數(shù)字化航空維修體系構(gòu)想

劉 斌，蔡海鵬

(1.空軍某單位，北京 100084;2.長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

航空維修經(jīng)歷事后維修、定期預(yù)防性維修階段后，隨著故障監(jiān)測診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和通信工程技術(shù)的發(fā)展，目前正向數(shù)字化維修也稱狀態(tài)維修方向發(fā)展。［1］數(shù)字化維修(digital maintenance)是一種面向未來的全新的思想理論，是一系列與信息技術(shù)密切相關(guān)的、以可靠性為中心的新的維修概念的總集成。［2］它將飛機(jī)狀態(tài)、診斷結(jié)果、維修資源、人力配置、備件服務(wù)、制造廠商、供應(yīng)商技術(shù)支援等各方面的文字、圖表、語音等傳統(tǒng)維修信息形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、檢測和診斷技術(shù)、多媒體技術(shù)和智能化技術(shù)，將相關(guān)的功能系統(tǒng)(維修單位、航空公司、制造商、機(jī)組人員、其他運(yùn)營商、適航當(dāng)局等)有機(jī)地連成一體，使各種數(shù)字信息能實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地傳遞、處理、存儲(chǔ)與交流，達(dá)到整個(gè)維修體系范圍內(nèi)的信息資源共享，最終實(shí)現(xiàn)飛機(jī)維修的診斷、監(jiān)控、決策、通信、保障高度一體化。

1 航空數(shù)字化維修的必要性和意義

1.1 航空設(shè)計(jì)制造數(shù)字化與數(shù)字化維修

隨著CAD/CAE/CAM、PDM和ERP的廣泛應(yīng)用和數(shù)字化工廠的出現(xiàn)，現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)制造的共同趨勢是數(shù)字化。數(shù)字化制造本質(zhì)上是產(chǎn)品制造信息的數(shù)字化，是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)制造所涉及的所有對(duì)象和活動(dòng)進(jìn)行表達(dá)、處理和控制，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程，為數(shù)字化維修提供了現(xiàn)成資源。數(shù)字化維修貫穿新型飛機(jī)全壽命過程，并且，航空設(shè)計(jì)、制造及其產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)出全球化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、敏捷化、虛擬化等革命性的改變和倍速發(fā)展的態(tài)勢，為飛機(jī)數(shù)字化維修提供了產(chǎn)業(yè)鏈支持。

1.2 航空維修的復(fù)雜性與數(shù)字化維修

現(xiàn)代航空設(shè)備集機(jī)械、電子、光學(xué)和信息技術(shù)等于一體，趨于精密化、一體化、系統(tǒng)化和智能化，其結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，集成度越來越高，費(fèi)用越來越昂貴。在這種情況下，飛機(jī)維修所需知識(shí)以幾何趨勢不斷增加，維修難度也越來越大。［3］雖然維修人力操作簡易化，但單靠個(gè)人和單個(gè)組織不能完成復(fù)雜的系統(tǒng)維修工作，需要數(shù)字化故障定位和排故，需要航空產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同維修。同時(shí)，“適情維修”、“基于狀態(tài)的監(jiān)控”、“自治化維修”等新理念在航空維修領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)施，對(duì)航空維修保障技術(shù)也提出了更高的要求。［4］傳統(tǒng)的以維修技術(shù)人員為中心的維修方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前航空發(fā)展的需要，航空維修的復(fù)雜性使維修也需要信息化和智能化。

1.3 飛機(jī)性能監(jiān)控與數(shù)字化維修

飛機(jī)維修質(zhì)量對(duì)其性能和使用壽命影響很大，飛機(jī)的性能是設(shè)計(jì)、制造出來的，也是使用、維修出來的，其性能的發(fā)揮也越來越依賴于維修。傳統(tǒng)的維修手段更多是依靠翻閱紙質(zhì)文檔或查看電子手冊，依賴于維修者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、素養(yǎng)和技能，操作行為易受環(huán)境影響，易發(fā)生維修差錯(cuò)，航空維修影響或損害飛機(jī)性能。而數(shù)字化維修依靠先進(jìn)信息化技術(shù)監(jiān)控飛機(jī)性能狀態(tài)(PHM)，通過自感應(yīng)診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)字化修復(fù)技術(shù)來保障飛機(jī)性能，維修質(zhì)量可靠，飛機(jī)性能可控。

