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有大数据就不要黑匣子:航空业的安全革命

[日期:2014-09-24] 来源: 21世纪商业评论   作者: [字体: ]

  

 

  在被称为“空难年”的2014年,马航MH370失联、MH17被击落,台湾复兴航空GE222迫降重摔,阿尔及利亚航空AH5017坠毁,航空安全再次成为全球焦点。

  一场基于互联网和大数据的产业升级战役,在航空业的上游制造企业最先打响。

  9月26日,霍尼韦尔(Honeywell)的高级研发工程师王睿获得私人飞行驾驶执照PPL (Private Pilot License)刚好满半年。如果算上此前历时4个多月的飞行训练,过去一年多时间里,从事先进飞机驾驶舱相关研发工作的王睿,经历了一次思维蜕变。

  霍尼韦尔是航空航天领域的龙头企业,也是全球最主要的黑匣子生产商。2012年末,霍尼韦尔与中航通用飞机有限责任公司签署“飞机私用驾驶员执照项目合作备忘录”。从2013年第一季度起为选定的工程师们展开飞行培训(PPL项目)。这也是霍尼韦尔推行“HUE”(霍尼韦尔用户体验)项目中至关重要的一步。

  如果不是一次“乌龙”事件,王睿也很难意识到PPL项目对于飞机制造环节究竟有多重要。他告诉《二十一世纪商业评论》(下称《21CBR》)记者:“我们团队的工程师在办公室里辛苦开发了一项功能,自认为不错,还花了时间做了模型。给飞行员试用评估,结果竟被评价为完全无用。理由是在特定的飞行阶段里,飞行员根本没有精力分散到该功能上。”而让王睿哭笑不得的是,团队开发该功能的初衷,就是为了减轻飞行员的操作负荷。

  现在,王睿开始尝试游离工程师的身份,而用飞行员思维来研发飞机系统。“可以说在飞机上的每一分钟,每一个动作,管制员的每一个指令,甚至是飞行员之间的对话,都激发我对现有工作的新思考。我真正开始理解飞行员之前所说的‘忙’的真实含义,也开始意识到一些在特定时候需要却还没有的功能,以及现有设计缺陷改进的可能性。”

  其实,霍尼韦尔的“PPL项目”只是一个缩影,航空制造业巨头们已开始挥别闭门造车,从用户的真实需求出发,试图通过新技术成就人类史上更安全、更高效的飞行方式。

淘金大数据

  航空业与生俱来拥有大数据基因,由上百万个零件、数十种系统构成的飞机,通过传感器获得超过千兆字节数据,只是过去很多年,其利用率只有10%。直到互联网高速发展的今天,这些海量航空数据所蕴含的能量才被大规模激发。

  GE航空工程部中国区总经理王鹏告诉《21CBR》记者,“二三十年前,GE就开始提供第一代发动机状态监控服务,需要飞行员手工记录发动机数据,到后来机载设备自动记录数据,到现在飞机在飞行中发送实时数据,进行发动机实时远程故障诊断(Remote Diagnostics)。”

  通过发动机和飞机的传感器,采集起飞和巡航数据,实时传送至GE的上海AOC中心(航空客户支援中心)进行分析,一旦发现异常,AOC立即向航空公司发送通知,在飞机落地之前就做好排除故障的准备工作。因此,有助于减少起飞延误和航班取消。

  远程诊断是基于起飞和巡航阶段两个标准时刻的两份发动机和飞机报告进行发动机状态监控。而现在GE推广的是基于大数据的飞行和维修分析服务,分析的是全程的飞行数据。这能帮助数据分析专家和发动机专家更全面地了解飞行员的操作情况和飞行全过程的发动机工作状态。

  在王鹏看来,通过这些工作,既能提高飞行的安全性,又能优化飞行降低油耗,还可以进行发动机故障的预测(Prognostics),减少空中停车、中断起飞、延误和取消航班对航空公司运行的影响。此外,也能减少非计划换发,降低发动机的维修成本。王鹏说:“发动机的维修成本占总飞机维修成本的 40%以上,一台发动机的修理就是百万级美元的支出。远程诊断让航空公司避免一些计划外的发动机拆卸和停飞待检,大大节省成本。”

  事实上,航空大数据已经为GE优化发动机设计提供决策。GE全球研发中心上海总经理兼技术总监魏斌告诉《21CBR》记者,通过故障数据的采集与分析发现,在中国发生的引擎故障中,包括PM10、沙尘、锍、氯等在内的环境污染是损坏发动机的主要原因之一,尤其是某些城际间的航线,发动机损耗极为严重。为此,GE正在尝试借助新材料与特殊设计,为中国的环境定制发动机。

  在北美,GE为多家航空公司提供飞行数据的监控和分析,旨在降低成本,提高发动机安全性能。不久前,GE航空集团也与中国东方航空(2.90, 0.04, 1.40%)达成协议,为东航20架波音777-300ER飞机使用的GE90-115B发动机提供为期15年的OnPointSM 服务解决方案,包括维护、修理及大修服务。该服务协议在合同期内的总价值超过3.5亿美元。

  除了飞机的“心脏”发动机外,霍尼韦尔的工程师唐.贝特曼发明的开发增强型近地警告系统(EGPWS),加强GPS定位功能,可在出现可控飞行撞地事故(CFIT)前发出飞行预警,成为利用大数据推进航空安全状况的范本。

