民航智慧维修应用与展望

□ 姚 翔 陈 涛 史红义/文

随着新一轮科技革命和产业变革深入发展，以数字化与智能化技术为核心的智慧产业正在前所未有地改变着各行业。以保证安全、提升效率、降低成本为目标的智慧维修，已成为民航维修业发展的重点。智慧维修培训，可克服时间和空间的限制。远程排故、监察、机器人、智慧库房等智慧维修现场应用，可降低工作负荷、提升效率、降低风险。飞机健康管理可实时监控飞机和发动机状态，识别故障与性能衰退。

背景和现状

（一）智慧维修的背景

民用航空是一个高技术、高投入、高风险的行业。为确保安全、加快民航强国建设、促进高质量发展，结合“十四五”规划，民航局积极推动智慧民航建设，并把智慧民航建设作为行业高质量发展的主攻方向。

智慧维修指的是基于5G网络、AI（人工智能）、大数据、物联网、云计算、区块链等数字技术，以VR/AR（虚拟现实/增强现实）、无人机检查、机器人检修、增材制造、状态监控等形式，实现智慧维修培训、智慧维修现场、智慧派工、机队预测性维修与发动机全寿命监控等，覆盖维修全产业链的高级维修方式。智慧维修以保障安全为基础，以“同步共享、智能分析、自主决策、协同高效”为目标，实现维修场景模拟、大数据挖掘，实时评价飞机健康状态、分析人员行为特点、预警系统运行风险、决策维修方案，科学配置“人、机、料、法、环”等生产要素。

智慧维修是智慧民航的重要组成部分，可改善工作环境，缓解人员疲劳，提升从业人员满意度，有效降低维修成本，保证维修的质量和安全，提高维修效率，全面提升维修企业的市场竞争力。大力推进智慧维修有望开创航空维修“新业态”，为民航维修行业高质量发展注入强大动力、奠定坚实基础。

（二）现状

中国的民用航空规模持续高增长，但飞机维修技术与行业需求还存在差距，主要依赖于人工维修，维修效率低、经济效益有限，难以满足维修系统需求。

近两年，新冠肺炎疫情让民航业遭受重创，维修行业竞争进一步加剧，维修企业面临巨大挑战，需要寻求技术突破和转型，在保障安全运营的条件下，有效降低维修成本，保证质量和安全，提高效率，增强企业竞争力，在激烈的市场竞争中占有一席之地。

国内维修企业积极探索“智慧维修”，从远程维修、现场维修控制等数字化维修管理方面优化现有维修模式、降低成本、提高安全与效率，取得了明显成绩。但总体上来讲，中国民航智慧维修尚处于起步阶段，没有形成规模，还需进一步培育发展壮大。

智慧维修应用

（一）智慧培训

民航安全与效率基于高素质的人才队伍，高素质的人才队伍离不开智慧培训。以大数据为基础的智慧培训将推动线上、线下培训结合，破解智慧培训高质量发展难题。智慧培训在传统教学的基础上，通过基于AI的VR和AR技术，利用线上、线下相结合的方式，提供沉浸式体验教学，更加全面、深入、系统、灵活、有针对性地培训维修人员。目前，智慧培训已经实现飞机、发动机部件维修场景模拟和安全事故仿真，针对系统结构、装配原理、安全检查、规范操作等内容进行沉浸式虚拟训练。学员可以克服时间和空间的限制进行反复训练。AI技术可以记录学员短板并进行有针对性的提醒，加强训练，直至完全理解，实施正确的操作，减少差错；AI技术还可以记录学员的终身培训过程，生成全周期培训档案，便于管理和智慧派工。

国内外民航业一直努力研究和探索智慧培训。如海航技术基于VR的智慧培训在提高培训效率的同时降低差错，形成直观的情景意识，养成良好的维修作风，缩短岗前培训时间，帮助新员工快速适应维修专业环境，如图1所示。

图1 ：海航技术智慧培训

（二）智慧现场

1.远程排故

远程排故通常是在飞机AOG（飞机因自身故障且不能立即修复）时，为解决维修现场与技术支援工程师因空间位移导致的排故指导和现场操作分离问题而采取的支援方式。传统的远程排故采取电话、微信等方式，无法及时获取完整信息，排故效率和准确性大打折扣。基于5G＋AR技术的远程排故可解决上述问题。

利用5G＋AR技术，现场第一视角画面可实时传送至远端。所有在线人员可以实时看到、听到、甚至“摸到”一线真实场景，指导现场维修人员处理故障。专家可通过远程画面锁定疑似故障点，进行标记，实时反馈至现场智能眼镜画面中，方便现场快速定位故障。排故后，被标记疑似故障点还可用于复查确认。5G＋AR技术最大优势在于实时多层次交互沟通，解放双手；可实时传输画面，同步开展排故和远程支援，有效减少因交通、物流等因素造成的影响，提高故障处理效率；可自动存储远程支援的数据和信息，使排故过程可追溯，人员培训有素材。

海航技术和南航均开始运用5G＋AR技术进行远程排故，取得了良好的效果，如图2所示。在新冠肺炎疫情期间，远程排故技术有效避免人员接触，降低疫情传播风险。在第三届“绽放杯”5G应用大赛中，海航的远程排故作为惟一民航维修应用项目获得总决赛一等奖。

