航空部附件數(shù)字化修理應(yīng)用與思考

彭紹坤 王進(jìn) 胡旭東

摘要：本文以某航空部附件修理現(xiàn)場(chǎng)為主要研究對(duì)象，結(jié)合當(dāng)前部附件產(chǎn)品試運(yùn)行的U型數(shù)字化修理單元模式，以實(shí)現(xiàn)航空裝備數(shù)字化修理的必要性和后續(xù)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)為前提，對(duì)部附件產(chǎn)品數(shù)字化維修策略進(jìn)行闡述，為加快推動(dòng)航空裝備數(shù)字化高效維修和今后航空部附件修理數(shù)字化建設(shè)提供一定理論參考。

關(guān)鍵詞：航空維修；部附件；數(shù)字化

Keywords：aviation maintenance；accessories；digital

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息化、網(wǎng)絡(luò)化的概念深入人心，航空裝備修理行業(yè)的參與者不同程度地介入數(shù)字化修理中，致力于數(shù)字化修理的實(shí)現(xiàn)。全球新冠肺炎疫情的爆發(fā)加速了遠(yuǎn)程維修技術(shù)、便攜式維修輔助裝置（PMA）、交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）等數(shù)字化修理技術(shù)的應(yīng)用。航空裝備修理企業(yè)應(yīng)抓住重大變革機(jī)遇，在修理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，進(jìn)一步提高部附件產(chǎn)品修理水平，實(shí)現(xiàn)“四最”要求，推動(dòng)“質(zhì)量安全+”理念完全落地。

1 數(shù)字化修理目標(biāo)

飛行安全是航空裝備修理永恒的主題，在百年航空史中形成的飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)安全性分析和評(píng)估理論、方法經(jīng)過(guò)不斷升級(jí)發(fā)展形成了新一代的航空修理理論體系。數(shù)字化修理作為航空修理理論體系中的重要組成部分，將在現(xiàn)代航空裝備修理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。開展航空裝備數(shù)字化修理建設(shè)即是建設(shè)一個(gè)功能先進(jìn)、快捷高效、管理科學(xué)、完備準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定的數(shù)字化修理系統(tǒng)，具體應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）實(shí)現(xiàn)數(shù)字化資料和修理保障信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和職能化，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的實(shí)時(shí)查詢、檢索、更新和共享功能。

2）對(duì)航空裝備的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)故障、市場(chǎng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和分析，預(yù)測(cè)故障的發(fā)生頻率，為備件采購(gòu)與供應(yīng)提供決策支持。

3）航空裝備設(shè)計(jì)、制造、使用、修理和管理部門之間能實(shí)現(xiàn)信息的共享和交互。最大限度地利用相關(guān)資源，高效地完成航空裝備的修理任務(wù)。

4）完善數(shù)字化修理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)航空裝備修理過(guò)程的在線可視化指導(dǎo)和監(jiān)督。融合交互的信息源可在瞬間傳輸出去，使維修所需要的信息傳到維修人員手中，轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)信息，透明程度高，實(shí)現(xiàn)信息的充分共享，如遠(yuǎn)程技術(shù)支援力量可以處于千里之外，使修理人員有了“千里眼”和“順風(fēng)耳”。

2 部附件數(shù)字化修理應(yīng)用探索

基于當(dāng)前航空裝備修理模式，為探索部附件產(chǎn)品數(shù)字化修理的應(yīng)用，嘗試建立了U型部附件產(chǎn)品數(shù)字化修理單元，具體開展數(shù)字化電子影像分解、裝配、數(shù)字化結(jié)構(gòu)工卡應(yīng)用以及數(shù)顯采集的交聯(lián)等。

2.1 數(shù)字化電子影像分解、裝配技術(shù)