1.4 航空安全管理與數(shù)字化維修

世界航空安全的關(guān)注對(duì)象，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡單的開始階段是飛機(jī)機(jī)械部件;隨著飛機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)的逐步完善，人為差錯(cuò)導(dǎo)致的事故反而更多，航空安全關(guān)注對(duì)象逐步轉(zhuǎn)移到人，通過對(duì)人行為的優(yōu)化來減少差錯(cuò)的發(fā)生。隨著飛機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜程度增加和系統(tǒng)間交聯(lián)性增強(qiáng)，傳統(tǒng)依靠人的經(jīng)驗(yàn)和器官能力的維修方式已經(jīng)不能保證航空安全，需要先進(jìn)的維修技術(shù)和手段來彌補(bǔ)人機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜難度和人的能力局限。據(jù)統(tǒng)計(jì)，航線技師通常會(huì)將維修時(shí)間的30%花在獲取信息上，另外，維修技師通常是在時(shí)間很緊的情況下完成任務(wù)的，這又會(huì)進(jìn)一步帶來約15%的事故。數(shù)字化維修正是從技術(shù)和方法上促進(jìn)了航空維修質(zhì)量和航空安全。

1.5 綠色維修、集約維修與數(shù)字化維修

任何裝備只要使用，就需要維修保障，在航空裝備中維修保障起的作用尤其突出。目前，各種復(fù)雜航空裝備的使用與保障費(fèi)用很高。如何提高航空維修保障能力，降低裝備全壽命費(fèi)用，保證航空維修質(zhì)量，是國內(nèi)外航空面臨的一個(gè)重要課題。數(shù)字化維修共享信息、維修高效、節(jié)約資源、綜合環(huán)境影響和資源利用效率，是一種綠色維修和集約型維修。［5］我國民航(特別是南航和國航)在引進(jìn)美國以及歐洲先進(jìn)民用飛機(jī)的同時(shí)，也引進(jìn)了先進(jìn)的數(shù)字化維修技術(shù)，成本降低、效率提高、質(zhì)量可控。

2 數(shù)字化航空維修體系構(gòu)想

2.1 通過數(shù)字化維修促進(jìn)航修技術(shù)和管理變革

數(shù)字化維修的特點(diǎn)是維修單元數(shù)字化、維修信息中心化、維修體系網(wǎng)絡(luò)化、維修過程智能化、維修技術(shù)綜合化、維修力量一體化。構(gòu)建數(shù)字化航空維修體系，能夠提高維修能力和維修效率，加快維修決策過程，改進(jìn)維修管理方式，促進(jìn)維修體系變革。航空維修數(shù)字化包括維修技術(shù)信息化，用數(shù)字化維修技術(shù)改造傳統(tǒng)的維修技術(shù)內(nèi)容和體系，改變維修方式;還包括管理思想的信息化，從傳統(tǒng)手工操作、經(jīng)驗(yàn)管理模式，變革為信息化管理和知識(shí)管理，提高航空維修質(zhì)量和效率，提高航空維修保障能力和水平，促進(jìn)裝備維修向裝備全系統(tǒng)、全壽命、全過程保障變革。

