中国工业互联网大赛www.cii-contest.cn
微信公众号 官方微博 联系我们
收起列表
首页 赛事动态 正文

大赛成果 | 国产民机预测性维护数据分析解决方案

时间:2022-07-12浏览量:381字号:AAA

服务商简介

上海飞机客户服务有限公司是中国商飞公司全资子公司,在国内民机客户服务领域处于领先地位。公司承担着大型客机、支线客机及其他国产民用飞机客服的科学研究、技术研究、体系建设和客户全寿命周期服务。工程研制核心包括工程技术与维修支援、航材支援、飞行运行支援等,拥有一个省部级科创平台—民用飞机健康监控工程技术研究中心。


一、解决方案概述

1.找问题:民航维修业粗放、高耗模式不可持续

长期以来,ARJ21-700飞机由于缺少高效的状态监控软件和量化分析工具,维护工作相对粗放,经常出现“停机维护”、“被动维护”和“过度维修”等情况,增加了航空公司的运营成本。国外航空龙头企业如空客虽推出了SKYWISE平台方案,但存在着数据出境、本地需求匹配度低、费用偏高等问题;而国内互联网公司由于缺少工程经验,提供的软件产品或模型算法可解释性不强,无法满足航空业低成本安全运营的迫切需求。

2.设目标:从“被动维修”到“预测维护”

国产民机预测性维护数据分析平台发挥主制造商工程优势—特征工程+数据科学,以数据驱动、机器学习、神经网络技术为主,融合机理模型等多种方式预测航线故障,提供告警服务,并以数据可视化方式辅助维修决策。


二、创新点

1.技术优势

实现飞行数据QAR译码的自主可控,摆脱对Airfase/AGS等国外译码软件的依赖。实现预测性维护模型的自主开发和定制化服务。

2.产品化优势

一是更符合国内航司运营需求。相比较空客、波音同类产品,国产民机预测性维护数据分析平台适应维修工程师现场使用习惯,可融入航司维修管理系统,提升整体运营效率;本地化部署分析速度更快、数据更安全;平台与国内民机运行支持联盟工作紧密结合,支持民机维修产业的生态运营。

二是产品使用成本低、用户黏度高、定制化强。基础的状态监测功能免费向所有用户开放试用,帮助用户无门槛开展基础维护工作;产品与快速响应及用户支援系统联动,航司工程师参与模型优化和升级,并可按需合作开发客户化版本。

三是投资成本低。产品投资成本约500万人民币,而国外民航数据分析服务基准价格约$1200-10000架/年。本项目按动态投资回收周期计算,约为1.57年,技术成本优势巨大。


三、解决方案做法

1. 航空数据价值挖掘

本方案基于国产民机预测性维护数据分析平台面向民用航空数据开展价值分析,涉及的数据主要有:生产数据、运行数据、经营数据、管理数据和外部环境数据。运行数据中的机载传感器数据和地面维修、运控数据,以及外部环境数据中的地理、气象、经济等数据是分析工作中的高频关键数据。通过自主研发的译码模块并融入数据处理流水线(Datapipeline)的获取层,解决了以往机载传感器数据依赖国外专用软件、译码质量不高、构型匹配不灵活的问题;通过建立译码、构型、机场、气象等多个可重用服务,形成数据中台,高效支持维修预测、飞行安全、燃油效率等业务;通过机器学习、边缘计算和高通量空地互联技术,实现云边端协同的多场景应用。

本方案提供开放式的数据分析和模型开发环境,支持主制造商、航司、MRO等多用户开发模型、分享成果,已开发了刹车性能预测、液压性能预测、空调性能预测、防冰性能预测等多模型,并持续发布基于国产民机预测性维护数据分析平台平台的单体应用。

2.基于平台的预测性维护解决方案

国产民机预测性维护数据分析平台功能主要包括数据采集存储、数据预处理存储、状态监控、预警告警、预测性维护模型开发与测试、配置管理等。

图片

图1 技术架构图

1)数据采集存储:弹性存储航线运营中产生的各类数据,为数据应用提供支撑。通过平台集成工具实现流式/批量数据的融合处理和计划、编排、导入。该方案解决了以往航线分析只能处理结构化数据、多源异构数据融合低效等问题,在拓展性、兼容性、敏捷性及效能方面达到较好平衡。

