推進MRO數字化轉型 打造民航智慧維修

郭曉雷

隨著中國民航運輸業的快速發展，中國民航業無論從機隊規模還是機型種類的多樣性而言，都已躋身民航強國行列。尤其是自2020年新冠疫情爆發以來，中國成為了全球民航運輸業活躍度最高的區域。2020年，中國南方航空在旅客運輸量和旅客周轉量兩項指標上力壓美國航空，躍居世界第一位。與此同時，中國民航維修產業也在積極進行產業能力布局和生產效能提升。據預測，未來10年（2021-2030），中國MRO產值的年均復合增長率為5%，總產值約為1276億美元。盡管長期來看，受益于國內旺盛的航空運輸市場需求，國內民航維修產業將保持一個較好的增長態勢。然而，作為航空運輸下游保障服務行業，民航維修業始終面臨航空公司對降低維修成本，提升航班安全運行以及機隊可靠性水平的更高要求。這迫使以勞動密集型為產業特點的民航維修業不得不積極尋求通過技術創新、數字化轉型突破產業發展的瓶頸。對此，中國民航局在“十四五”規劃中也指出要加強智慧民航建設，由傳統要素驅動向更加注重創新驅動轉變，要培育壯大數字民航新生態，大力發展民航數字經濟。

與此同時，到2020年底我國數字經濟規模已超過國內GDP總值的三分之一，數字經濟高速發展的大環境為中國民航維修企業數字化轉型帶來了新機遇。特別是近年來，以云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等數字技術的高速發展促進了我國數字化轉型的發展，對我國實施供給側改革，創新驅動發展戰略具有重要作用和意義。據中國民航局發布的《2020 年民航行業發展統計公報》，截至2020年，我國民航運輸機隊規模已達3903架。自2010年8月25日至2020年底，運輸航空連續安全飛行“120+4”個月，累計安全飛行8943萬小時。經過多年的發展，中國民航運輸業已經積累了海量的飛行數據和飛機維修數據，從而使中國民航維修企業具有引領數字化轉型戰略的先決條件和特有基因。因此，本文將從維修記錄數字化，維修運行數字化，維修故障診斷數字化，維修保障數字化等四個方面深度剖析數字化技術在民航維修領域的應用前景以及民航維修產業進行技術升級、打造智慧維修體系、實現提升效能，嚴控成本，從而增強市場競爭力的必要性。

1維修記錄數字化（工程管理體系）

所有工程文件的評估記錄和工卡簽署記錄的可追溯性是民航安全管理的基本要求。根據局方文件AC-121-FS-2018-59-R1， 飛機維修記錄包括航空器放行記錄、部件拆換記錄、適航指令執行記錄、服務通告和改裝執行記錄、目前維修狀態記錄、飛機結構維修記錄、發動機/APU履歷記錄、螺旋槳履歷記錄、航空器單機檔案等，其中部分維修放行記錄最長要求保存至航空器出售或永久性退役后一年。為了滿足局方適航管理要求，傳統維修記錄是通過工程編寫工卡并由計劃部門組包下發執行，一線工作者打印紙版工卡并逐項簽署，最后由質量部門回收紙版工卡進行存檔。隨著機隊運行規模的擴大，航空公司和MRO企業不得不雇傭大量非生產人員回收整理工卡簽署記錄并確認維修工作準確執行。由于維修工作執行地點往往較為分散，確保每項維修記錄能及時和準確地反饋到質量部門是一項很大的挑戰。同時，為滿足紙版工卡的持單作業和簽署要求，航空維修企業每天不得不耗費大量紙張打印成本。這種低效率、高成本的作業模式，已無法適應大型航空集團基地分布廣、機隊規模大、機型多樣化的運行需求。鑒于此，中國民航局于2017年發布AC-121-FS-2017-128《電子簽名、電子記錄存檔系統和電子手冊系統的接受與使用》，詳細介紹了使用電子簽署的相關要求，為航司應用數字化維修記錄提供法規依據。在局方的大力支持下，國內各大航空集團紛紛引進或開發結構化數據集成系統平臺，首先從工程文件編寫源頭實現單機工卡結構化錄入，再由計劃部門通過生產組包系統將每架飛機所需執行的電子維修工卡準確地推送給執行該項工作的維修技術人員，隨后由維修技術人員通過手持終端查閱工卡內容，并在電子工卡上進行完工簽署。國內幾大航空集團中，東航最早推動航線工卡無紙化。東航電子簽名系統于2014年10月完成一期手寫簽名應用建設，于2015年1月完成二期管理人員電子簽章應用建設。盡管海航集團在近兩年面臨流動性危機，但其旗下MRO企業海航技術仍準確把握航空維修產業發展趨勢，克服諸多困難，于2019年啟動維修和航材結構化數據平臺的開發，并計劃于2022年實現工卡電子化簽署。與此同時，海航技術還同步投資開發飛機放行依據文件MEL的結構化編寫并進一步推進飛機放行記錄電子化簽署，從而實現對每架飛機維修放行狀態的實時跟蹤，既提高運行決策效率，也有效避免了航空器未經適航放行即投入運行的不安全事件。

