【行业新闻】民航科教成果展抢先看：明明白白飞机“心”

导读：飞机发动机是飞机上最关键的部件，也被誉为飞机的“心脏”。飞机每一颗“心脏”都是独一无二的，不同的运行时间、运行环境都会影响其状态。飞机发动机的状态直接关系到飞机性能、旅客安危和航空公司的经济效益。然而，由于发动机的复杂性，不少航空公司并不真正了解飞机发动机，所以无法对其使用、维修作出最优决策。

为了掌握飞机发动机状态并作出最优决策，2006年，中国国际航空公司“航空发动机健康管理与维修决策支持系统”正式立项。2011年，该项目获得中国民航科学技术进步一等奖。目前，这套系统正对千余台发动机进行健康管理、提供维修决策，也让国航发动机的健康管理水平、维修决策水平保持国内第一、国际领先。

“心脏”需要最科学的管理

飞机发动机构造之复杂超出我们的想象。每台发动机由多个单元体组成，每个单元体又由数量不等的零件构成，一台发动机的零件就超过10万个。发动机内，不同的单元体、部件的寿命也不尽相同。

如果发动机上某个部件的损伤超过了使用期限，就可能对发动机使用安全造成影响。与汽车发动机相似，飞机发动机的一部分零件是在运转了一段时间或循环后必须更换的，还有一部分零件的更换与否则是根据损伤程度来决定的。而发动机各部件的状态又与其工作环境密切相关。发动机本身是在高温高压下运转的，内部部件工作环境十分复杂。

飞机在起飞时，发动机需要的推力最大，此时发动机的工作强度最大，部件消耗也最大；同理，飞机处于平飞状态时，发动机工作稳定，需要的推力较小，发动机部件损耗相对较小。一般来说，即使是在同样的机型上安装同样型号的发动机，如果该飞机经常在长航线上运行，发动机情况会好于在短航线上运行的发动机。

由于发动机本身十分复杂，又直接关系到飞行安全，所以每一台发动机都受到了民航人慎之又慎地对待。自出厂之日起，发动机就有自己的“履历本”，它记录着这台发动机的全部故事。一台发动机从“出生”到“退休”，如果全部用纸张清楚地记录下来，那么两个常规尺寸的文件柜也装不下。对于航空公司而言，仅这些发动机履历资料的保存和查找就是一项难题。

与此同时，发动机的维修成本之高昂也超乎常人的想象。发动机的维修成本占到了航空公司机务成本的近40%。对一家大型航空公司而言，发动机维修成本都是以人民币数十亿元计算的。加强发动机维修管理，能显著降低发动机维修成本。

例如，当发动机的某一部件出现缺陷时，立刻换新当然是最简单的办法，可以确保发动机具有很高的安全性，但航空公司需要为此支付不菲的费用。而工程师这时候就显得尤为重要了，工程师可根据这台发动机的使用状态，该部件的重要性、损伤情况以及损伤扩展趋势等种种因素来评估，在发动机的下一个目标使用周期内，该缺陷是否会影响发动机的安全性和可靠性，从而作出是否延期更换的决定。“发动机工程师的价值就在于在发动机的安全性、可靠性和经济性之间找出最佳的平衡点”。北京飞机维修工程有限公司（Ameco)普惠发动机分部经理吴征告诉记者，他也是这套系统开发的重要参与者。

既要确保飞行安全，又必须考虑到费用，只有经验丰富的优秀工程师才能作出最佳决策。但这种依靠工程师的经验和能力来作出的维修决策，受人为因素的影响会较大。

此外，飞机发动机的制造厂家对技术和信息资源垄断控制日益严重，即使是航空公司的发动机工程师也无法获得充分的信息，在飞机发动机健康管理和维修决策上的话语权也不高。不仅如此，国内航空公司规模不断发展扩大，呈现出多基地、多机型、大机队的特征。因此，突破航空发动机健康管理的关键技术，搭建统一的、高度集成的航空发动机维修工程管理平台十分重要。在民航科技计划、国家“863计划”、国家自然科学基金的资助下，国航、Ameco联合哈尔滨工业大学开展了对民用航空发动机健康管理与维修决策支持技术的研究。

将优秀工程师的智慧集中在系统上

目前，航空发动机健康管理与维修决策支持系统已经涵盖了发动机的引进、使用和退出阶段的全寿命管理。其中，发动机使用阶段最为复杂。在发动机使用阶段，发动机会涉及13个状态节点管理、状态监控、拆发预测管理、送修管理、维修成本管理以及文件管理等。在每一项管理内容下，又进行了详细划分。