2.2 構(gòu)建“網(wǎng)絡(luò)中心化”的數(shù)字化維修體系

以網(wǎng)絡(luò)為中心的航空維修是將系統(tǒng)探測、檢視、預(yù)警系統(tǒng)，通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)組成一個(gè)以計(jì)算機(jī)為中心的信息網(wǎng)絡(luò)體系。統(tǒng)一設(shè)計(jì)信息化框架(技術(shù)架構(gòu)、組織架構(gòu)、集成架構(gòu)和安全架構(gòu))、信息平臺(tái)(集成平臺(tái)和中心數(shù)據(jù)庫)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，統(tǒng)一各修理單位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用，建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一信息格式，強(qiáng)化信息交互和資源共享機(jī)制。通過網(wǎng)絡(luò)互連、信息共享，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用集成。通過信息化管理，使航修單位從設(shè)計(jì)、制造、使用、維修及日常維護(hù)形成一個(gè)完全閉環(huán)的信息數(shù)據(jù)鏈，各個(gè)環(huán)節(jié)處于受控狀態(tài)，并使管理成本得到有效控制，形成網(wǎng)絡(luò)中心化的數(shù)字化修理體系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享與維修、航空裝備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷與維修、裝備維修的信息化決策與管理、技術(shù)資料的遠(yuǎn)程支持和備件的遠(yuǎn)程供應(yīng)、全體系的狀態(tài)感知與主動(dòng)維修、精確維修與集中保障。

2.3 構(gòu)建“共建共享”的航空修理數(shù)據(jù)中心

信息化建設(shè)是“三分技術(shù)，七分管理，十二分?jǐn)?shù)據(jù)”。數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是核心，建設(shè)航空修理數(shù)據(jù)中心。按照統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)分機(jī)型建立航空裝備設(shè)計(jì)制造、使用維護(hù)、維修三位一體的全壽命數(shù)據(jù)庫，及時(shí)收集航空器制造、使用、維護(hù)過程中存在的不適航信息，并面向航空裝備價(jià)值鏈拓展數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)庫依托合適的各種網(wǎng)絡(luò)以專網(wǎng)方式搭建數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)航空裝備產(chǎn)業(yè)鏈信息共建共享。管理者通過數(shù)據(jù)中心和相關(guān)信息系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控所有飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)維修狀況，實(shí)現(xiàn)宏觀決策和直達(dá)指揮。與航空設(shè)計(jì)、制造單位建立起信息共享的網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，使設(shè)計(jì)單位實(shí)時(shí)掌握航空產(chǎn)品使用情況，促進(jìn)航空裝備技術(shù)改進(jìn)和改型，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈合作和航空裝備維修協(xié)作。

2.4 構(gòu)建數(shù)字化航空維修體系

對(duì)航空維修現(xiàn)場加大自動(dòng)化電子信息技術(shù)應(yīng)用，加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和處理的管控，廣泛應(yīng)用條碼等自動(dòng)化電子信息技術(shù)，廣泛采用PDA、PMA等便攜式移動(dòng)信息設(shè)備，在生產(chǎn)現(xiàn)場搭建無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，與產(chǎn)品一起建立移動(dòng)式信息處理點(diǎn)，確保信息采集的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，提高信息采集效率，為信息化應(yīng)用創(chuàng)造自動(dòng)化條件。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)庫使維修信息和資源(故障庫、維修經(jīng)驗(yàn)庫、技術(shù)資料、零部件供應(yīng)等)充分共享，將信息系統(tǒng)真正延伸到生產(chǎn)管理之中。

數(shù)字化維修的重要特點(diǎn)是“事前性”、“實(shí)時(shí)性”。要達(dá)到這個(gè)要求，必須對(duì)飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有準(zhǔn)確的監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲得飛機(jī)的相關(guān)狀態(tài)信息，包括飛機(jī)對(duì)象和資源狀態(tài)及維修活動(dòng)過程。［1］傳統(tǒng)人工故障檢測難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品性能變化的規(guī)律，依靠“預(yù)防性”維修方式防止嚴(yán)重故障的發(fā)生，造成過多的無效檢查和資源浪費(fèi)，因此，對(duì)飛機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測手段有必要進(jìn)行變革。應(yīng)用傳感器等先進(jìn)狀態(tài)監(jiān)控飛機(jī)維修性參數(shù)(DMMH)，研究開發(fā)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)控方法與手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)械、電子系統(tǒng)和部件的全機(jī)多傳感器監(jiān)測，包括疲勞、環(huán)境損傷和偶然損傷、腐蝕的及時(shí)監(jiān)測，形成飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握維修信息。［6］

