在被稱為“空難年”的2014年,馬航MH370失聯、MH17被擊落,臺灣復興航空GE222迫降重摔,阿爾及利亞航空AH5017墜毀,航空安全再次成為全球焦點。
一場基于互聯網和大數據的產業升級戰役,在航空業的上游制造企業最先打響。
9月26日,霍尼韋爾(Honeywell)的高級研發工程師王睿獲得私人飛行駕駛執照PPL (Private Pilot License)剛好滿半年。如果算上此前歷時4個多月的飛行訓練,過去一年多時間里,從事先進飛機駕駛艙相關研發工作的王睿,經歷了一次思維蛻變。
霍尼韋爾是航空航天領域的龍頭企業,也是全球最主要的黑匣子生產商。2012年末,霍尼韋爾與中航通用飛機有限責任公司簽署“飛機私用駕駛員執照項目合作備忘錄”。從2013年第一季度起為選定的工程師們展開飛行培訓(PPL項目)。這也是霍尼韋爾推行“HUE”(霍尼韋爾用戶體驗)項目中至關重要的一步。
如果不是一次“烏龍”事件,王睿也很難意識到PPL項目對于飛機制造環節究竟有多重要。他告訴《二十一世紀商業評論》(下稱《21CBR》)記者:“我們團隊的工程師在辦公室里辛苦開發了一項功能,自認為不錯,還花了時間做了模型。給飛行員試用評估,結果竟被評價為完全無用。理由是在特定的飛行階段里,飛行員根本沒有精力分散到該功能上。”而讓王睿哭笑不得的是,團隊開發該功能的初衷,就是為了減輕飛行員的操作負荷。
現在,王睿開始嘗試游離工程師的身份,而用飛行員思維來研發飛機系統。“可以說在飛機上的每一分鐘,每一個動作,管制員的每一個指令,甚至是飛行員之間的對話,都激發我對現有工作的新思考。我真正開始理解飛行員之前所說的‘忙’的真實含義,也開始意識到一些在特定時候需要卻還沒有的功能,以及現有設計缺陷改進的可能性。”
其實,霍尼韋爾的“PPL項目”只是一個縮影,航空制造業巨頭們已開始揮別閉門造車,從用戶的真實需求出發,試圖通過新技術成就人類史上更安全、更高效的飛行方式。
淘金大數據
航空業與生俱來擁有大數據基因,由上百萬個零件、數十種系統構成的飛機,通過傳感器獲得超過千兆字節數據,只是過去很多年,其利用率只有10%。直到互聯網高速發展的今天,這些海量航空數據所蘊含的能量才被大規模激發。
GE航空工程部中國區總經理王鵬告訴《21CBR》記者,“二三十年前,GE就開始提供第一代發動機狀態監控服務,需要飛行員手工記錄發動機數據,到后來機載設備自動記錄數據,到現在飛機在飛行中發送實時數據,進行發動機實時遠程故障診斷(Remote Diagnostics)。”
通過發動機和飛機的傳感器,采集起飛和巡航數據,實時傳送至GE的上海AOC中心(航空客戶支援中心)進行分析,一旦發現異常,AOC立即向航空公司發送通知,在飛機落地之前就做好排除故障的準備工作。因此,有助于減少起飛延誤和航班取消。
遠程診斷是基于起飛和巡航階段兩個標準時刻的兩份發動機和飛機報告進行發動機狀態監控。而現在GE推廣的是基于大數據的飛行和維修分析服務,分析的是全程的飛行數據。這能幫助數據分析專家和發動機專家更全面地了解飛行員的操作情況和飛行全過程的發動機工作狀態。
在王鵬看來,通過這些工作,既能提高飛行的安全性,又能優化飛行降低油耗,還可以進行發動機故障的預測(Prognostics),減少空中停車、中斷起飛、延誤和取消航班對航空公司運行的影響。此外,也能減少非計劃換發,降低發動機的維修成本。王鵬說:“發動機的維修成本占總飛機維修成本的40%以上,一臺發動機的修理就是百萬級美元的支出。遠程診斷讓航空公司避免一些計劃外的發動機拆卸和停飛待檢,大大節省成本。”
事實上,航空大數據已經為GE優化發動機設計提供決策。GE全球研發中心上海總經理兼技術總監魏斌告訴《21CBR》記者,通過故障數據的采集與分析發現,在中國發生的引擎故障中,包括PM10、沙塵、锍、氯等在內的環境污染是損壞發動機的主要原因之一,尤其是某些城際間的航線,發動機損耗極為嚴重。為此,GE正在嘗試借助新材料與特殊設計,為中國的環境定制發動機。
在北美,GE為多家航空公司提供飛行數據的監控和分析,旨在降低成本,提高發動機安全性能。不久前,GE航空集團也與中國東方航空達成協議,為東航20架波音777-300ER飛機使用的GE90-115B發動機提供為期15年的OnPointSM 服務解決方案,包括維護、修理及大修服務。該服務協議在合同期內的總價值超過3.5億美元。
除了飛機的“心臟”發動機外,霍尼韋爾的工程師唐.貝特曼發明的開發增強型近地警告系統(EGPWS),加強GPS定位功能,可在出現可控飛行撞地事故(CFIT)前發出飛行預警,成為利用大數據推進航空安全狀況的范本。
美國聯邦航空局規定,所有渦輪噴氣式飛機必須配備EGPWS系統。霍尼韋爾航空航天大中華區客戶商務總監艾青告訴《21CBR》記者,在該系統問世前,各大航空公司年均發生7-9起可控飛行撞地事故,而在該系統幫助下,上世紀90年代初這個數字已經小于1。
艾青解釋說,EGPWS全球數據庫的工作原理就是將整個地球表面以網格的形式數字化,尤其是機場、跑道周圍的地形數據,對應特定的位置點與高度,匹配飛機飛行高度、時速等信息,提供防撞預警。目前已累積超過6億飛行小時的全球地形和障礙物數據的EGPWS數據庫,每月都會從各大航空公司、空管局、政府和一些數據服務商那里更新數據,以便提供更精準的服務。
告別黑匣子?
