Vliegtuigen korter in hangar dankzij kunstmatige intelligentie

Iedere luchtreiziger kent het tafereel: je zit te wachten bij de gate als er een mededeling komt over ‘een technische storing’ die ‘zo snel mogelijk’ verholpen wordt. Ja, ja. Dat wordt een vertraging of, als het te lang duurt, een annulering. Maar je wilt toch ook niet met een defect toestel mee.

Dat soort onverwachte storingen wordt in de toekomst minder, verwacht ir. Floris Freeman, onderzoeksingenieur bij KLM Engineering & Maintenance (E&M). Vaak is de oorzaak een pomp of een klep van de airconditioning en had je die storing allang aan kunnen zien komen. Een modern vliegtuig is immers voorzien van duizenden sensoren, maar die informatie wordt niet standaard gebruikt voor het onderhoud.

Dat moet beter kunnen, bedacht dr.ir. Bruno Santos op de faculteit Luchtvaart en Ruimtevaarttechniek jaren geleden. Zijn ideaal was onderhoud te baseren op sensorinformatie (condition-based maintenance of CBM). Samen met andere onderzoekers en KLM-medewerkers schreven ze het onderzoeksvoorstel Real-time Condition-based Maintenance for Adaptive Aircraft Maintenance Planning (ReMAP). Het werd in 2018 door de Europese Unie gehonoreerd in het Horizon 2020 programma met twaalf onderzoekpartners en de TU Delft als coördinator. Het sluitstuk was een praktijktest van een half jaar bij KLM-maintenance op Schiphol eind vorige week. Bij de afsluiting daarvan vond een perspresentatie plaats.

^{Moderne vliegtuigen zijn uitgerust met duizenden sensoren die de conditie van onderdelen monitoren. (Foto: KLM)}

Grote beurt
Traditioneel is het onderhoud van een vliegtuig, net als bij een auto, gebaseerd op het aantal gebruiksuren. In praktijk staat een toestel eens in de twee tot drie maanden enkele dagen in de hangar voor onderhoud. Dan vinden er inspecties plaats en periodieke werkzaamheden. “Maar een inspectie toont je alleen de buitenkant”, zegt KLM-monteur Salih Dogan. “Sensoren meten druk, temperatuur, omwentelingssnelheid van pompen en compressoren. Die vertellen je wat er binnenin aan de hand is. Daarmee kun je een storing zien ontstaan voordat die een alarm geeft.”

‘Minder vertraging en annulering van vluchten’

Met dat idee als basis zijn het afgelopen halfjaar bij KLM E&M sensordata gebruikt om de conditie van vliegtuigen te volgen. In praktijk betekende dat na de landing een vliegtuig enkele gigabytes aan data (tienduizend sensoren die elke seconde een waarde genereren) via Wifi doorgaf. Vervolgens kwam er kunstmatige intelligentie aan te pas om daaruit bruikbare informatie te destilleren. KLM-ingenieur Freeman vertelde dat er in die periode twee keer een airco-pomp is vervangen voordat die faalde, omdat de computer dat adviseerde.

Resultaten
Hoe kijken de onderzoeksleiders terug? Projectleider Bruno Santos: “We zijn erin geslaagd om de onderhoudscyclus voor condition-based maintenace te modelleren, met inbegrip van data-aquisitie, AI-modelontwikkelingen, en optimalisatie van de onderhoudsplanning. Hiermee wordt het in de toekomst mogelijk om vliegtuigonderhoud op basis van vaste tijdsintervallen te transformeren naar continue gezondheidsmonitoring van vliegtuigonderdelen. Vervangingen worden dan uitgevoerd wanneer dat nodig is – wat verspilling tegengaat.”

ReMAP is openbaar, open-source en merkonafhankelijk

Ook Paul Chün, vice president Technology Hub KLM Engineering & Maintenance is tevreden. “De resultaten laten zien dat conditie-gestuurd onderhoud de potentie heeft om de levensduur van vliegtuigen te verlengen en ongepland onderhoud om te zetten in gepland onderhoud. Het voordeel voor reizigers is duidelijk: minder ongepland onderhoud geeft minder vertraging en annulering van vluchten.”

Datahonger
Kunstmatige intelligentie functioneert alleen met voldoende data. Dat betekent dat oudere vliegtuigen, die minder sensoren aan boord hebben, er minder baat bij hebben. De AI-modellen of algoritmen die de sensordata lezen zijn vergelijkbaar met algoritmen die worden gebruikt in soortgelijke toepassingen bij het onderhoud van bruggen en windturbines. Ook daar gaat het erom om uit een zee van cijfers afwijkingen te spotten die op een storing of een breuk kunnen wijzen. Zeldzame storingen zijn daarbij extra lastig omdat het AI-algoritme die niet herkent als ze niet eerder voorgekomen zijn.

De ReMAP-ontwikkelaars willen daarom graag toegang tot data van vliegtuigen van andere maatschappijen om de kans op data van zeldzame storingen te vergroten. Maar luchtvaartmaatschappijen zien die data als hun bedrijfsgeheim. Om aan die Catch22 te ontkomen hebben de ontwikkelaars een IT-platform ontworpen waarmee AI-modellen kunnen leren van gegevens van meerdere luchtvaartmaatschappijen, terwijl de gegevens zelf bij de luchtvaartmaatschappij blijven. Die constructie moet bij andere operators de huiver wegnemen om hun data te delen. ReMAP is openbaar, open-source en merkonafhankelijk, benadrukt projectleider Santos.

“We gebruiken nu vooral data van bewegende machinerie zoals pompen en compressoren”, vertelt Freeman tijdens een wandeling over de groene stroken door de onderhoudshangar. De volgende generatie vliegtuigen zal ook sensoren hebben die de staat van de romp, de vleugels en de panelen monitoren, verwacht hij. Een vliegtuig meldt dan zelf wanneer er schade of vermoeidheid optreedt. Een deel van het ReMAP-project had dan ook betrekking op data genereren voor materiaalonderzoek.

^{In het lab wordt de vervorming van een paneel bemeten met rekstrookjes en glasvezels. (Foto: Jos Wassink)}

Verspreiding
De onderzoekers beseffen dat conditiegestuurd onderhoud alleen van de grond komt met medewerking van andere luchtvaartmaatschappijen, vliegtuigbouwers en onderhoudsbedrijven. Vandaar dat het gedachtegoed breed wordt uitgedragen in de First International Conference for CBM in Aerospace op 24 en 25 mei 2022 in het gebouw voor Luchtvaart- en Ruimtevaartechniek in Delft.

Bemoedigend is in elk geval dat de adviesraad voor luchtvaartonderzoek in Europa ACARE verwacht dat conditiegestuurd onderhoud in 2035 geaccepteerd zal zijn als standaardaanpak bij vliegtuigonderhoud. Een kleine twintig jaar later verwacht ACARE dat alle nieuwe vliegtuigen erop zijn ontworpen.