圖：這是GE首次將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于中國(guó)的航空領(lǐng)域，GE和東航開始運(yùn)用大數(shù)據(jù)為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件預(yù)測(cè)壽命，這一嘗試將讓空中旅行變得更為安全。圖片來源：CFP
2014年4月，通用電氣（下稱GE）研發(fā)中心的工程師韓朝被授予了一項(xiàng)新頭銜：航空大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字化解決方案部門經(jīng)理，這是由GE中國(guó)航空工程技術(shù)部新設(shè)立的部門。接下來的一年多時(shí)間，他將帶領(lǐng)十多人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)解決一個(gè)問題：運(yùn)用大數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在何時(shí)需要檢修。
在2014年3月，GE全球副董事長(zhǎng)約翰·賴斯（John Rice）來到中國(guó)訪問，并與東方航空公司董事長(zhǎng)劉紹勇簽署了一份戰(zhàn)略合作協(xié)議。其中的一項(xiàng)內(nèi)容是雙方將分享各自掌握的大數(shù)據(jù)，GE將利用這些信息對(duì)東航使用的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析，而它也是這家航空公司最重要的發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商。
這將是GE第一次將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于中國(guó)的航空領(lǐng)域，這家美國(guó)的制造業(yè)巨頭在2012年首創(chuàng)了該概念。它希望讓數(shù)字世界與機(jī)器相結(jié)合，并讓后者變得更為智能，而航空業(yè)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。
GE選擇了東方航空作為合作伙伴。這家總部位于上海的航空公司在1994年訂購(gòu)了5架空客A340飛機(jī)，自此，GE成為了東方航空的發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商，雙方的合作延續(xù)至今。去年10月，兩家公司還舉辦了一次盛大的儀式，慶祝GE將第1000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)交付東航。
在發(fā)動(dòng)機(jī)制造之外，GE也提供針對(duì)飛機(jī)引擎的配套維護(hù)服務(wù)。從2000年開始，這家公司開始為民航客戶提供一項(xiàng)名為遠(yuǎn)程診斷的解決方案。當(dāng)這些客機(jī)在萬(wàn)米上空翱翔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)被傳感器記錄，通過衛(wèi)星傳送回地面，GE的工程師據(jù)此判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否正常，并及時(shí)提醒航空公司對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和維修。
遠(yuǎn)程診斷也被稱為應(yīng)急響應(yīng)。換言之，只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題，比如某一項(xiàng)參數(shù)突破警戒值時(shí)，才會(huì)被GE和航空公司發(fā)現(xiàn)。盡管這些小問題并不會(huì)直接導(dǎo)致安全事故，但顯然，這套略顯陳舊的解決方式已不能完全滿足航空公司的業(yè)務(wù)需求。從業(yè)者們一直在想辦法，讓客機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題被提前預(yù)測(cè)，并得到有效干預(yù)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為解決這一問題提供了可能。近幾年，GE總部的航空工程師和數(shù)據(jù)科學(xué)家們已經(jīng)與美國(guó)的航空公司開展了這方面的合作。而在中國(guó)，類似的項(xiàng)目從2014年初開始啟動(dòng)。由韓朝帶領(lǐng)的十人研發(fā)團(tuán)隊(duì)因此被組建，其中既包括研究飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的專家、數(shù)據(jù)分析和建模高手，也有負(fù)責(zé)數(shù)字化平臺(tái)搭建的軟件工程師。
按照合作協(xié)議，東航投入了旗下500多臺(tái)在役的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)配合項(xiàng)目的開展。該公司所購(gòu)買的空客A320和波音737飛機(jī)所裝配的，都是這款GE制造的發(fā)動(dòng)機(jī)。東航還派出了發(fā)動(dòng)機(jī)工程團(tuán)隊(duì)、運(yùn)控、飛行安全研究院及IT等部門，與GE方面進(jìn)行技術(shù)對(duì)接。
一臺(tái)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有上萬(wàn)個(gè)零件組成，形形色色的問題都有可能發(fā)生，兩家公司需要尋找一個(gè)突破口。它們選中了高壓渦輪葉片，在發(fā)動(dòng)機(jī)維修過程中，這是修理費(fèi)用最為昂貴的零部件之一。
在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，高壓渦輪葉片將承受近千攝氏度的高溫和高壓氣流考驗(yàn)。處于這一環(huán)境下，葉片一旦接觸到空氣中的污染物就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并隨著時(shí)間推移逐漸遭受腐蝕，從而造成葉片損傷�？諝馕廴疚锸菍�(dǎo)致葉片損傷的重要原因之一，而這一因素在國(guó)內(nèi)尤為突出，包括東航在內(nèi)的航空公司深受困擾。
為了確保高壓渦輪葉片的損傷不影響飛機(jī)的正常飛行，航空公司往往采取定期檢查的方式：將帶有微型攝像頭的專業(yè)探傷儀器伸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，并根據(jù)葉片的裂紋程度、材料丟失情況判定它的損傷程度如何。損傷等級(jí)將決定葉片下次接受檢查的時(shí)間，葉片受損如果越嚴(yán)重，航空公司檢查的間隔時(shí)間就會(huì)越短，直到它最終達(dá)到送修標(biāo)準(zhǔn)。