2 維修運行數字化（維修控制體系）

數字化技術不僅僅被應用于生產流程的增效，同樣可以幫助企業實現數字驅動下的高效、敏捷、智能的運營管理。而運營管理則包括運行計劃、排故組織、現場施工和后臺控制等所有運行活動環節。數字化運營是數字化轉型基礎，其本質是通過大數據加算法，自動智能地化解復雜環境的不確定性，優化資源配置效率，創建企業核心競爭優勢。維修控制體系作為航司維修體系運行中樞，承擔監控每日航班運行狀態、故障通報、AOG組織，以及維修進程的實時監控等職能。維修控制體系的決策和資源調配效率直接影響整個機隊的運行效率，更何況對于大型航空集團，每天還有很多國際航線需要保障和協調，這無疑對于依賴電話和郵件溝通的傳統維修控制體系是個巨大挑戰。傳統維修控制體系通常采取“由各運行基地進行逐級管控，航班運行信息逐級上報”的模式進行運行管理。在這種模式下，不僅難以滿足運行決策的時效性，也經常面臨重要信息在逐級傳遞過程中被過濾失真的情況，甚至會導致超標準放行的不安全事件。鑒于此，國內各航司都在紛紛探索應用創新技術打造高效智能的維修控制體系。海航技術擁有9大維修區域中心、30 多個維修基地以及遍布全球200多站點的航空維修服務網絡。為提升運行效率，海航技術一方面調整組織架構，增強屬地管理，壓實派駐集團內各航空公司AOC中心的執管MCC的職責；另一方面，積極投資打造維修運行體系決策平臺。維修運行體系決策平臺集成運行計劃、排故組織、現場施工和后臺控制等所有運行活動環節的關鍵要素，實時監控每個航班的保障情況以及每架飛機的排故和航材保障進展。該平臺將通過打破維修企業內部各種數據孤島，實現維修數據與運行數據的相互溝通，從而使維修工作圍繞航空公司運行需求合理配置維修資源并有序展開維修保障工作。同時，通過生產運行信息高度可視化和報表化，使決策者能在短時間內獲取運行關鍵信息并及時調動資源進行運行決策，而各保障基地和外站實時在線接收運行指令并啟動相應的保障工作，落實指令要求。從而最終實現維修控制中樞對生產運行情況的全面實時監控和運行決策指令的快速發布。

3 維修故障診斷數字化（技術診斷體系）

近幾年，在工業裝備領域流行一個概念，即預測性維護。預測性維護是工業4.0下提出的，集狀態監測、故障診斷、趨勢分析、故障預測、智能運維于一身的新一代工業設備主動維護方式。在航空維修領域，由于航空運輸對安全性要求高，一直以來往往采用預防性維修方式。預防性維護是固定周期維護，不考慮設備實際狀態，可能帶來過度維護。而預測性維護是基于設備實時健康狀態來決策維護時機，能更為精準的預測設備故障發生時間，在減少飛機非計劃停場，提高排故效率，尤其在減少部件倉儲成本等方面具有很多優勢。根據美國聯邦能源管理計劃（FEMP）所進行的研究估計，與預防性維護相比，預測性維護能節約30%～40%的成本。