过去，发动机的构型数据、航线运行数据、车间修理数据及各种工程管理数据都较为分散，而这个系统则是将数据集合起来。在基础数据管理模块、使用数据管理模块内，整合了在飞机运行中的ACARS（空地数据链）数据、QAR数据、航线维修数据、车间修理数据、试车台测试数据、新发动机出厂时的原始资料数据，以及发动机历次进厂修理数据。

在拥有大量数据的基础上，该系统结合了国航和Ameco几代发动机工程师数十年的维修和工程管理经验，建成专家知识库，将发动机健康状态管理、维修计划制订、维修成本控制等进行了有机集成，进而实现了发动机健康管理和维修决策的智能化及自动化。

北京飞机维修工程有限公司发动机工程师樊飞告诉记者，在实际运用过程中，该系统可以通过飞机发动机在运行中的ACARS和QAR数据、航线检查数据、发动机孔探数据等，实现对发动机健康状态的监控管理。综合发动机各类运行数据，对发动机的可靠性性能，包括空中停车率、取消延误率、返厂率等可靠性指标进行监控管理。系统还会收集、管理世界机队和国航机队发动机在运行中发生的重大事件，提前采取预防性措施，确保机队运行安全。

另外，吴征将这套系统的特点总结为：具有很强的集成性、智能性、扩展性和实用性。由于各模块间数据高度关联，发动机数据只需输入一次，其他模块也都能使用了。系统总结了专家经验，形成各类算法，固化成各种模型，提供智能决策支持。再成熟强大的算法，在形成模型时就注定其很难再扩展了，因此这套系统采用“电脑+人脑”的设计，确保了今后的可扩展性。整个系统是发动机工程师为自己搭建的发动机管理平台，是站在使用者的角度开发的，因此维护方便，查询简单。

“过去，我们对发动机作出决策，主要依靠的是厂家建议和人为经验。而现在，系统内有数据、有标准，且汇聚了最优秀的发动机工程师的经验，能够为我们提供十分有价值的决策参考。”吴征谈道。

“大数据”让系统更有价值

航空发动机健康管理与维修决策支持系统，就是为了运用而开发的。2009年，该系统项目还没有完全结题时，国航、Ameco就开始在实际工作中尝试运用这套系统。运行使用该系统近10年，国航收集了众多的数据。这些数据，让国航对发动机的固有特征和使用特点越来越了解，也让这套系统的决策越来越有效。

2012年，系统在一次发动机维修时，就帮助国航节省了上百万美元。当时，国航某型飞机的一台发动机因高压涡轮烧蚀进厂更换叶片。在检查后，厂家和工程师取得联系，告知低压涡轮叶片也有损伤，建议扩大修理范围。通过系统成本测算，如果采纳对方建议，则原计划200万美元的维修费用要增加至500多万美元。发动机工程师使用系统进行可靠性分析，判断低压涡轮状态能够满足继续使用要求，没有必要扩大修理范围，因此按照相关适航流程，作出了不进行低压涡轮修理的决策。事实上，厂家使用发动机大修时的苛刻标准来要求这台运行不久的小修发动机。在后来的实际使用中，也证明了这台发动机是完全能够保障运行安全的。

“为了确保航班安全，国航的运行标准其实已经非常严格了”。国航相关负责人表示，国航目前运营多条高高原航线，为了确保高高原航线的飞机保持最佳性能，工程师通过该系统对发动机的健康状态进行综合分析，选用状态好的发动机匹配到高高原飞机上。

发动机可以休息、需要维修，但飞机却不能“趴下”，因此航空公司还必须储备一定数量的发动机作为替换。一台波音777-300ER常用的GE发动机，新发售价超过2000万美元，多准备一台，航空公司占用的资金成本也是巨大的。在系统自身“大数据”的帮助下，通过优化发动机的拆发计划，制订合理的维修方案，备发数量也能够降至最低水平。

自运行使用以来，系统管理超过9900份发动机各类文件、超过1800台各型号发动机、超过16000条过程管理节点、超过2400台次的发动机拆换，生成过393期周报告，颁发过1808次发动机拆发指令，管理过47000个时限寿命件（LLP件），直接为公司节省上亿元人民币的相关成本。

目前，国航拥有该系统100%的知识产权。为满足发展的需要，国航还在不断开发完善该系统。未来，这个系统还将具备发动机硬件损伤监控、预测，发动机机队风险管理，以及发动机能效检测和节能管理等更多功能。（《中国民航报》、中国民航网 记者陈嘉佳　通讯员严莉、李开颜）

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来源：《中国民航报》

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