图2 ：远程排故

2.智慧监察

飞机维修现场监察是安全运行监管的重要部分，传统的监察采取视频监控、现场巡查等方式，受制于数据量繁杂、人力成本大，无法实时预警和消除风险，决策处置滞后。智慧监察利用视频采集、分析技术，借助网络传输和计算机运算，通过设定目标特征和限制条件，对指定对象进行风险防控的方式，有效弥补传统监察方式的不足。

智能视频分析技术是“智慧监察”的一大利器，是基于对象行为的智能监控，对视频内容智能分析，开展动态风险识别。监察人员可自主设置报警规则，出现违反预设规则的情况时系统自动报警，监察人员采取对应措施、决策。智能视频分析技术可识别、跟踪多个目标，标记运动轨迹。智能视频分析技术改变了以往“被动”监控、无差别记录的状态，采取主动分析、智能识别、实时记录，并对存在的风险进行预警和管控。深圳宝安、珠海金湾、海口美兰等机场均已开展了针对机场飞行区智能视频分析的项目，并取得了显著成效。在飞机维修领域，同样可采取智慧监察技术，利用多渠道的视频监控设备，加入AI模块，配合云端处理，应用于维修各个场景。

3.检测维修机器人

由于机器人可以快速、可靠、精准完成工作，将维修人员从重复性、高强度工作和恶劣环境中解脱出来，节省时间和维修成本，提高安全，维修企业开始探索机器人的应用。在维修领域，机器人主要应用在外表检查、复合材料表面检查和维修、复杂区域（不易接近的内部空腔等）检查、部件检测、喷/除漆等。

2017年，汉莎技术公司推出了Caire机器人。该机器人可以对机身进行扫描，检查确定需要修复的部位。对于修复的部位，机器人自动选择刀具、计算铣削尺寸、去除损失部位，最后人工将修复材料胶合到损伤部位并固化。2019年，瑞典的科研团队开发出了Vortex检测维修机器人。它能够在曲面和有倾斜度的表面上行走，使用热成像和超声波等集成传感器检查，检查确定需要修复的部位，使用钻头、激光或者其他工具进行维修。

4.智慧库房

基于RFID（无线射频识别）技术的智慧库房，通过无线电波快速信息交换和存储，实现非接触式双向通信，具有识别距离远、识别速度快、安全性高等优点。RFID技术对工具进行智能管控，可以高效完成工具的借还和清点，降低人力成本，避免工具丢失造成的安全隐患和资产损失。春秋航空、金鹏航空已经在多个基地投入使用RFID智能工具管理系统的无人库房。无人库房缓解了高峰期维修工具借还压力，产生了良好的经济效益。

5.无人机检查技术

飞机外观检查是一项常见的维修工作，机身的上表面和垂尾区域由于难接近、具有危险性，常常给维修人员带来困扰。随着无人机技术在维修行业的推广，配备了高清摄像头的无人机使用自动飞行控制系统，沿预先设定好的飞行路线，在地面工程师的监视下完成外观检查。后台技术人员可将无人机拍摄的高清图片与数据库中的3D电子模型进行比对和实时分析判断，提早发现如擦痕、凹痕和掉漆等缺陷。实践表明无人机检查可以降低人员受伤和飞机刮碰风险，实现检查区域的全覆盖，提高工作效率。

（三）智慧派工

智慧派工系统利用物联网技术进行分配，系统自动生成维修工作任务并流入“任务池”，根据维修人员的胜任能力进行匹配后，向合适的人员进行推送，最后由维修人员主动接收任务。如果在一定时间内无人接收，维修工作任务回到“任务池”进行再次推送或由主管人员进行工作委派。智慧派工可配合《民航局关于提高机务维修人员职业满意度的指导意见》优化薪酬体系的要求，利用工时制调动人员主动性和积极性、节省生产安排时间、避免差错、提高工作效率，科学地进行人员工时管理，防止疲劳。

智慧派工可以与维修企业的生产准备前置措施有效结合。工作任务接单后，支援保障部门将所需航材、工具通过翼下配送提前送至飞机下或机坪智慧库房，实现生产准备前置。

（四）飞机健康管理

飞机健康管理（AHM）是利用飞机或发动机系统产生的数据来确定飞机状态，识别故障或性能衰退，及时安排维修工作。通常包括感知、获取、传输、分析和采取的行动。飞机健康管理使用很多前沿科技，如传感器、故障诊断与健康评估、故障预测、数据融合和系统验证与评价等多方面技术。目前国内航空公司在飞机健康管理方面均持续地加大投入，不断开发和研究，拓展各自的工程监控手段和能力。常见的飞机健康管理有飞机系统预测性维修、发动机全寿命监控。

