面向知識工程的飛機裝配故障管理平臺設計與實現

（航空工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，成都 610092）

在飛機裝配過程中，任何部件的故障和處理方法都可能直接影響到飛機的調試和生產效率甚至影響產品質量[1]。隨著智能制造國家戰(zhàn)略的提出和航空技術的不斷發(fā)展，飛機裝配將自動化、信息化和數字化[2]逐漸運用到生產實際工作中，而這種技術的發(fā)展也導致飛機故障現象的多樣化及故障原因的復雜化[3]。針對飛機裝配過程中不同部件出現的故障，專家們提出了相應的記錄和防范措施。樊江等[4]提出了基于可復用面向對象的航空發(fā)動機典型故障管理系統，具有故障信息豐富、故障表達直觀、操作簡潔、查詢方便等優(yōu)點，有很強的工程實用價值。李欣欣等[5]針對飛機鉚接裝配中遇到的故障進行了合理化分析，并提出了解決方法，取得了令人滿意的效果。杜娟[6]提出從飛機裝配不協調問題的成因方面進行分析，提出了幾種合理的措施，以便于縮短周期，確保擁有良好的飛機協調性。然而，由于飛機裝配具有涉及業(yè)務面廣，流程復雜，故障類型多樣化，維護方法不好掌控等特點，現有方法理論無法有效解決飛機裝配所面臨的所有故障問題，如何科學、合理地處理、總結和積累故障成為飛機生產過程中提升效率和節(jié)約成本的關鍵。

知識工程是工程技術學科，其研究內容是如何組成由電子計算機和現代通信技術結合而成的新的通訊教育、控制系統，研究的中心是智能軟件服務，即研究編制程序，提供軟件服務[7]。本文針對某航空制造單位飛機裝配業(yè)務需求分析，研究了知識工程技術在飛機裝配故障管理中的應用，建立了一種面向知識工程的飛機裝配故障記錄、處理及統計平臺，采用Myeclipse 編程環(huán)境開發(fā)。平臺規(guī)范了故障填寫和處理流程，提升了各業(yè)務環(huán)節(jié)飛機調試效率、測試效率以及生產效率。

1 飛機裝配故障類型和特點分析

故障的概念以故障類型為核心，同一故障在不同裝配流程中可以有不同的表現模式，同一故障模式可由多個故障歸納而成。對同一故障類型從多角度分析，可以總結出詳細的故障信息，根據具體的故障信息可簡化調試和測試工作，形成知識體系，便于后續(xù)避免故障發(fā)生[8]。通過對某航空制造單位業(yè)務調研，在飛機裝配過程中存在的故障類型主要包括裝配類、機械調試類和通電測試類，且呈樹狀形式分布，如圖1所示。

飛機裝配流程要經過零部件的安裝、大部件裝配、整機裝配、分系統試驗及整機綜合性能試驗等一系列過程，涉及大量零件、成品、標準件的組裝裝配，也涉及多個部門和人員的協作，在此過程中，故障可以是任何部件、子部件或零件，也可以是各測試環(huán)節(jié)中參數設置故障或調試情況下的系統故障，因此飛機裝配故障數量較多，如若不及時發(fā)現并完善，會影響后續(xù)的安裝及調試工作，甚至影響整個飛機的性能。

在飛機完成整體裝配之后，要對飛機各部件的性能進行機械調試以及各項系統通電測試試驗，驗證裝配過程的完整性和準確性，保證飛機滿足自身的設計性能。

通過對以上問題及故障隱患進行總結，在飛機裝配環(huán)節(jié)主要存在以下問題：

（1）故障形式零散，記錄內容分散。傳統的故障及問題解決方法都是由有經驗的師傅口頭傳授，沒有形成統一知識。

（2）飛機裝配環(huán)節(jié)零部件數量龐大，每一項裝配流程都涉及到多個部門或人員參加，故障形式無法掌控，問題較難及時處理。

（3）故障信息處理能力較弱。傳統故障沒有統一記錄模式，導致記錄混亂，無法準確地對故障類型進行統計和分析，數據共享性差。

2 故障管理平臺總體框架及流程設計

2.1 故障管理平臺體系框架

飛機裝配故障管理平臺采用B/S (Browser/Sever)模式，從平臺結構和邏輯組成出發(fā)，將總體結構分為用戶層、功能層和數據層。用戶層主要設置人員操作權限，是平臺的入口。功能層包括平臺實現的各項主要功能，是平臺的核心。數據庫主要對故障數據的存儲和知識庫的建設，是平臺的基礎。具體框架結構如圖2所示。

2.2 操作流程設計

在用戶層，平臺主要對用戶角色類型進行設置，以實現用戶操作權限的控制與管理，其中，管理員權限用戶具有全部功能的操作權限，部分用戶僅具有查看和統計權限，部分用戶具有對故障信息處理的權限。

