正確理解數(shù)字化、自動(dòng)化與智能化技術(shù)的局限性

時(shí)隔不到5個(gè)月，波音737-MAX8飛機(jī)發(fā)生兩起空難，實(shí)屬罕見。

2019年3月10日上午，一架載著149名乘客的波音737-MAX8墜毀在埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴附近，包括8名中國(guó)公民在內(nèi)的所有乘客全部罹難，令人扼腕痛心！這是繼去年10月29日印尼獅航空難造成189人罹難的波音737-MAX8客機(jī)發(fā)生的第二起空難。

時(shí)隔不到5個(gè)月，波音737-MAX8飛機(jī)發(fā)生兩起空難，實(shí)屬罕見。而3月4日，國(guó)航CA983航班（波音777-300ER執(zhí)飛）因?yàn)榛鹁?a target="_blank">信息故障備降俄羅斯，執(zhí)行了緊急撤離程序，也讓乘客虛驚一場(chǎng)。

以往的空難事件一般容易出現(xiàn)在服役多年的老飛機(jī)，而且往往是在維護(hù)水平比較差的窮國(guó)，飛機(jī)失事的概率比較高。而最近接連失事的兩架波音7370MAX8型飛機(jī)卻都是剛剛投入使用的新飛機(jī)。這兩次空難，對(duì)于整個(gè)全球民航界，對(duì)于波音等全球航空巨頭而言，都需要深刻反思。

01

高度復(fù)雜的“軟件定義”產(chǎn)品，安全隱患不容忽視

在波音的產(chǎn)品家族中，波音737 MAX是波音737配備新型發(fā)動(dòng)機(jī)的衍生機(jī)型。截止2019年1月，波音737MAX系列飛機(jī)已經(jīng)交付350架，訂單數(shù)達(dá)到5077架，堪稱波音目前最受歡迎的機(jī)型之一。

如果說(shuō)波音787集民用客機(jī)高科技之大成，那么波音737MAX也充分沿用了其數(shù)字化技術(shù)和理念，甚至被稱為常青客機(jī)的終極進(jìn)化。在飛機(jī)系統(tǒng)方面，737 MAX進(jìn)行了一系列改進(jìn)，包括：電傳擾流板系統(tǒng)，以改進(jìn)可靠性、減輕重量并縮短降落滑行距離；電動(dòng)引氣系統(tǒng)，可以進(jìn)一步優(yōu)化客艙壓力和防冰系統(tǒng)。對(duì)燃油效率也有好處；機(jī)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，737 MAX將采用一種增強(qiáng)的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)獲取組件（eDFDAU）和網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器（NFS）。這些系統(tǒng)可以提供一整套新的能力，包括先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集能力、預(yù)載飛機(jī)軟件的機(jī)上存儲(chǔ)，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

另?yè)?jù)公開的資料顯示，波音737MAX有著由軟件和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的“大腦”和“神經(jīng)”——傳感器和許多硬件的功能都由開放式的軟件實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)充。可以說(shuō)，737MAX和787一樣“智能”，其數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)能力有著大幅提升，可以為乘客提供更多的娛樂選擇，還可以提升維護(hù)運(yùn)營(yíng)效率。

737 MAX采用更加中心化的“內(nèi)置測(cè)試設(shè)備”系統(tǒng)，可以讓維修技師更加方便地獲得維修信息。而以往飛機(jī)的故障信息要從飛機(jī)的前電子艙中才能獲得，這需要更多的時(shí)間。與此同時(shí)，波音737 MAX進(jìn)一步增強(qiáng)了連接能力，可以在飛行中向地面提供關(guān)于飛機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些設(shè)計(jì)目的就是讓航空公司更容易地做出關(guān)于維修維護(hù)的運(yùn)營(yíng)決策。

全面數(shù)字化的新一代客機(jī)，其優(yōu)勢(shì)顯而易見：

● 更佳的能源效率

●更強(qiáng)大的航電和機(jī)載系統(tǒng)

●更透明的飛機(jī)健康狀況

●更佳的乘客體驗(yàn)……。

然而，再?gòu)?qiáng)大的功能，再高的燃油經(jīng)濟(jì)性，再舒適的機(jī)艙環(huán)境，如果存在飛行安全隱患，一切都是白搭！在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化和智能化的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)恪守一條重要底線，那就是可靠性和安全性。

民航領(lǐng)域的自動(dòng)駕駛已經(jīng)普及了幾十年。飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的航路，全程駕駛飛機(jī)，甚至完成降落。從獅航波音737Max墜機(jī)的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，問題可能就出自飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

該型號(hào)飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化功能，在傳感器探測(cè)到客機(jī)失去升力或氣動(dòng)失速時(shí)，自動(dòng)以俯沖方式獲得加速。但在相關(guān)操作手冊(cè)中，對(duì)該功能并未做準(zhǔn)確描述。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基于錯(cuò)誤的信息自動(dòng)觸發(fā)了錯(cuò)誤的決策，并且無(wú)法進(jìn)行人工干預(yù)，可能是這兩次災(zāi)難的原因之一。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通過(guò)所謂的智能來(lái)自動(dòng)防錯(cuò)，結(jié)果連摔兩架！雖然本次調(diào)查結(jié)論還沒出來(lái)，但是迎角傳感器故障導(dǎo)致飛機(jī)向下俯沖仍有重大嫌疑。

▲飛機(jī)的Digital Twin

02

對(duì)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的

幾點(diǎn)反思

眾所周知，民航飛機(jī)是十分復(fù)雜的“系統(tǒng)之系統(tǒng)”，有眾多的子系統(tǒng)，涉及到機(jī)電液軟等多個(gè)學(xué)科，現(xiàn)代飛機(jī)大量使用了復(fù)合材料。類似波音737MAX這樣的飛機(jī)，可以說(shuō)完全是“軟件定義的智能產(chǎn)品”，有海量的軟件代碼，也有大量的傳感器。