基于當(dāng)前影像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，建立了數(shù)字化維修輔助系統(tǒng)（見圖1），一是利用高像素全息照片進(jìn)行實(shí)物比對(duì)實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別，二是利用射線掃描技術(shù)進(jìn)行實(shí)物三維結(jié)構(gòu)尺寸比對(duì)實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別。在該系統(tǒng)建立過(guò)程中，使用了目前較為成熟的第一類數(shù)字識(shí)別技術(shù)，對(duì)部分部附件產(chǎn)品進(jìn)行分解、修理及裝配信息的采錄；針對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)工藝內(nèi)容重新構(gòu)架、優(yōu)化，明確了一線操作員工對(duì)產(chǎn)品分解的流程，理順了產(chǎn)品各零備件修理注意準(zhǔn)則，規(guī)范了產(chǎn)品裝配順序；針對(duì)人為操作易出現(xiàn)的部附件產(chǎn)品錯(cuò)裝、漏裝等問(wèn)題進(jìn)一步規(guī)避，要求操作人員對(duì)相關(guān)部附件產(chǎn)品全部維修周期進(jìn)行記錄存檔，為后續(xù)維修、返修提供溯源依據(jù)。

2.2 結(jié)構(gòu)化工卡

目前航空裝備修理仍采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)人工填寫產(chǎn)品數(shù)據(jù)的方式，不僅耗費(fèi)人力、時(shí)間，拉長(zhǎng)了部附件產(chǎn)品的維修周期，也增加了對(duì)航空部附件產(chǎn)品維修數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)及高效溯源的難度。數(shù)字化結(jié)構(gòu)工卡技術(shù)的有效應(yīng)用打破了原有紙質(zhì)工卡模式并成功鏈接到生產(chǎn)ERP系統(tǒng)，有針對(duì)性地隨產(chǎn)品下發(fā)到具體一線操作員工電腦，其內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)的連接進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品維修過(guò)程的切實(shí)有效的同步化數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)對(duì)各類數(shù)據(jù)的保存、歸類也為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化產(chǎn)品修理質(zhì)量提供了數(shù)據(jù)支撐。

2.3 數(shù)顯采集技術(shù)

結(jié)合數(shù)字化結(jié)構(gòu)工卡形式，修理現(xiàn)場(chǎng)配套采用VCA一鍵測(cè)量?jī)x、非接觸式輪廓測(cè)量?jī)x、數(shù)控全自動(dòng)拉壓彈簧試驗(yàn)機(jī)等數(shù)采量具（見圖2）、改造升級(jí)設(shè)備，各類數(shù)據(jù)直接傳遞到電子工卡中，使修理過(guò)程產(chǎn)品數(shù)據(jù)獲取更加準(zhǔn)確、快速、有效、方便，為產(chǎn)品修理提供準(zhǔn)確輸入，也使修理過(guò)程中檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、應(yīng)用有了可能。

3 部附件數(shù)字化修理策略

部附件修理作為整個(gè)航空裝備修理產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，具有“承上啟下”的作用，在開展航空裝備數(shù)字化修理建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)部附件數(shù)字化修理是不可逾越的一步。在總體層面上構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字化平臺(tái)，該平臺(tái)除建設(shè)硬件平臺(tái)外，主要工作是搭建軟件平臺(tái)，重點(diǎn)應(yīng)包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、修理BOM管理、計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）、數(shù)字化工卡管理和研發(fā)項(xiàng)目管理、飛機(jī)故障統(tǒng)計(jì)等系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)修理過(guò)程管理的數(shù)字化。

開展部附件數(shù)字化修理建設(shè)，首先要在上級(jí)部門整個(gè)數(shù)字化修理的大框架下開展，不可“單打獨(dú)斗”。其次可針對(duì)部附件產(chǎn)品的修理特點(diǎn)，進(jìn)行適合本修理環(huán)節(jié)的數(shù)字化建設(shè)，以提升修理質(zhì)量、縮短修理周期，實(shí)現(xiàn)精益化修理。當(dāng)前開展的部附件數(shù)字化修理實(shí)踐還處于探索階段，存在著諸多不足之處，后續(xù)需要圍繞產(chǎn)品修理質(zhì)量提升等方面開展數(shù)字化修理策略研究，主要包括以下幾項(xiàng)工作。

