无人驾驶飞行器在飞机维护中的使用外文翻译资料

 2023-05-16 03:05

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附录C 译文

无人驾驶飞行器在飞机维护中的使用

摘要

本文讨论了无人驾驶飞行器，以及它们在飞机维修中作为对机身进行目视检查的工具的用途时所遇到的问题，维护过程中有很多因素会影响飞行器的质量和安全性。 在降低飞机维修中人为影响风险的过程中，需要设置工具和流程，尽可能消除人为因素故障。举个这种概念的例子，像是“智能机库”系统，它将数字化引入经过认证的商用飞机维护、维修和大修组织 (MRO) 以及持续适航管理组织 (CAMO) 的流程中。 本文讨论了在维护过程中使用无人机的问题，并引出无人机维护所产生的的风险。 通过一个实际的例子，它讨论了在小型 MRO 组织的维护过程中引入无人机的优点和缺点。

1、介绍

许多行业面临着一个挑战——合规性。航空业必须遵守严格的规则，遵循一套法律和适用的技术标准。对于飞机来说，技术文件规定了必须由经认证的维护组织进行的定期检查，并由适航管理组织(CAMO)掌控。与此同时，根据欧盟委员会第965/2012号条例(该条例规定了与欧洲议会条例和欧盟理事会第216/2008号条例规定的空中业务有关的技术要求和行政程序),航空器经营人也持有航空经营人证书(AOC),同时他们目前有义务建立一个管理系统，包括其活动的安全风险管理(安全管理系统)。此外，作为运营商的航空公司应该在每次飞行前进行例行的飞行前检查。综上所述的变化导致需要部署与行业和生产技术变化相对应的新技术(Uniting Aviation，2019)。随着行业对工业4.0概念的关注，认证维修组织(MRO)和持续适航管理组织(CAMO)必须在使用“智能技术”方面取得进展(Holl，2016)。研发组织的反应是创建“智能机库”的概念，这使得 MRO 和 CAMO 能够以更高程度的客观责任来开展他们的活动，以检测⼈为故障。

无人机的数量以及使用无人机作为工作工具的人类活动领域在全球范围内不断增长。它们已经渗透到生活的各个领域，并且已经成为军队、警察、救援服务、遥感(Pecho等人，2019a)、建筑、工业、研究、运输和物流等设备不可或缺的一部分，同时还作为儿童玩具。无人机的类型也在急剧增加(kulteacute;ty等人，2018年)，以及它们对精度的要求(Novak Sedlackova等人，2020年)。此外，对操作安全性的要求也在急剧增加(Lalis等人，2018a拉利斯等人，2018年b；Galierikovaacute;等人，2018)，使用他们的可能性的增加导致了该技术的进一步发展。在技术进步的同时，必须协调安全使用的相关立法。该领域受国家和欧洲立法的约束。

为了改善这一过程，英特尔首次与空客公司合作，使用无人机对飞机进行外部检查。英特尔提供配有摄像头的无人机，使其能够收集图像和数据，使它们能够收集可用于创建空中客车机队详细的3D模型的图像和数据。空中客车公司(Airbus S.A.S)也成立了自己的子公司“空中客车航空公司”(Airbus Aerial)，在航空航天工业的各个领域提供设备检查服务(Fendt，2018)；(佩乔等人，2019年b)。同样，较小的专业公司，如Ubisense S.A.S(法国)、Canard Drones(西班牙)或MRO无人机有限公司(英国)，已经开发了为飞机和机场提供检查解决方案的程序，也在该市场运营(Ward，2018)；(Bugaj等人，2019)。本文的目的是证明小型mro和CAMOs是否有可能有效地使用UAV技术和应用“智能机库”原理来检查飞机。

2、智能机库概念

“智能机库”概念代表了一套措施，即环境的数字化、分析工具、环境的自动化和机器人化、智能生产和即时物流。维护组织的“智能机库”概念如图1所示。

图1 MRO的智能机库概念

2.1 环境数字化

环境的数字化是创建“智能MRO”的基础，因此有必要将所有现有的工作程序和管理系统进行数字化。采用维护机构、适航性管理机构以及机库或机场的无纸化系统(电子概念)的概念，使得以更高的效率分配、批准和监控在线维护任务成为可能。MRO维护技术员使用连接到网络的手持电子设备来方便记录、检查和比较，同时能够随时工作。

2.2 分析工具

数字化的主要好处是能够进行有意义的数据分析，帮助优化内部流程，以及帮助航空公司优化以下领域的业务运营:成本规划(成本管理)、仓库管理和材料物流。得益于有意义的数据提取，工作团队可以更好地预测潜在的错误，并计划为飞机维护和修理提供人力和必要的储备(材料和人力资源)。交互式预测软件机器人的使用有助于更好的库存控制和材料物流，有助于减少库存和总体MRO成本。