在功能層，根據當前飛機裝配過程對存在故障問題的人工記錄和操作情況進行分析，平臺所涉及的功能模塊包括添加功能模塊、修改功能模塊、查看功能模塊、刪除功能模塊、導出功能模塊和統計功能模塊。對于添加功能模塊，操作人員發(fā)現現場故障之后，首先要對故障信息進行規(guī)范化記錄，包括故障發(fā)生的工段/站位、類別、AO、系統、制單人、處置狀態(tài)、故障描述、處理方法等信息，而后將信息及時錄入平臺內進行記錄。對于平臺修改功能模塊，操作人員通過主頁面故障列表選擇要修改的故障信息，點擊進入修改頁面進行信息修改完善。對于刪除功能模塊，操作人員需在主頁面故障列表中選擇要刪除的數據，點擊刪除按鈕，刪除信息無法恢復，故平臺對于刪除操作設置了刪除提醒功能，以防止操作失誤帶來的數據丟失等危害。操作人員對數據進行修改和刪除操作，系統會將信息提交給主管領導，由主管領導進行審核，對不符合要求的操作駁回，對符合要求的操作進行確認，從而更加有效地控制故障數據的真實性和完整性。對于查看操作模塊，操作人員進入主頁面之后，選擇相應記錄，雙擊記錄所在行或者單擊選中該條記錄，單擊查看按鈕即可。部分功能流程如圖3所示。

圖1 飛機裝配故障類型Fig.1 Types of aircraft assembly failures

圖2 故障管理平臺體系框架Fig.2 Framework of fault management platform

圖3 故障管理平臺功能流程圖Fig.3 Functional flow chart of fault management platform

在數據層，平臺采用統一的數據庫Oracle 存儲故障信息，用戶在Web 瀏覽器端訪問的是同一個數據庫，保證了故障信息的一致性和數據源的統一性。

3 故障管理平臺實現及應用效果

3.1 故障管理平臺的開發(fā)

平臺的開發(fā)主要包括3 大模塊，分別是前端設計模塊、后端開發(fā)模塊以及數據庫設計模塊。其中，前端開發(fā)模塊采用Javascript 編程語言，頁面設計采用JSP 技術實現，系統界面采用鼠標操作，簡單且實用；后端開發(fā)模塊采用Java 語言并在Myeclips 環(huán)境下進行編寫，編程過程可視化，編程效率高，容易實現與數據庫的訪問[9]；數據庫設計模塊采用Oracle 進行數據表設計，根據故障信息類型，將信息進行結構化存儲。

系統采用B/S模式開發(fā)，瀏覽器通過Web Server 同數據庫進行數據交互，這樣一方面簡化了客戶端載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，另一方面滿足了系統穩(wěn)定性、保密性的要求。

3.2 故障管理平臺的應用效果

某航空制造單位飛機裝配環(huán)節(jié)現場故障問題頻發(fā)，且種類多樣，傳統做法是以口頭通知和傳授為主，導致故障調試效率低，反復性工作量大，調試方法沒有形成知識性文件以供后續(xù)員工學習和掌握。2018年10月使用故障管理平臺以后，實現了故障類別、詳情描述、處理方法、處理人和處理時間、當前狀態(tài)等信息的結構化記錄和準確、完整的存儲，根據不同篩選條件統計相應故障信息，對故障現象進行簡單分析，實現了故障知識的可視化管理，可利用率更高。系統的典型界面如圖4~6所示。

目前該平臺具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，操作方便簡潔，人機界面友好。平臺主要特點包括：

（1）故障記錄文字化、結構化。改變了傳統故障處理只限于口頭傳述和靠經驗解決問題的弊端，將故障以文字的形式記錄在平臺內，為后續(xù)工作提供知識儲備和技術支持。

（2）信息及時記錄和共享。平臺通過對故障的信息化管控，將數據信息存放到統一的平臺上，實現了跨部門、多系統的信息共享。

（3）較強的查詢統計功能。平臺提供了故障數據統計功能，可實現故障分類統計，便于工作人員對故障進行分析和決策，通過統計分析，對于常規(guī)性故障可以實現預防的功效。

（4）用戶體驗良好?；赪eb結構使平臺易于操作、管理和維護，使用非常方便。

4 結論

圖6 新增頁面Fig.6 Additional pages

通過分析航空制造企業(yè)飛機裝配生產過程中出現的故障及管理需求，提出了故障管理平臺整體架構，利用知識工程思想實現了模塊化的功能方法，并采用Myeclipse 編程環(huán)境實現了平臺結構化的開發(fā)。通過平臺的實施，規(guī)范了飛機裝配各類故障現象的記錄和統計，形成了統一知識體系，有效解決了飛機裝配過程中的故障類型多樣、同一類型故障發(fā)生頻繁、處理難度大及時間長等問題，提高了信息管理水平和故障處理的及時性、準確性，為飛機裝配全面實現知識工程技術提供了知識儲備和前提基礎。目前該平臺運行穩(wěn)定可靠，具有操作簡潔、表達直觀、信息量豐富和查詢、統計方便等優(yōu)點，用戶反饋良好。由于系統還在不斷完善過程中，目前只能根據故障類型和記錄信息進行簡單的故障分析，后續(xù)工作要對平臺進行升級改進，運用先進的數據分析方法手段，進一步提高飛機裝配故障管理的信息化管控水平。