随时给飞机做“体检”

  如将飞机比作人体，全机综合健康管理系统就好比智能机器人医生，实时监测其各项生理指标、诊断病症，并预测发病几率。当身体处于亚健康状态时就发出警告，同时提出科学及时的治疗方案。中国科学院自动化研究所与中国商用飞机有限责任公司合作，正在为这一系统的完善而努力。

  当地时间9月8日深夜，泰国国际航空公司一架空客A330-300型客机在曼谷素万纳普国际机场着陆时滑出跑道，造成14名乘客受伤，这中间还包括9名中国乘客。泰航称，起落架失灵是引发事故的原因。

  早在今年1月，一架由美国航空管理局耗费20万小时认证，数十亿经费打造的客机波音787，从波士顿机场起飞，前往东京时，发现左侧机翼漏油，这一事故最后导致飞机无法起飞，在此期间，飞行员对此却一无所知。

  人们能否预测飞机潜在故障并及时制止事故的发生呢？中国科学院自动化研究所王健带领的飞行器安全和健康管理技术团队与中国商飞北京民用飞机技术研究中心（以下简称北研中心）进行合作，开展全机综合健康管理项目（IVHM）研究，共同致力于研发一项预测和发现潜在问题、提高安全性、降低维护成本的新技术。

  “我本身从事综合飞行控制方面的专业，在清华从事博士后研究工作期间也未离开过对飞机的研究，自始至终对于航空领域有一种特别的情怀，希望有机会能在这样的领域做些工作。”王健在接受《中国科学报》记者正常采访时说。

  2007年，国家设立大飞机专项。随后，中国商飞成为大飞机主制造商，契机也就随之而来。王健谈到，技术团队于2009年开始与中国商飞有关专家做沟通交流，一起探讨合作做IVHM研究项目。这是一个长期的合作，具体的成果未来可用于C919或之后研发的大飞机型号上。

  2011年6月中旬，应中国商飞上海飞机客户服务有限公司的邀请，王健参加了C919大型客机健康管理技术研讨会，并作了题为《大飞机健康管理原型系统研制方案》的报告，得到了参加会议的专家的肯定：故障预测与健康管理（PHM）技术是一项贯穿于大飞机全寿命周期的大型系统工程，整个方案立足于PHM基础体系架构进行设计，考虑了大飞机飞行、停机和维修的不同状态和机载和地面两大系统组成，形成了空地一体化系统管理的系统架构。

  如果把一架飞机比作人体，IVHM系统犹如一位智能机器人医生，实时监测各项生理指标、诊断病症，并预测发病几率。当身体处于亚健康状态时就发出警告，同时提出科学及时的治疗方案。

  各国现有的飞机安全维护系统大多只能孤立地诊断各个系统的故障，其诊断数据缺乏跨数据共享和单系统状态下全机综合协调管理。另外，尚不具备故障预测功能，这些都制约了飞行安全隐患的彻底消除，全机综合健康管理技术正是在这一背景下诞生的。

  “我们与北研中心协同开展民机全机综合健康管理技术的研究，共同建设我国首个全机综合健康管理技术设计和验证平台。”王健说，平台的主要任务是新技术的开发和集成，通过模拟实际使用环境，进行大量的可靠性和安全性实验，为各种技术提供检验测试和认证。

  一旦出现安全问题，对于航空公司来说，不仅面临经济损失，而且遭受信誉危机。因此，飞机的安全性始终是悬在航空公司心头上的达摩克利斯之剑。

  “一些故障隐患仅仅靠地面维护是不够的，因为飞行中的环境不一样，蕴藏着意想不到的安全风险隐患。”王健说，飞机起飞后，借助IVHM的机载系统，能通过在线监控的方式，实时进行远程监控，查看飞机的飞行状态和各项指标、数据是不是正常。这样一来就能缩短飞机的维修时间，增加了飞机的运营时间，同时还能增加飞机的运行寿命。

  IVHM还能精准地掌握飞机的状态，最大限度地保障航空公司的经济要求。比如，西安的某架客机，其某部分的模块配件出现一些明显的异常问题，会影响飞机飞行状态。但若需要修理，得飞到北京更换，即便是将配件从北京寄到西安，也得花掉不少时间。

  而IVHM能够准确地知道有问题的模块，在保证安全的情况下究竟还能运行多久，等于随时“体检”，这样子就能够更灵活地调配模块配件的更换时间，能在最大限度上保障飞机的运行时间，这也是航空公司非常看重的。

  IVHM的地面系统相当于一个“医院”，可以对飞机进行信息采集和处理，从而作出一个基本判断，实时地了解飞机的“身体健康情况及状态”。覆盖了空管、维修、制造厂三个分系统，能在飞机飞行、停机及维修时进行实时监控，知晓飞机整体和局部的健康状况。

  对于飞机制造商研发并有自己的IVHM系统而言，这会是一个很好的卖点。对于航空公司而言，这更是一个保障。比如飞机每天只能工作18小时，但使用IVHM系统后维护更科学、更快捷，有可能能增加到20小时以上。

  目前，美国航空航天局在其航天飞行器、部分军用飞机上都已使用飞行器综合健康管理系统。民用方面，比如美国的波音787、欧洲的空客380目前也都应用了健康管理这套系统。

  王健认为，在国内民用飞机上，飞机健康管理系统没有设计先例。尽管国内在这方面的研制和研发有了相当的进展，但偏重于底层具体技术的研究，缺乏系统级顶层设计，成果难以集成。

  缺乏维修数据的积累也是问题之一，这一工作本应该由飞机制造商完成。维修数据指的是飞机各部件在运行过程中所产生的数据和故障信息。

  就像人在成长过程中生病，医院在给病人看病时，会根据病患以往的病历来确定诊疗方案，避开过敏药物选择最好的治疗方法。飞机也是一样，数据积累就等于飞机的“病历”。

  “从战略角度来看，没有自己的全机健康管理系统，导致的后果比我们想象的严重。”王健指出，比如国外某飞机制造商卖给我国100架客机，由于维修数据都经由他手，他们可以精确地分析知道使用方的飞机寿命，在再次购买谈判时就能占据主动权。甚至对正在运行的飞机的历史维修数据来进行分析，掌握我国航空公司的运送能力及客流运输量，从而做广告投放等衍生项目。

  “与中国商飞合作民机健康管理设计和验证平台，这将作为功能强大、结构较为复杂的长期发展项目，逐步实现总系统的完善与开发。”王健期望这一项目，能着力将事故隐患消灭在萌芽状态，为民用飞机安全、舒适、高效运行保驾护航。

  值得一提的是，综合健康管理的有关技术不仅适用于大飞机的技术开发，将来也能在国防建设方面发挥更大的作用，如重大装务备的健康管理；还可以推广到包括铁路、航海、建筑、工业控制等民用领域，具有难以估量的经济价值和社会意义。