縱觀人類的百年航天史,每一次技術突破似乎都有點踏血前行的壯烈。比如與空難事故調查休戚相關的黑匣子,其本身的發明就是因為“彗星號”空難。
通常所說的黑匣子包括兩部分,記錄25個小時內主要飛行參數的飛行數據記錄儀,以及飛行事故前120分鐘內,駕駛艙內所有飛行員的對話和語音信息,包括在駕駛艙中出現的航電系統傳出的報警信息。
艾青說:“黑匣子最核心的技術,一是飛行過程中產生的飛行數據和駕駛艙的語音信息,如何被記錄到黑匣子里;二是在出現異常情況或者事故時,如何確保這些數據媒體不會被破壞。”
因此,黑匣子的制造就是一場技術攻堅戰。“我們現在的黑匣子有著極高的耐壓與密閉性,能夠承受3400G重力加速度的破壞力量,而一個普通人可能的承受力上限只是10G。因此,黑匣子能承受大概兩萬英尺下,即6000米深海底的壓力而不破壞其存儲數據,同時在1100攝氏度的高溫燃燒下能堅持60分鐘不被破壞。”
艾青坦言,黑匣子的重要性目前尚無任何設備能夠替代,但從技術理論角度方面,霍尼韋爾正嘗試多元探索。
今年3月馬航失聯航班MH370的搜尋中,英國的衛星通信公司Inmarsat用全新的模型分析方法,從航班與衛星的最后一次連接信號中提取了方向、距離等關鍵信息,確認飛機墜入南印度洋。雖然結論仍需通過尋找黑匣子及飛機殘骸來檢驗,但這無疑為航空安全以及事故調查提供了新的思考,未來高效的網絡連接帶來的數據實時傳送,或許會改變空難事故的搜救方式。
“試想在飛行過程中,參數能夠通過衛星或者地面基站無縫傳輸,生產商、航空公司或者空管局都能夠實時掌握飛行狀態并及時給予預警與數據記錄,安全等級會得到大幅提升。”艾青說。
2012年,霍尼韋爾與國家海事衛星組織簽訂GX Aviation Ka波段網絡連接技術的研發與機載硬件設備的生產,并將在明年二季度展開測試。前所未有的網絡連接速度和帶寬,加上全新的衛星通信系統,有望實現飛機航行中完全無盲點的衛星連接。
今年5月,霍尼韋爾又與美國電話電報公司(AT&T)簽署了一項諒解備忘錄,針對空中網絡連接和服務進行深入合作,試圖開發比衛星通訊更低成本的空對地網絡連接解決方案,為乘客、機組人員和駕駛人員提供基于4G LTE網絡的高速上網體驗。
“不論何種連接方式,如今的網絡技術都讓駕駛艙內形成的大量飛行數據與塔臺和航空公司的運營中心產生實時交互成為可能。”艾青不排除網絡技術成熟后,會出現新的行業變革,譬如降低空難分析中對黑匣子的依賴程度。
萬億商機
在所有空難事故中,人為操作失誤原因占了近九成。于是,從霍尼韋爾的科學家勞倫斯.斯佩里在1914年設計出的世界上第一個自動駕駛儀——陀螺穩定器開始,飛機制造商們的每次技術革新,都試圖將人為因素的影響降到最低。
如今互聯網與大數據的爆發,更是讓航空機器設備的研發與生產進入了智能新紀元,同時也催生出傳統航空工業的巨額商機。
2012年,GE的一份報告《工業互聯網:打破智慧與機器的邊界》指出,未來15年工業互聯網將有15萬億美元增長的機會。而在GE推出的多項工業互聯網項目中,業務領域主要集中在航空與醫療。
同樣看好這一市場的霍尼韋爾則在航空機載設備領域下足功夫。目前英國航空公司為其波音747-400機隊配備的霍尼韋爾下一代飛行管理系統 (NGFMS),就包含了IntuVue三維氣象雷達、智能跑道系統、配有SmartTraffic技術的空中交通防撞系統(TCAS)等,這些都是是基于EGPWS的大數據與分析而研發的新型機載設備,能夠幫助英國航空公司更高效地在最佳海拔高度上規劃航線,縮短航班規劃時間,并減少燃油消耗和碳排放。
事實上,航空制造業巨頭們早就決心要豪賭這筆關乎安全的大生意。數據顯示,霍尼韋爾在2013年的研發投入高達18.04億美元,而GE每年在航空技術研發上的投入則高達20億美元。