航空維修領(lǐng)域智慧工卡的研究與應(yīng)用

■ 孫頔 高賽 閻超/中國南方航空股份有限公司工程技術(shù)分公司

0 引言

航空安全是航空領(lǐng)域最重要的指標(biāo)。當(dāng)前，航空維修管理中強(qiáng)調(diào)依法維修的重要性及必要性，即所有的航空維修工作必須依據(jù)維修方案、手冊、工卡、指令等進(jìn)行。其中，工卡是整個(gè)維修過程中受人為因素影響最多的部分，一旦產(chǎn)生錯(cuò)誤，將對(duì)后續(xù)的維修質(zhì)量及飛行安全造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。工卡編寫人員應(yīng)依據(jù)有效的維修手冊和方案，參考規(guī)定的資料格式等要求編制有效的工作單卡，并保證工卡的時(shí)效性、精確性和完整性；維修工作實(shí)施者應(yīng)依據(jù)維修工卡中規(guī)定的工作步驟和方法完成維修工作任務(wù)，并在工卡上進(jìn)行相應(yīng)的維修記錄。因此，對(duì)工卡的審核和管理非常嚴(yán)格，這也是非常耗費(fèi)成本的一項(xiàng)工作。在整個(gè)航空維修工作的實(shí)施過程中，工卡的編寫環(huán)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。

1 傳統(tǒng)工卡管理現(xiàn)狀及其弊端

航空維修企業(yè)當(dāng)前的工卡管理形式多以人工手填、檢驗(yàn)和最終歸納整理為主，占用了大量的人力，需要較大的物理保存空間，一旦需要檢查、回顧，則耗時(shí)耗力，與當(dāng)前數(shù)字化轉(zhuǎn)型的形勢非常不匹配。

傳統(tǒng)維修記錄是通過工程師編寫工卡，由工作計(jì)劃部門按工作包的形式下發(fā)執(zhí)行，每個(gè)工作包中都有一整套工卡，從管理卡到作業(yè)卡；一線工作者接收工卡，打印紙版工卡，并在維修工作完成后逐項(xiàng)簽署；最后由質(zhì)量檢查部門回收紙版工卡，進(jìn)行檢查和存檔。

隨著航空業(yè)的高速發(fā)展，各家航司機(jī)隊(duì)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各自有維修基地和維修企業(yè)不得不投入大量人力物力回收整理工卡簽署記錄并確認(rèn)修理工作的準(zhǔn)確執(zhí)行。同時(shí)，由于維修工作執(zhí)行地點(diǎn)較為分散，確保每項(xiàng)維修記錄能及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋到質(zhì)量管理部門，成為了一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為了滿足紙版工卡的持單作業(yè)和簽署要求，航空維修企業(yè)每天不得不耗費(fèi)大量紙張和打印成本。這種低效率、高成本的工卡管理模式已無法適應(yīng)大型航司基地分布廣、機(jī)隊(duì)規(guī)模大、機(jī)型多樣化、維修工作深度深的需求。

2 提出解決方案

智慧工卡系統(tǒng)是依托新一代信息技術(shù)，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工卡數(shù)字化、可配置化和智能生成的新一代航空維修工卡管理系統(tǒng)。

智慧工卡系統(tǒng)不僅能夠解決工卡的數(shù)字化轉(zhuǎn)型問題，同時(shí)能夠解決工卡的智能化問題，更深層次地，是解決了航空維修領(lǐng)域維修工藝的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化難題，對(duì)于航空維修領(lǐng)域具有先進(jìn)創(chuàng)造意義。

3 智慧工卡的三階段

3.1 第一階段：實(shí)現(xiàn)工卡數(shù)字化

將原有的通過手工管理的工卡電子文件，以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，使用工卡時(shí)，根據(jù)不同類型、不同版本工卡的結(jié)構(gòu)，生成對(duì)應(yīng)的工卡文件使用。形成工卡數(shù)據(jù)庫，方便工卡的查詢和使用，并留存工卡使用過程數(shù)據(jù)。

1）工卡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述

工卡數(shù)字化的第一步就是將工卡的全部內(nèi)容變成結(jié)構(gòu)化的形式存入數(shù)據(jù)庫中，對(duì)應(yīng)工卡的表現(xiàn)內(nèi)容和內(nèi)在關(guān)聯(lián)的內(nèi)容都需要在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有所體現(xiàn)，如工卡上的編號(hào)和工作步驟等表現(xiàn)內(nèi)容，還包括部件名稱、工卡類型、模板路徑等關(guān)聯(lián)信息。