2.3 环境自动化和机器人化

我们正在将协作机器人更多地应用到我们的工作活动中，以提高工作效率，改善工作流程和程序的可重复性。这是通过数字化的端到端工作流监控过程实现的，从而提高了质量和安全性。在我们使用的现代化工作环境中，无人驾驶飞行器(UAV)将在维护过程之前、期间和之后对飞机进行目视检查。自动陆地车辆(AGV)和智能机柜将有助于从仓库定位和运输工具和飞机零件，以进行实时点对点或点到使用点的维修。

2.4 智能生产

它代表了增材制造(AM)的过程，也可以称为3D打印、快速原型制造或自由形式制造。这是一个连接材料的过程，目的是从 3D 模型数据创建一个对象/产品。3D打印(3DP)被认为是一种环保的制造方法。它使用增材制造技术来生产飞机部件，其过程可以伴随着设计的优化。除了更具可持续性之外，自适应制造还有助于加快某些零件的更换，并为高速、小批量备件提供了一种出色的替代解决方案。这一过程需要工程和认证方面的丰富经验，因为在批准新零件安装到飞机上时，必须满足航空管理局(或EASA)的严格要求。

3、日利纳大学条件下无人机在维修过程中的应用研究（UNIZA）

UNIZA的飞机维护流程符合欧盟法规，这意味着UNIZA持有经批准的维护组织(AMO)许可证，并拥有根据委员会法规(EU)第1321/2014号(编号SK .MF06)的要求签发的许可证。委员会法规(EU)第1321/2014号规定了飞机(EASA飞机)的要求，这些要求符合欧洲议会和理事会第182/2011号法规(EU)第2 (1)条的要求欧盟委员会第1321/2014号法规对维护组织的要求如下:

1.对于复杂的发动机驱动的飞机和根据第1008/2008号法规(EC)获得许可的航空公司使用的飞机及其部件(第145部分)；

2.除复杂发动机驱动的飞机及其部件(第M部分F子部分或第CAO部分)以外的飞机。UNIZA飞机的维护按照批准和更新的维护计划进行。由具有相应维护技术员执照的合格认证人员发布服务放行。

3.1 当前执行维护的方法

在进行定期维护前对飞机进行检查是确定飞机事实的过程。在检查期间，对飞机进行检查，检查结果与所执行的维护的过程和类型相一致。应当记住，维护是从CAMO准备的“工作订单”开始的，在此基础上，维护将在MRO进行。在我们的实验中，我们选择了PA 34-220T SENECA V飞机作为模型，这是为UNIZA训练和空中作业而设计的复杂双引擎飞机的示例。图2显示了飞机零件检验过程的预览，这些零件随后在MRO进行检验。

图2 PA34-220T SenecaV飞机的检验零件概述

维护前检查过程是根据飞机维修手册和经批准的维修手册执行的综合程序。但是，对于不同类型的飞机，不同的版本可能有所不同。由于飞机各个部件的结构设计和布局的变化，务必使用最新有效的飞机手册。在这一阶段，一个非常重要的部分是将文件数字化，以使文档不会混淆。在检查过程中，需要以这样的方式进行，即首先从上下侧检查左右机翼，然后检查发动机、螺旋桨、油箱、主起落架等。根据图3和图4。

图3 PA34-220T Seneca V飞机已检验零件概述-俯视图

图4。PA34-220T Seneca V飞机的已检零件概览-俯视图

随后，检查飞机机身、带升降舵的尾翼和方向舵。对于飞机机身，检查前起落架支柱、电池、外部电源、液压油和飞机机头的舱壁是很重要的。程序如第5号图C至F部分所示。

图5 PA34-220T Seneca V飞机的检查零件概述-机身的左右侧、前起落架和行李舱

飞机的MRO检查应在飞机维修验收后进行，并应记录在工作表上。此外，只有在按照维修手册拆卸飞机部件后才能进行详细检查。

目前，商用飞机的典型目视检查可能需要长达四到六个小时。机器人和无人机可以显著的缩短这一时间，同时提供更高的检测精度，为工程师和技术人员腾出时间，降低维护成本并提高安全性。与此同时，他们创造了一个机会来客观化飞机及其部件的文件和技术条件。

4、在UNIZA(实验)条件下使用无人机进行维修的可能性研究

导航和避障是移动机器人的基本问题之一，研究人员在过去的40年里一直在研究和分析这个问题。导航的目标是利用避障功能找到从起点到目的地的最优路径。为了保证自主导航，无人驾驶航空系统(UAS)必须能够在位置方面提供一定的可靠性(IMU、GNSS、摄像头、激光雷达或其他传感器)并提供足够精确的地图来生成真实且精确的路线，而不会与物体和障碍物发生碰撞。