2)数据预处理存储:重点解决航线飞行数据的缺帧、断帧、叠帧等问题,具备融合、去重、过滤、自适应构型等能力。

3)状态监控:包括主状态监控(预设)和自定义监控。主状态监控预设了发动机、APU、空调、起落架等常用系统的监控模型;自定义状态监控由航司自主配置监控组件、参数(或组合参数),生成个性化监控面板。

4)预警告警:主要包括部件老化预警、部件超限告警、机队架机故障提醒、可靠性超限告警等。报警方式为可配置的邮件和即时通信推送预警。

5)预测性维护模型开发与测试:在传统CI/CD自动构建和部署的基础上,增加模型训练环节,通过数据驱动的历史回测法提升模型精度,提升后自动部署替换上一版本的模型,从而实现无人或少量干预的模型进化。

6)配置管理:包括机队配置、阈值配置、用户权限配置、容器微服务及算力配置等。


四、解决方案赋能成效

1.应用场景及成效

该产品主要面向制造商、航空公司、MRO的维修工程师,为其提供基于航线维修数据的监测、预测分析平台。如通过监测发动机振动值趋势,提前安排发动机叶片配平或润滑;通过监测刹车性能数据,判断故障类型、故障位置以及健康趋势,优化维修计划和航材库存;通过分析空调性能数据,预测性能降级趋势,安排航线维护或优化航路。目前该平台已覆盖飞机7个主要系统,包括20余个预测模型。2021年以来,多家航空公司通过应用该平台开展预测性维护,平均准确率超过90%,累计节约维护成本2千余万元,获得客户好评。

2.标杆应用案例

应用企业名称:天骄航空

主营业务

公共航空运输(国内支线航空客货运输业务)国际、国内航空客货运包机业务;进出口业务。

应用场景

服务天骄航空维修工程部,用于航线运行状态监测及预测性维护。特别是应用发动机振动监测预测模型,多次提前发现叶片损伤,通过及时进行发动机清洗、润滑、配平等措施,避免损伤扩大,从而减少叶片更换频率。

应用效果

减少重要部件维修频率、延长使用寿命,降低维修人工成本和航材费用,直接维修成本降低5%,维修效率提升30%。

应用企业名称:成都航空

主营业务

国内航空客货运输业务和航空器材进出口业务等

应用场景

2021年成都航空新增航线涉及高原机场,多次出现APU空起不成功的情况。工程师应用本系统智能计算APU涡轮效率、启动油量、启动时间、点火时间等关键技术参数,精准判断了故障类型、位置和原因。

应用效果

减少重要部件维修频率,延长重要部件使用寿命,降低维修人工成本和航材费用,直接维修成本降低5%,维修效率提升30%。


五、应用推广情况 

1.推广情况

目前ARJ21-700订单已超过20家670架;C919订单已超过29家835架。截止2022年3月,本项目已在成都航空、天骄航空、江西航空、华夏航空等9家航司投入使用,保障ARJ21客机安全运营10万余小时,累计节约维护成本2千余万元,有力支持了航司降本增效,安全运营,获得客户好评。该产品荣获2019年工信部工业互联网优秀APP,2020年上海市工业互联网典型案例,2021年工信部大数据产业发展试点示范项目,2021年全国工业互联网大赛总决赛二等奖。 

2.市场空间

目前主要服务中国商飞国产民机ARJ21/C919/CR929系列型号,未来可拓展至国内航司其他机型机队的维护领域。根据国外民航数据分析服务基准价格推(1200~10000美元/架机/年),未来服务中国商飞机队的数据分析服务市场保守估计将在1440万~1.2亿人民币/年。考虑到国内近4000架民机体量和每年872亿人民币的维修市场,按市场占有率10%推算,其他机型机队贡献的数据分析服务增量预计在300万~2561万人民币/年。


推荐语:


国产民机预测性维护数据分析平台是由中国商飞预测性维护分析团队自主研发的工业级大数据分析产品,可对发动机、APU、起落架等飞机关键系统及核心部件进行开放式数据建模和预测分析,填补国内同类产品空白。


京公网安备 11010702002159号