預測性維護的實踐主要依托于大數據技術的不斷發展和完善。大數據通常是一個較為寬泛的概念，既包括數據采集來源，也包括用于數據分析的相關技術和方法。對于民航業來說，飛機上安裝的眾多傳感器為實現飛機預測性維修提供了飛機健康數據來源。民航領域普遍使用的機載數據采集技術主要有三種，一種是基于快速存儲記錄器（Quick Access Recorder， QAR）的數據采集技術；另一種是多被發動機OEM廠家所使用的遠程診斷（Remote Diagnosis， RD）數據采集技術；第三種則是基于衛星和無線電傳輸的數據采集技術，即ACARS（Aircraft Communication Addressing and Reporting System）技術。QAR數據采集技術主要是通過機載快速存儲裝置實時采集包括飛機飛行姿態、機上設備運行狀態、燃油使用量等數百種數據；RD數據采集技術則通過發動機上的傳感器采集發動機在飛行各階段的關鍵運行參數；而ACARS數據采集技術是一種在航空器和地面站之間通過無線電或衛星傳輸短消息（報文）的數字數據鏈系統。這三種數據采集技術在故障診斷實踐中也有不同的應用場景。基于QAR的數據采集技術，采集數據量大，對故障診斷的準確性高。但由于空地數據傳輸費用高，通常都是在飛機落地后再下載QAR數據進行故障分析。而RD和ACARS數據采集技術，可以根據航空公司和OEM設定的觸發條件進行實時下傳，多用于及時捕捉影響飛機空中運行安全的重大故障。

現在，不少OEM 依托技術優勢紛紛加大飛機傳感器數據采集、傳輸、存儲和分析技術。如波音公司多年來不斷完善飛機健康管理系統，不僅采集和傳輸飛行數據，還通過數據分析進行維修預測。除飛機制造廠家外，航電設備制造商也紛紛憑借其機載數據采集硬件的技術優勢，涉足空地數據傳輸和故障診斷領域。如航電設備供應商霍尼韋爾開發了JetWave高速通信系統，將飛機運行數據實時傳送到地面；機載無線電供應商ARINC公司也進行飛機狀態分析和管理系統的開發，不僅采集飛機數據并進行故障診斷，還能實現評估故障部件對飛行的影響。此外，一些OEM和航空維修企業紛紛探索大數據分析技術并投入巨資打造大數據分析平臺。比如波音研發的AnalytX平臺，空客開發的Skywise平臺，漢莎技術使用的AVIATAR平臺等。這些大數據平臺，都是通過先進的數據采集方法并應用科學的邏輯算法和數據分析工具，為客戶提供基于數據推理的運行決策依據，并在工程方案優化、維修控制、供應鏈管理、機隊可靠性分析以及預測性維護等領域提供產品和服務，從而推動航空企業數字化轉型和MRO價值提升。相比于國外知名大企業的數據平臺，國內航空公司和維修企業也在積極打造自己的大數據分析平臺。比如，南方航研發的“飛機遠程診斷實時跟蹤系統”；Ameco開發的“飛機狀態預測和維修作業管理平臺”；海航技術打造的具有自主知識產權的“飛機健康管理大數據應用平臺”。這些平臺的開發和應用，使航空公司以及維修企業實現了對飛機健康狀態的實時監控，能夠前置風險管理，及早發現可能導致運行不正常事件的潛在故障，從而提升機隊安全運行品質和維修效率。當然，大數據平臺能否成功應用的關鍵還在于如何從海量的飛機運行數據中識別出有價值的數據。當前數據分析中往往利用數據挖掘、機器學習等復雜技術對數據進行檢查、變換和建模，從中提取有應用價值的數據并從數據中獲取知識。在航空維修領域，機器學習技術可以通過篩選排故經驗數據，使維修技術人員更便捷地應用文檔化的專業技術工具，快速排查出最有可能發生的潛在風險并及時提出最佳的解決辦法，特別是針對一些長期復雜的疑難故障。從2019年開始，海航技術便致力于機器學習技術的研究，并嘗試將機器學習技術應用于空調系統故障預測以及部件可靠性管理和航材倉儲的智能管理。