工卡既是工人實(shí)施維修工作的現(xiàn)場指南，又是現(xiàn)場維修記錄，具有較強(qiáng)的操作性和修理記錄的完整性、真實(shí)性和可追溯性。用工卡技術(shù)將維修過程的信息結(jié)構(gòu)化，信息內(nèi)容生產(chǎn)化，再細(xì)化生產(chǎn)過程控制。將質(zhì)量控制和信息應(yīng)用向操作層前移，將信息系統(tǒng)真正延伸到生產(chǎn)管理之中，還拓展工卡管理信息系統(tǒng)功能。以工卡管理信息系統(tǒng)為核心，ERP系統(tǒng)為主線，結(jié)合生產(chǎn)流程，高度集成制造廠維修手冊、維修計(jì)劃文件等技術(shù)資料信息，集成各系統(tǒng)日常生產(chǎn)管理應(yīng)用功能，作為公共信息化工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理、質(zhì)量監(jiān)控和生產(chǎn)成本控制等的一體化管理。

通過信息技術(shù)和管理機(jī)制促進(jìn)航空裝備故障信息的共建共享。

1)統(tǒng)一航空裝備故障信息結(jié)構(gòu)，規(guī)范故障統(tǒng)計(jì)、輸入格式;總結(jié)和積累修理經(jīng)驗(yàn)，將歷史故障數(shù)據(jù)和專家排故經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)化，分機(jī)型建立航空裝備故障數(shù)據(jù)庫。

2)建立故障信息收集電子化渠道，對(duì)航空裝備制造、使用、維護(hù)過程中存在的不適航信息進(jìn)行及時(shí)收集、整理和分析，不斷補(bǔ)充修理中發(fā)現(xiàn)的故障及排除方法，成為航空修理系統(tǒng)公共故障研究和決策的信息平臺(tái)，成為航空修理系統(tǒng)的知識(shí)庫，定期分析典型故障、重復(fù)多發(fā)故障，研究復(fù)雜數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)故障問題的規(guī)律性，系統(tǒng)地調(diào)查和分析發(fā)生差錯(cuò)的原因，采取積極主動(dòng)糾正措施，防止差錯(cuò)再次發(fā)生，規(guī)避維修質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提升飛機(jī)維修的可靠性。

基于互連互通的航空修理網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心、故障管理系統(tǒng)，建立遠(yuǎn)程故障專家診斷系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)故障信息和資源能夠網(wǎng)上共享和異地專家合作，裝備修理“故檢前移”，航空修理實(shí)時(shí)指導(dǎo)和監(jiān)控，多地專家和技術(shù)人員協(xié)同完成高難度、綜合性維修保障任務(wù)，提高遠(yuǎn)程維修效率。

IETM把一整套飛機(jī)修理文檔或手冊存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，信息的格式和樣式得到優(yōu)化，信息元素相互關(guān)聯(lián)，用戶與技術(shù)信息的交互性強(qiáng)，將飛機(jī)所需的有關(guān)故障查找與維修方面的全部技術(shù)信息集合到數(shù)據(jù)庫中，為用戶智能化地提供故障診斷和查找程序，使維修人員在任何需要的時(shí)間、場所和地點(diǎn)獲得充分的信息支持，并可嵌入便攜式維修輔助裝置(PMA)和自動(dòng)測試設(shè)備中。IETM將預(yù)防性維護(hù)能力和診斷性維修能力結(jié)合在—起，最適用于維修手冊，是航空裝備保障信息化技術(shù)研究和應(yīng)用的方向。以航空裝備資料數(shù)字化建設(shè)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化工卡為牽引，參照S1000D規(guī)范，分機(jī)型逐步實(shí)施航空裝備維修交互式電子技術(shù)手冊(IETM)。