3.1 建設(shè)數(shù)字化修理單元

生產(chǎn)單元模式是一種基于追求無(wú)浪費(fèi)理念，以工作單元為基本組成對(duì)生產(chǎn)線合理布置，進(jìn)行單一或多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)方式。單元式生產(chǎn)可根據(jù)人員配備情況將生產(chǎn)線分為單人、多人循環(huán)類型，即U型布置。建立部附件產(chǎn)品修理U型單元式布局（見圖3），首先要依托上級(jí)部門ERP、NC系統(tǒng)，以結(jié)構(gòu)化工卡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，配套采用數(shù)采量具、輪廓測(cè)量?jī)x、影像測(cè)量設(shè)備，按照U型對(duì)修理工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行布置；其次組織開展部附件修理分工優(yōu)化，將不同崗位上修理的相同類別的產(chǎn)品集中到某一個(gè)崗位上，如不同型號(hào)的液電閥類產(chǎn)品可集中由兩至三人進(jìn)行修理，不僅能縮減修理周期，更能提高產(chǎn)品的修理質(zhì)量。

3.2 工裝設(shè)備的智能化改造

在部附件修理中需要依賴諸多工裝、設(shè)備對(duì)產(chǎn)品、零部件開展分解、檢測(cè)、試驗(yàn)等工序，設(shè)備（工裝）的精度、智能化程度在很大程度上決定了產(chǎn)品的檢測(cè)準(zhǔn)確度及工作效率?，F(xiàn)用工裝多為純手動(dòng)工裝，使用時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且部分工裝需要相應(yīng)的操作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備智能化程度較低，可通過(guò)研發(fā)、引進(jìn)適量的智能化工裝設(shè)備大大提高修理效率和修理精度。

鑒于現(xiàn)有設(shè)備自動(dòng)化程度差距明顯，多數(shù)設(shè)備處在手動(dòng)或半自動(dòng)化階段，且大多設(shè)備不具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)需手抄至工卡，給操作人員、檢驗(yàn)人員帶來(lái)不便。引進(jìn)、研發(fā)、改造具有數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)功能的設(shè)備可從以下幾個(gè)方面入手：對(duì)于半自動(dòng)化且具有智能數(shù)顯儀表的設(shè)備，增添工業(yè)計(jì)算機(jī)及相應(yīng)外設(shè)，改造相應(yīng)弱電柜增添數(shù)據(jù)采集模塊，改造控制模塊使整體設(shè)備具有更好的數(shù)字智能化，利用labview、組態(tài)王等工控軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上的顯示保存。對(duì)于不具有智能數(shù)顯儀表的設(shè)備，除增添計(jì)算機(jī)、弱電柜外還需增加相應(yīng)傳感器及數(shù)顯儀表。改造升級(jí)后的設(shè)備主要組成部分如圖4所示。

3.3 搭建數(shù)字化修理仿真平臺(tái)

數(shù)字化仿真技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)中利用三維虛擬環(huán)境使用戶能夠進(jìn)行相關(guān)分析和交互的技術(shù)。隨著航空裝備換代的加快，對(duì)裝備修理能力提出了更高的要求，對(duì)于一些部附件產(chǎn)品尤其是處于試修階段的產(chǎn)品，僅憑工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可能造成修理流程不合理甚至不正確的現(xiàn)象，利用數(shù)字化仿真技術(shù)可以減少修理過(guò)程中的不合理問(wèn)題。

工裝設(shè)備的數(shù)字化仿真可通過(guò)CATIA、UG、ANSYS、ADAMS等軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)仿真，使設(shè)計(jì)出的工裝直觀地表達(dá)出工裝的設(shè)計(jì)理念、安裝調(diào)試等方面的特點(diǎn)，為后續(xù)用戶開展工作打下基礎(chǔ)，縮短工裝設(shè)計(jì)周期，保證工裝產(chǎn)品質(zhì)量，輔助提升部附件產(chǎn)品修理業(yè)務(wù)的發(fā)展。修理裝配中干涉、裝配順序的數(shù)字化仿真可以預(yù)先模擬裝配過(guò)程，檢測(cè)出大部分在實(shí)際裝配中可能出現(xiàn)的干涉、順序不合理等問(wèn)題，使實(shí)際裝配過(guò)程中的出錯(cuò)率大大降低。修理線工藝布局仿真可以模擬各類部附件的修理流程，當(dāng)某一流程節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)特殊情況時(shí)可以快速尋找最優(yōu)解決方案，并具有輔助重新規(guī)劃布局的優(yōu)勢(shì)。