這并不是一個(gè)高效的做法。韓朝的團(tuán)隊(duì)希望無(wú)須勞駕人工探傷這種方式，而是通過數(shù)據(jù)分析提前預(yù)判每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的損傷情況。而他們首先需要做的，是掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史運(yùn)行“大數(shù)據(jù)”，這是所有分析和預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，但完成它并不容易。
500多臺(tái)CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)每次送修后的維修報(bào)告是大數(shù)據(jù)最重要的來源之一，其中包括零部件更換清單等各類信息。每份維修報(bào)告的長(zhǎng)度有上百頁(yè)，幸而東航大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)服役時(shí)間較短，僅經(jīng)歷過1、2次大修，因此報(bào)告的總數(shù)不超過500份。
不過，韓朝的團(tuán)隊(duì)卻遇到了一個(gè)不大不小的麻煩：這些由修理廠編制的維修報(bào)告都是紙質(zhì)的，東航提供的是這些報(bào)告掃描后的PDF文檔。對(duì)于航空公司而言，這些報(bào)告此前除了留檔和用于一些簡(jiǎn)單分析外，并沒有什么實(shí)質(zhì)性用途，因此也沒有人會(huì)想到將其數(shù)據(jù)化處理。
韓朝的團(tuán)隊(duì)不得不承擔(dān)將維修報(bào)告重要數(shù)據(jù)錄入電腦的任務(wù)，為此，工程師們還開發(fā)了一個(gè)小工具，可以識(shí)別PDF圖片并轉(zhuǎn)換成文字。而這些塵封已久的報(bào)告還存在著數(shù)據(jù)質(zhì)量差、相互沖突等問題，需要進(jìn)行人工校驗(yàn)后才能使用。
大數(shù)據(jù)的另一來源是GE對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)，這些信息最早可追溯到2000年，當(dāng)時(shí)GE剛開始提供發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)。因而，GE記錄并保留了飛機(jī)起降時(shí)大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)。此外，韓朝的團(tuán)隊(duì)也從外部獲得了部分?jǐn)?shù)據(jù)，比如客機(jī)執(zhí)飛某條航線時(shí)所處區(qū)域的空氣污染情況等。
去年10月，也就是GE和東航的合作項(xiàng)目正式啟動(dòng)半年后，這些數(shù)據(jù)整理工作才告一段落，韓朝的團(tuán)隊(duì)為每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)都收集了與其葉片損傷相關(guān)聯(lián)的數(shù)百個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行篩選后，幾個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的參數(shù)被最終確定，其中就包括飛機(jī)所執(zhí)飛航線的空氣污染程度。
他們使用這些參數(shù)建立了葉片損傷分析預(yù)測(cè)模型，希望據(jù)此預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片正在以一種怎樣的速度遭受損傷。不同的外界環(huán)境、航空公司的日常維護(hù)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)本身的特性都會(huì)對(duì)此造成影響。
去年年底，這套模型小試牛刀，它對(duì)多臺(tái)東航現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片損傷程度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，而東航也對(duì)它們實(shí)施探傷檢查。兩者對(duì)比的結(jié)果是，依靠模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率達(dá)到了80%以上。
這讓GE有了可靠的數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)向航空公司提出定制化的檢修建議。“我們會(huì)告訴航空公司，基于我們的預(yù)測(cè)模型，這一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該以怎樣的時(shí)間間隔檢查葉片損傷。”韓朝說，對(duì)于每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)定制化的檢查策略將取代以往的“一刀切”。
此外，基于預(yù)測(cè)模型的分析結(jié)果，航空公司還可以調(diào)整航線安排，降低葉片損傷和報(bào)廢率，從而降低機(jī)隊(duì)的維護(hù)成本。比如由于經(jīng)常執(zhí)飛污染程度較高地區(qū)的航線，一架客機(jī)所配置的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷程度會(huì)更高，GE就會(huì)提出建議，讓其改飛低污染地區(qū)的航線。
現(xiàn)在，韓朝的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)有分析模型的準(zhǔn)確性，同時(shí)與GE總部一起開發(fā)新一代的遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)。剛開發(fā)的分析預(yù)測(cè)模型將融入該平臺(tái)，這樣，對(duì)高壓渦輪葉片損傷的分析將直接通過軟件生成，實(shí)時(shí)提供給航空公司參考。而除了葉片損傷項(xiàng)目外，還有諸多發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在問題可以通過類似的分析方式預(yù)測(cè)。
由于與東航的合作尚處于初期，GE稱，到今年年底才能計(jì)算這項(xiàng)新嘗試所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。
對(duì)GE而言，似乎并不急于占領(lǐng)這一潛在市場(chǎng)，因?yàn)槟壳昂退驹谕黄鹋芫�上的競(jìng)爭(zhēng)者還不多。作為制造商，擁有部分至關(guān)重要的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，同時(shí)也懂得如何運(yùn)用這些信息。當(dāng)東航等航空公司挑選合作伙伴時(shí)，它們的選擇面并不太大。