  美国联邦航空局规定,所有涡轮喷气式飞机必须配备EGPWS系统。霍尼韦尔航空航天大中华区客户商务总监艾青告诉《21CBR》记者,在该系统问世前,各大航空公司年均发生7-9起可控飞行撞地事故,而在该系统帮助下,上世纪90年代初这个数字已经小于1。

  艾青解释说,EGPWS全球数据库的工作原理就是将整个地球表面以网格的形式数字化,尤其是机场、跑道周围的地形数据,对应特定的位置点与高度,匹配飞机飞行高度、时速等信息,提供防撞预警。目前已累积超过6亿飞行小时的全球地形和障碍物数据的EGPWS数据库,每月都会从各大航空公司、空管局、政府和一些数据服务商那里更新数据,以便提供更精准的服务。

告别黑匣子?

  纵观人类的百年航天史,每一次技术突破似乎都有点踏血前行的壮烈。比如与空难事故调查休戚相关的黑匣子,其本身的发明就是因为“彗星号”空难。

  通常所说的黑匣子包括两部分,记录25个小时内主要飞行参数的飞行数据记录仪,以及飞行事故前120分钟内,驾驶舱内所有飞行员的对话和语音信息,包括在驾驶舱中出现的航电系统传出的报警信息。

  艾青说:“黑匣子最核心的技术,一是飞行过程中产生的飞行数据和驾驶舱的语音信息,如何被记录到黑匣子里;二是在出现异常情况或者事故时,如何确保这些数据媒体不会被破坏。”

  因此,黑匣子的制造就是一场技术攻坚战。“我们现在的黑匣子有着极高的耐压与密闭性,能够承受3400G重力加速度的破坏力量,而一个普通人可能的承受力上限只是10G。因此,黑匣子能承受大概两万英尺下,即6000米深海底的压力而不破坏其存储数据,同时在1100摄氏度的高温燃烧下能坚持 60分钟不被破坏。”

  艾青坦言,黑匣子的重要性目前尚无任何设备能够替代,但从技术理论角度方面,霍尼韦尔正尝试多元探索。

  今年3月马航失联航班MH370的搜寻中,英国的卫星通信公司Inmarsat用全新的模型分析方法,从航班与卫星的最后一次连接信号中提取了方向、距离等关键信息,确认飞机坠入南印度洋。虽然结论仍需通过寻找黑匣子及飞机残骸来检验,但这无疑为航空安全以及事故调查提供了新的思考,未来高效的网络连接带来的数据实时传送,或许会改变空难事故的搜救方式。

  “试想在飞行过程中,参数能够通过卫星或者地面基站无缝传输,生产商、航空公司或者空管局都能够实时掌握飞行状态并及时给予预警与数据记录,安全等级会得到大幅提升。”艾青说。

  2012年,霍尼韦尔与国家海事卫星组织签订GX Aviation Ka波段网络连接技术的研发与机载硬件设备的生产,并将在明年二季度展开测试。前所未有的网络连接速度和带宽,加上全新的卫星通信系统,有望实现飞机航行中完全无盲点的卫星连接。

  今年5月,霍尼韦尔又与美国电话电报公司(AT&T)签署了一项谅解备忘录,针对空中网络连接和服务进行深入合作,试图开发比卫星通讯更低成本的空对地网络连接解决方案,为乘客、机组人员和驾驶人员提供基于4G LTE网络的高速上网体验。

  “不论何种连接方式,如今的网络技术都让驾驶舱内形成的大量飞行数据与塔台和航空公司的运营中心产生实时交互成为可能。”艾青不排除网络技术成熟后,会出现新的行业变革,譬如降低空难分析中对黑匣子的依赖程度。

万亿商机

  在所有空难事故中,人为操作失误原因占了近九成。于是,从霍尼韦尔的科学家劳伦斯.斯佩里在1914年设计出的世界上第一个自动驾驶仪——陀螺稳定器开始,飞机制造商们的每次技术革新,都试图将人为因素的影响降到最低。

  如今互联网与大数据的爆发,更是让航空机器设备的研发与生产进入了智能新纪元,同时也催生出传统航空工业的巨额商机。

  2012年,GE的一份报告《工业互联网:打破智慧与机器的边界》指出,未来15年工业互联网将有15万亿美元增长的机会。而在GE推出的多项工业互联网项目中,业务领域主要集中在航空与医疗。

  同样看好这一市场的霍尼韦尔则在航空机载设备领域下足功夫。目前英国航空公司为其波音747-400机队配备的霍尼韦尔下一代飞行管理系统 (NGFMS),就包含了IntuVue三维气象雷达、智能跑道系统、配有SmartTraffic技术的空中交通防撞系统(TCAS)等,这些都是是基于EGPWS的大数据与分析而研发的新型机载设备,能够帮助英国航空公司更高效地在最佳海拔高度上规划航线,缩短航班规划时间,并减少燃油消耗和碳排放。

  事实上,航空制造业巨头们早就决心要豪赌这笔关乎安全的大生意。数据显示,霍尼韦尔在2013年的研发投入高达18.04亿美元,而GE每年在航空技术研发上的投入则高达20亿美元。





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