作為新一代的民航客機(jī)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也已經(jīng)成為標(biāo)配。因此，要確保飛機(jī)性能的安全性、可靠性，需要對(duì)各種工況，各種氣候條件，各種負(fù)載情況下的飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，也會(huì)廣泛應(yīng)用各種仿真軟件，來(lái)模擬可能出現(xiàn)故障隱患的各種情形，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

這兩次波音737MAX飛機(jī)墜機(jī)事件，從數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的角度，應(yīng)當(dāng)引起以下反思：

①人機(jī)協(xié)作而非機(jī)器換人

對(duì)于汽車的自動(dòng)巡航，駕駛員一踩剎車就可以解除。而對(duì)于更加復(fù)雜的民航客機(jī)而言，如果解除了自動(dòng)駕駛狀態(tài)，則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)徹底停止工作，完全由駕駛員指揮飛機(jī)。只保留傳感的功能，而不能再自動(dòng)執(zhí)行。也就是說(shuō)，可以把故障信息傳輸?shù)絻x表盤，由駕駛員做出判斷，而不是自動(dòng)調(diào)整尾翼的姿態(tài)。日本企業(yè)非常強(qiáng)調(diào)“自働化”，就是指人機(jī)協(xié)作，不要盲目推進(jìn)機(jī)器換人。因此，日本企業(yè)積極推進(jìn)Andon系統(tǒng)的應(yīng)用，把產(chǎn)線的故障實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，由人來(lái)進(jìn)行協(xié)作和處理。

② 智能化技術(shù)發(fā)展的方向應(yīng)當(dāng)是增強(qiáng)人的技能，幫助人類提高效率，而非替代人。

IBM提出，AI的發(fā)展方向是Augmented Intelligence，或者Assistant Intelligence。人工智能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該是為人類提供更好的服務(wù)，輔助人類做出正確的決策。

人工智能的程序可以在某些專業(yè)領(lǐng)域超過(guò)人類，比如下棋、圖像識(shí)別、故障預(yù)測(cè)等。但這并不意味著在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中，人工智能技術(shù)做出的判斷，能夠替代人類在復(fù)雜狀況下，憑借自身的經(jīng)驗(yàn)，甚至直覺快速做出正確判斷的能力。

③ 推進(jìn)DigitalTwin應(yīng)用，不能輕易通過(guò)數(shù)字化模型控制實(shí)物產(chǎn)品。

當(dāng)前，Digital Twin（數(shù)字孿生）是企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。在整個(gè)產(chǎn)品生命周期之中，Digital Twin可以充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過(guò)程，作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，映射相應(yīng)的物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程。

在航空領(lǐng)域，飛機(jī)的數(shù)字孿生模型與飛機(jī)物理產(chǎn)品建立了一對(duì)一的映射，不僅包括傳統(tǒng)的幾何模型，還包括材料屬性、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、力學(xué)分析、空氣動(dòng)力、健康維護(hù)以及試飛等物理實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)所反饋的一系列數(shù)據(jù)。

在Digital Twin可以實(shí)現(xiàn)的功能層級(jí)中，首先是狀態(tài)顯示；第二是監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)；第三是加入環(huán)境、人力、過(guò)程等因素后，更有利于分析、預(yù)測(cè)和控制。從這兩次飛機(jī)失事事件來(lái)看，在將實(shí)物飛機(jī)的數(shù)字孿生疊加到無(wú)比復(fù)雜的航空飛行環(huán)境中，如果僅僅根據(jù)數(shù)字化模型來(lái)控制實(shí)物產(chǎn)品，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。一旦出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)字化模型無(wú)法糾正外界環(huán)境帶來(lái)的影響，或沒有完備的人為干預(yù)機(jī)制，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)作出錯(cuò)誤的判斷并執(zhí)行控制，會(huì)造成不可彌補(bǔ)的災(zāi)難。

隨著數(shù)字化技術(shù)的深入應(yīng)用，企業(yè)在產(chǎn)品生命周期中產(chǎn)生了大量的基于物理的、數(shù)學(xué)的模型，如何將它們有效、安全并且可靠的映射，如何使得Digital Twin真正包括產(chǎn)品實(shí)時(shí)的完整信息，比建立Digital Twin本身更為重要。在這個(gè)過(guò)程中，企業(yè)必須注重構(gòu)建Digital Twin的安全防范手段，建立基于風(fēng)險(xiǎn)分析的與國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)的分級(jí)管理制度，同時(shí)，不可忽視人為干預(yù)機(jī)制，在發(fā)揮“Digital Twin”作用的同時(shí)，不能輕易通過(guò)數(shù)字化模型來(lái)控制實(shí)物產(chǎn)品。

▲航空發(fā)動(dòng)機(jī)的DigitalTwin

回顧人類民航的歷史，每一次航空安全的進(jìn)步，背后都有多次事故血的教訓(xùn)。讓我們?cè)诰拺咽耪叩耐瑫r(shí)，也感謝每一個(gè)為了航空安全付出過(guò)努力的人，正是因?yàn)樗麄?，讓我們依然熱愛飛行！同時(shí)，也希望這兩次航空事故讓我們能夠警醒，能夠正確理解數(shù)字化、自動(dòng)化與智能化技術(shù)的局限性，在用其長(zhǎng)處的同時(shí)，也要由人類牢牢把握自己發(fā)展的未來(lái)！