4維修保障數字化（現場施工管理）

除了工程文件數字化、運行管理數字化以及飛機故障診斷數字化，維修企業要實現數字化轉型，則還需要完成維修保障資源的數字化，即支持維修工作的生產物資的數字化。這里所說的生產物資包括完成維修工作所需的航材、工具、特殊設備和車輛等。

首先，生產物資數字化離不開物聯網技術的應用。在物聯網領域應用最早的物體自動識別技術是射頻識別技術（RFID），即利用安裝在貨物上的電子標簽或射頻卡通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，從而實現對貨物的自動識別且不需要進行物理接觸。由于RFID 具有存儲信息量大、數據信息保密性強、讀取和寫入信息快捷、適應各種環境等優點，RFID技術在航空倉儲和物流領域被廣泛應用。由于飛機部件多為高價值部件且對部件適航符合性要求極高，飛機航材和工具的倉儲管理往往需要反復經過入庫、出庫、修理、報廢等多道工作流程，并且在每個環節都要準確記錄部件和工具的庫存信息。由于庫存數據量大，航材收發料重復操作頻率高，庫存信息在人工記錄過程中非常容易出錯，導致系統數據與實物信息不一致的情況，從而影響航材工具的保障效率，甚至造成影響適航安全的風險。引入 RFID 技術后可以實現對航材和工具從生產到報廢的全壽命過程進行管理，從而有效提高庫存管理的效率和準確性。在此基礎上，結合衛星、5G等定位技術的應用，就可以實現維修工作所需生產物資的可視化管理。即實現及時、準確地獲取航材和工具的技術狀態、所在位置以及運送狀況，并以此為依據優化航材和工具的供應流程、提高保障能力。這實質上是通過提高信息技術綜合運用能力優化生產支持能力。

其次，為了節省維修時間或者提高維修任務的準確性，在飛機維修工作中，掃描設備、增強現實設備以及預測跟蹤類設備等以數字化為基礎的檢測和維修設備正被逐步應用。如4D InSpec XL是由Spectrum Metrology 公司開發的表面缺陷測量儀。引進該設備后，維修企業的產量提高了20%～ 40%。而其便于攜帶的特性，節約了維修企業將零件送到實驗室進行檢測的時間。再如，由8Tree 公司生產的，被達美技術公司（Delta TechOps）、易捷航空（EasyJet）和 TAP 維修工程等公司廣泛應用的Dent Check，是用于分析零件表面變形，檢查凹痕、隆起或波紋度的另外一種檢測設備，它可以幫助用戶最多減少 90% 的檢查工作量，縮減 90% 的報告時間，從而大幅縮短飛機停場時間。此外，各種可穿戴設備進入航空維修領域，尤其是增強現實技術設備的應用，有效提升了航線排故效率。海航技術近兩年來，積極探索創新技術在航線排故和維修培訓領域的應用，并加速布局新基建的建設。海航技術在2019年與中國移動簽署戰略合作協議，全面引進5G+AR技術。5G+AR技術的引進，徹底解決了多基地運行，技術資源配置不平衡的保障難題。傳統維修模式下，飛機一旦在保障資源匱乏的外站發生故障，航空公司往往不得不從遠在千里之外的主基地調派技術骨干前往現場排故，這就導致飛機長時間停場。而應用5G+AR技術后，經驗豐富的工程師可以根據現場傳回的實時排故畫面在異地指導現場排故，從而極大提高排故效率。疫情期間，海航技術曾通過應用5G+AR技術，成功從海口遠程指導現場技術人員完成備降巴黎A330飛機的發動機滑油滲漏排故。受疫情影響，空客和羅羅都無法派出技術團隊前往巴黎支援，只能依靠海航自己的技術人員完成現象臨時修理。如果沒有5G+AR的新技術，總部不了解現場情況，現場無法獲取總部技術支持，很可能導致飛機長時間停場國外，這對航司來說，將是巨大損失和資產風險。

MRO企業實現數字化轉型，除了在生產運行流程中融入數字要素，還要從管理思想上主動進行轉變。MRO企業需要摒棄冗余思維、靜態思維，走向精準思維、動態思維；把軟件、設備、流程優化、管理變革最終都要轉化為企業的新型能力，推動MRO數字化轉型，迎接智慧維修。

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