1.飞机系统预测性维修

随着物联网、机器学习、AR等技术的兴起，航空维修技术不断迭代升级，维修理念也在从以定期检查、提前更换为主要维修手段的预防性维修转向基于数据分析、趋势分析的预测性维修。飞机预测性维修是指通过获取飞机上每个部件实时的健康数据，对数据流进行管理并且持续整合最新的维护记录，通过算法对数据分类、分析、整合，以预测单个或多个部件的故障，实时管控整个机队的状况。空客公司的Skywise平台通过众多伙伴间的技术合作，利用大数据为整个航空产业链的用户提供领先的数据分析服务。大数据资源包括飞机运营中断历史、零件更换、航后报告、机组报告、飞机状况报告、飞机机载数据、技术文件与支持，以及服务通告等。航空公司可通过Skywise辅助分析和决策，开展预测性维修，帮助公司提升安全性、可靠性，更好地优化内部运营流程，降低运营成本，提升航空公司在工程和维护方面的效率。通过预测性维修、飞机健康监控和可靠性分析三个模块交替和循环使用，形成机队管理的闭环控制，对运行的飞机进行全周期的动态管理。目前春秋航空公司成为国内首家Skywise用户。

国内各航空公司根据自身的运行特点和规模，开发和应用适用自身的飞机预测性维修系统。例如春秋航空自主研发的飞机健康监控平台利用飞机系统各个传感器采集的实时数据，配合ACARS和QAR以及系统的数据信息，按照一定的业务规则整合处理，最终形成监控管理平台的可视化趋势监控报表，并自动按照预设规则推送预警，从而实现健康可视化实时监控的功能，还可用于可靠性分析。

2.发动机全寿命监控

传统的发动机健康管理多是预防性维修，维修成本高。利用人工智能，把历史积累的数据进行处理，建立维修模型来预测发动机在不同使用条件下出故障的概率和时间，进行预测性维修。以通用公司为例，利用数字孪生技术，通过数据的采集和处理，构建发动机的数字孪生体，建立发动机的不同故障模型，提前预知发动机性能偏离，发生故障的概率。

智慧维修挑战与思考

（一）智慧维修挑战

1.技术壁垒，限制发展

智慧维修很大程度上依赖于飞机设计制造的智能化。受制于政治、经济、知识产权保护等因素形成的技术壁垒，国内民航维修企业无法获得国外飞机和发动机设计制造数字模型，限制了国内飞机远程监控、远程诊断、自动检测等智慧维修技术的发展。

2.海量数据，标准不一

我国民航高速发展，维修企业在信息技术应用方面取得了令人瞩目的成就，但也普遍存在各信息系统分散建设、各种系统纷繁复杂、数据标准不统一、数据孤岛等现象，导致数据资源利用困难、管理难度大。在促进数据流动与共享、实现数据赋能、推动创新发展等方面，维修企业还有很长的路要走。

3.缺乏平台，共享困难

维修企业已经开发众多智慧维修项目，取得一定成就。但这些成果分散在各公司，缺乏共享平台，无法实现维修业内互相借鉴交流。需建立常态化、专业化的交流协作平台，推进智慧维修发展。

（二）智慧维修思考

1.以人为本为出发点

民航局发布《关于提高机务维修人员职业满意度的指导意见》后，如何改善维修人员的工作生活条件和职业满意度成为全行业关注重点。以维修人员为用户的智慧维修系统，首先要考虑改善维修人员体验，以提高维修人员工作安全为主要目标，将以人为本的理念贯穿于各环节。使用智能化技术手段，把维修人员从重复性劳动中解放出来，为维修人员工作赋能、减轻压力、减少差错、提高效率、自我增值，提升维修行业整体安全水平。

2.物联网平台为支撑

物联网正催生一场新的技术革命。目前，维修企业物联网（loT）应用项目的终端设备缺乏统一的连接标准与管理规范，loT数据无法高效存储、管理、共享。为解决上述问题，需结合维修企业的数字化发展战略，对loT技术架构做出科学的研究和规划，制定企业loT终端技术标准和连接规范，设计适应维修业务发展的loT统一管理平台，将民航维修中的重要生产设备、运行流程等通过loT技术进行高效的监测、控制与管理，提高维修效率，降低成本，提升核心竞争力。

3.新技术为催化

在“创新、协调、开放、共享”的理念下，中国数字产业化高速推进。以人工智能、大数据、云计算、区块链技术、数字孪生等为代表的新兴技术在构建智慧维修应用中均具有重要的意义。维修企业通过与信息技术（IT）部门、高校或外部研发机构等密切合作，加快智慧维修建设步伐，让新技术快速落地，使孕育于数字的新需求得到更大程度释放，催化出各业务层级的创新应用，促进维修业高质量发展。

智慧维修展望

展望未来，智慧维修将有以下三方面发展趋势。

（一）开拓场景，扩展外延

开拓智慧维修的应用领域，通过加强数字感知、完善数据治理、搭建生态系统，精准发力，持续拓展智慧维修的广度和外延。

（二）建立共享，优化生态

以维修企业需求为中心，在整合民航智慧维修资源基础上，促成“官、产、学、研”机构有效对接，实现智慧维修创新平台的开放共享，加速智慧维修向纵深发展。

（三）创新业态，提升安全

伴随民航强国战略推进，智慧维修必将开创航空维修领域“新业态”，提升维修行业安全水平，为民航高质量发展注入强大动力。