3.4 修理裝備的數(shù)字化

航空裝備修理作為設(shè)計(jì)、制造的延伸，在修理過(guò)程中也應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于三維的數(shù)字化技術(shù)，作為提升產(chǎn)品修理質(zhì)量的支撐。尤其是在開展部附件產(chǎn)品修理過(guò)程中，一是應(yīng)基于不同視角進(jìn)行產(chǎn)品分解，還應(yīng)體現(xiàn)產(chǎn)品分解中與每個(gè)分解元素相關(guān)的各種技術(shù)參數(shù)及技術(shù)文檔，進(jìn)行三維立體的數(shù)字化展示和裝配，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字樣機(jī)；二是圍繞部附件產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)，開展修理標(biāo)準(zhǔn)制定、修理工藝文件完善，以及工裝設(shè)備數(shù)字化仿真、修理裝配中干涉、裝配順序的數(shù)字化仿真等工作；三是將建立的部附件數(shù)字樣機(jī)應(yīng)用到故障模式和故障驗(yàn)證方面，找出故障發(fā)生的真實(shí)原因。另外，數(shù)字樣機(jī)還可應(yīng)用于日常教學(xué)等方面，提升新員工培養(yǎng)教育水平。

3.5 修理工卡設(shè)計(jì)的數(shù)字化

航空裝備的修理工作同時(shí)具備通用性和特殊性，修理工卡作為大修工作落實(shí)的重要技術(shù)文件也要體現(xiàn)這種特性，例如，同一機(jī)型的飛機(jī)大修工作可能有相當(dāng)數(shù)量的工作內(nèi)容是完全相同的，但同一機(jī)型下不同型號(hào)的飛機(jī)或同一機(jī)型、同一型號(hào)下的不同飛機(jī)之間因?qū)嶋H構(gòu)型的差異存在一定數(shù)量的不同的大修工作。如何簡(jiǎn)單有效地為不同的航空裝備制定恰當(dāng)?shù)男蘩矸桨覆⑸蛇m用的修理工卡（即制定個(gè)性化的修理方案）是修理工作始終要面對(duì)和解決的問(wèn)題。修理工卡的數(shù)字化不僅能實(shí)現(xiàn)修理工作的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，還能為航空裝備制定更有效的個(gè)性化修理方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

航空部附件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化修理將極大提高裝備的修理效率，改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。但數(shù)字化不會(huì)也不可能一蹴而就，需要先達(dá)到部附件修理局部數(shù)字化再達(dá)到各系統(tǒng)數(shù)字化集成，從而實(shí)現(xiàn)部附件修理全數(shù)字化應(yīng)用。

航空部附件的數(shù)字化修理應(yīng)軟硬結(jié)合、虛實(shí)相交。應(yīng)通過(guò)改造、研發(fā)、引進(jìn)智能化數(shù)字工裝設(shè)備及信息化指示設(shè)備等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)、提高修理現(xiàn)場(chǎng)硬件數(shù)字化程度；利用精益理念對(duì)各工作單元進(jìn)行優(yōu)化布局；利用相關(guān)軟件搭建部附件數(shù)字化修理仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)修理各個(gè)環(huán)節(jié)的模擬仿真及立體化教學(xué)；數(shù)字化智能工卡模板的研發(fā)試運(yùn)行可以使現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接添置到工卡相應(yīng)位置，該數(shù)字化智能工卡模板可根據(jù)具體飛機(jī)構(gòu)型差異做出相應(yīng)調(diào)整。最終，通過(guò)多模塊數(shù)字化集成實(shí)現(xiàn)航空部附件數(shù)字化修理的虛實(shí)交融、高集成度發(fā)展。

航空部附件數(shù)字化修理系統(tǒng)是多模塊集成的復(fù)雜系統(tǒng)，本文基于現(xiàn)有技術(shù)條件提出數(shù)字化建設(shè)初步設(shè)想，具體實(shí)施還需進(jìn)一步優(yōu)化探索。

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作者簡(jiǎn)介

彭紹坤，技術(shù)與培訓(xùn)中心發(fā)動(dòng)機(jī)主管工程師，從事國(guó)產(chǎn)殲擊機(jī)的航空裝備修理技術(shù)管理工作。