虛擬維修技術(shù)(VMT)是利用計(jì)算機(jī)模型、仿真軟件等手段來輔助或?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的維修(維修性設(shè)計(jì))的技術(shù)。虛擬仿真維修訓(xùn)練是國際先進(jìn)發(fā)達(dá)國家航空裝備維修訓(xùn)練的重要手段，對(duì)于航空裝備維修這種復(fù)雜系統(tǒng)的高難度和高成本訓(xùn)練能夠明顯提高效率，降低成本。通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字化維修技術(shù)，分機(jī)型和工種構(gòu)建航空裝備修理虛擬仿真系統(tǒng)，改進(jìn)員工培訓(xùn)方式，提高員工培訓(xùn)效率，降低員工培訓(xùn)成本，減少維修培訓(xùn)安全風(fēng)險(xiǎn)，改善培訓(xùn)效果。

1)構(gòu)建聯(lián)合維修信息系統(tǒng)

按網(wǎng)絡(luò)中心化架構(gòu)集成各航空裝備維修應(yīng)用系統(tǒng)，將多個(gè)維修保障信息源綜合集成，把維修保障需要的信息變成易于攜帶和可配置的系統(tǒng)，研制與應(yīng)用維修協(xié)同平臺(tái)，依靠信息交互能力的優(yōu)越性，改善維修保障質(zhì)量。航空裝備保障產(chǎn)業(yè)鏈信息集成，搭建聯(lián)合維修綜合保障信息系統(tǒng)，做到全維全程一體化通信保障，多維一體化情報(bào)共享，航空裝備維修全系統(tǒng)、全壽命管理，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合維修、協(xié)同維修和精確化聯(lián)合保障，以滿足靈活調(diào)動(dòng)的維修保障能力和綜合、復(fù)雜系統(tǒng)的維修保障能力。

2)構(gòu)建航空裝備修理企業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟

通過信息技術(shù)使航修單位具備按項(xiàng)目動(dòng)態(tài)配置維修資源的能力，通過信息化手段建立航空修理企業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成形式上是虛擬的、邏輯上是實(shí)體的“航修集團(tuán)”，優(yōu)化資源配置，動(dòng)態(tài)調(diào)配資源，形成“大航修”集團(tuán)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和市場競爭力，極大增強(qiáng)全系統(tǒng)競爭實(shí)力，承接大型綜合維修項(xiàng)目、應(yīng)急搶修項(xiàng)目，降低總體維修成本，參與民航競爭和國際競爭，形成集團(tuán)化效應(yīng)。

3 結(jié)論

1)數(shù)字化維修是理論，是技術(shù)，更是管理，需要不斷創(chuàng)新、發(fā)展。航空修理系統(tǒng)實(shí)施數(shù)字化維修，根本目的是提高效率、節(jié)約資源、保障安全、提高水平、提升能力和競爭力。

2)構(gòu)建數(shù)字化維修體系是一項(xiàng)系統(tǒng)工程、價(jià)值工程和戰(zhàn)略工程。要遵循數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化三元發(fā)展，相互影響，相輔相成，協(xié)調(diào)發(fā)展。

3)數(shù)字化維修對(duì)航空修理系統(tǒng)是大勢所需，也是大勢所趨。把數(shù)字化維修思想、理論、技術(shù)與航空修理實(shí)際結(jié)合起來，是一個(gè)大課題。這里只對(duì)體系構(gòu)建作初步設(shè)想，數(shù)字化技術(shù)、技術(shù)方案、實(shí)施策略和管理變革等方面具體內(nèi)容還需進(jìn)一步深入研究。

［1］鄭永靖.民用飛機(jī)數(shù)字化綜合維修信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.武漢:華中師范大學(xué)出版社，2004.

［2］張恒喜.數(shù)字化維修理論與技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

［3］張中波.民航數(shù)字化維修的應(yīng)用與發(fā)展［J］.航空維修與工程，2007，(4).

［4］孫偉，左洪福.面向未來的民航自治化維修［J］.江蘇航空，2007，(3).

［5］趙亮清，李智，顏寧.裝備的綠色維修綜述［J］.設(shè)備管理與維修，2009，(9).

［6］劉鵬鵬，閆新星.面向飛機(jī)維修過程的數(shù)字支援系統(tǒng)研究［J］.飛機(jī)設(shè)計(jì)，2010，(10).