在UNIZA条件下检查飞机时使用无人机的情况下，我们根据研究结果确定了以下程序(研究方法)。刚开始的时候，需要确定无人机的使用是会在室内，还是会在室外进行一次检查。它的技术设备，螺旋桨盖，导航和空间运动的传感器也将与此相对应。就室外使用的无人驾驶飞行器而言，有必要使用全球导航卫星系统进行导航，而不像室内使用那样仅仅使用光学传感器。

图6 智能机库应用中无人机对飞机目标成像和激光扫描的技术过程

在飞机监控系统中使用无人机的决定性因素是用于数据评估的软件和后续应用程序。诸如“智能机库”之类的系统需要全面访问各个 系统和应用程序以确保其运行。使用模型驱动软件开发 (MDSD)（图 7）。它基于系统规范要求的高层次的自动代码生成，可用于提供整个系统的某些功能。例如，这种方法可用于强制执行自主系统的安全规则，指定和优化系统的横截面属性，例如资源能量平衡、时间和安全性，或协调多单元系统中多个无人机的行为例如无人机群。

图7 MDSD无人机软件平台

4.1无人机类型

在 MRO 组织中使用的无人机类型及其使⽤取决于“智能机库”技术的集成深度。这些无人机可以配备光学相机、热像仪、激光雷达或机械分析仪。 DJI Mavic 2 配备光学传感器 FC220，颜色配置⽂件 RGB IE61966-2.1，镜头 26.3 mm f / 2.2，我们在 UNIZA 条件下进行实验。 MATLAB MatWorks 工具“Deep Learning and Machine Learning for Computer Vision”用于图像处理。之所以选择这种无人机变体，是因为它在 MATLAB 应⽤程序中的库支持下代表了市场上的主导类型。

4..2无人机在UNIZA机库维修中的实际应用

MRO UNIZA的无人机使用解决方案是基于运营商和维护组织的需求，UNIZA的主要目标是提高维护数据的归档质量，同时确定维护前后的客观状态。在我们的情况下，可以用这种方法对飞机机身进行目视检查，但不能对发动机和螺旋桨进行目视检查(图8)，因为在检查发动机和螺旋桨时不可能检查内部零件。为此，需要一种不同类型的UAS。在对机体进行目视检查的过程中，记录了以下发现:

1.需要保证无尘环境。

2.识别无人机的运动、人员相对于安全的位置(配备障碍物防撞传感器)。

3.保护无人机和飞机免受碰撞(螺旋桨保护，根据Fabra等人(2019)对飞机保护区的定义)。

图8 用无人机目视检查PA34-220T塞内卡飞机机体

对机身进行目视检查是这一过程的第一步。随后，必须分两个阶段进行数据处理:

1.根据飞机被检零件的概况(图2至图5)，对规定零件的整体图像(RGB图像)进行处理。根据章节和飞机维护规则进行检查。通过搜索和识别对象和形状来评估数据。

2.视频处理和识别飞机机身及部件上的异常，损伤识别。在此过程中，视频分析用于识别错误和损坏程度(图9)。

检查损坏情况！

图9 执行PA34-220T SENECA V机身检查的操作员的飞行(视觉)屏幕

4.3 讨论-在小型MRO和迷彩组织中使用无人机的可能性

基于研究结果和进行的实验，我们可以证实⼩型 MRO 和 CAMO 组织可以有效地在飞机控制中使用无人机技术的假设。在维护过程中使用新技术时，有必要比较和考虑在 MRO 或 CAMO 组织中改进维护过程的程度，以及操作 UAV 的人员（远程飞行员）的必要资格。对于拥有多达 10 名员工的小型 MRO 和 CAMO 组织单位，由于需要更改员工的资格结构，此类流程的实施也有可能在很大程度上效率低下。如果飞机检查过程由一名或两名员工执行，则组织在使用无人机应用新程序时需要：

1.训练有素的无人机操作员，

2.系统分析师和计算机科学家。

上述条件对从事维修活动的⼈员资格结构要求的变化（增加）有影响，当在维修过程中实施无人机使用后，员工必须具备新的技能，尤其是在 IT 方面，目前还没有现有 MRO 和 CAMO 组织的标准。（KAAT，2020）。除了员工结构外，技术设备也必须发生⽽质量管理体系中的流程发生变化。在小型组织中，从纸质系统过渡到电子系统可能并不容易，并且 会导致 MRO 和 CAMO 组织的运营成本显着增加。由于上述原因，这些新技术必须在经济效率和航空安全方面引入。

5、结论

正如我们在简介中提到

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