我们可以根据航空公司的具体情况来提供定制的发动机维修服务,如飞行员在某机场起飞时需要使用最大推力。当我们谈论数据分析时,它不仅涉及趋势监视和健康监视,而是所有不同数据来源的综合。”
分析工具是否需要根据航空公司的具体环境进行定制还存在争议。一些制造商认为,设备的数据算法将是标准化的,但通过分析得出的结论和建议将考虑航空公司的不同需求。但是,GE负责机队支持的执行董事维贾伊·辛格预计,不同航空公司的分析工具将是定制的。“每个发动机和每家航空公司需要拥有自己的预测模型。”他说,“这将提高分析的有效性,减少飞机在飞行过程中出现故障的次数。”
对辛格而言,维修预测的有效性和准确性取决于“基于物理学的模型”与“基于统计学的模型”之间的“联姻”。前者涉及发动机的处理过程,后者涉及技术参数如何被解读为发动机的可靠性和在翼时间。他说,在设计算法时考虑航空公司的运行条件是预测性维修面临的重要挑战。
预测性维修的发展表明,运行数据的收集和分析正在变成机队技术管理的中心环节。制造商处于有利地位,因为他们有整个机队和不同型号的发动机在很长一段时间内的数据。阿祖莱说,第三方MRO提供商并不处于劣势,因为他们能够获得航空公司的飞机健康监控数据,并分析维修运行记录以提高服务水平。她认为,投资和建立战略伙伴关系才能在这一领域保持竞争力。“我们在技术与数据分析方面进行投资,我们还与IBM等第三方和大学合作。没有人能阻止任何第三方MRO提供商这样做。”她说。
戈登承认,预测性维修的应用和定制化服务的增加会导致机队技术管理更加复杂。但是,即使一些航空公司坚持传统的基于计划的维修,其他拥有更多工程和IT专业知识的航空公司仍会“拥抱”这种预测性的维修服务。
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