數(shù)字化工卡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容如表1 所示。

表1 工卡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2）從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)生成電子工卡的過程描述

首先從工卡數(shù)據(jù)庫中讀取對(duì)應(yīng)ID的工卡數(shù)據(jù)，然后將工卡數(shù)據(jù)表中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)逐一按照標(biāo)簽插入預(yù)先配置好的工卡模板內(nèi)，再按照工卡模板中存儲(chǔ)的格式生產(chǎn)工卡，最后在系統(tǒng)中展現(xiàn)出來，同時(shí)可以下載使用。整個(gè)電子工卡的生成過程如圖1 所示。

圖1 電子工卡生成過程

3.2 第二階段：實(shí)現(xiàn)工卡可配置化

工卡實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后，為了方便工卡的改版，需要實(shí)現(xiàn)工卡模板的可配置。由于工卡的改版很頻繁，因此不能工卡一改版就改變程序系統(tǒng)，所以工卡模板的可配置顯得尤為重要，這是工卡智慧化的必要條件。工卡可配置就是系統(tǒng)使用者可以自由定義工卡的格式、行列內(nèi)容、列表清單內(nèi)容等，并指定系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)與工卡中內(nèi)容的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成隨時(shí)可變的電子工卡形式，為工卡的靈活應(yīng)用提供必要的技術(shù)支撐。

1）可配置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

可配置工卡模板主要通過兩方面技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。一方面通過自定義表單形式，模擬電子文檔的錄入，逐一布局和定義工卡內(nèi)的元素，然后將元素與第一階段的數(shù)據(jù)庫字段相關(guān)聯(lián)，形成結(jié)構(gòu)化的工卡模板；另一方面，通過程序建立一個(gè)工卡使用場景，在工卡使用時(shí)，將對(duì)應(yīng)的工卡數(shù)據(jù)鏈接到定義好的結(jié)構(gòu)化工卡模板上，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)可調(diào)整的工卡，當(dāng)調(diào)整工卡內(nèi)的元素時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)化工卡模板進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可。

2）可配置的界面展示

在工卡模板配置界面，通過直觀的拖拉控件的形式，即可完成一張新工卡模板的配置工作，所見即所得。工卡配置工具如圖2 所示。

圖2 工卡配置工具

3.3 第三階段：實(shí)現(xiàn)工卡工藝的智能生成

工卡的形式問題通過前兩個(gè)階段已經(jīng)解決，但工卡的內(nèi)容主要還是依靠工程師的編寫。對(duì)于可以依托工程師經(jīng)驗(yàn)的工卡，可將工程師經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成一個(gè)模型，通過智能計(jì)算，在遇到相似問題時(shí)自動(dòng)形成工卡內(nèi)的工藝步驟，形成最終的智慧工卡解決方案。

復(fù)合材料修理中損傷的程度狀態(tài)各異，修理涉及的工藝復(fù)雜，既可以是機(jī)體定檢維修的一部分，又可以作為單獨(dú)部件修理任務(wù)進(jìn)行管理。以復(fù)合材料修理為例，對(duì)智能工卡工藝流程的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⑦^程進(jìn)行如下詳述。

1）方案決策池建立：整理處理工藝及方法的結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將技術(shù)工藝按照包括但不限于無損檢測技術(shù)、損傷去除手段、粘接修理程序、模具成型技巧、熱壓成型工法、材料許用值、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、性能測試手段、局部/整體成型、使用保障與修理維護(hù)等類別進(jìn)行分類，形成能夠針對(duì)一定的復(fù)合材料修理問題提供一整套解決方案的決策池。

2）工藝模型拆解：運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理手段，對(duì)歷史的修理處理方案進(jìn)行聚類分析，抽取同類維修場景，對(duì)比已有修理方案，針對(duì)一類維修工藝抽象出通用的工藝處理模型，該模型為可拆解組合的形式，即將工藝步驟分解到可在不同工藝流程中重復(fù)使用的程度。

3）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定：綜合提取大量復(fù)合材料部件的修理歷史結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，特別是超規(guī)范修理，依據(jù)經(jīng)前述分析處理后的電子化檔案和方案決策池，根據(jù)損傷部位、損傷形式、損傷尺寸和損傷材質(zhì)直接對(duì)應(yīng)相應(yīng)的檢測手段，然后根據(jù)檢測手段產(chǎn)生檢查結(jié)果，結(jié)合損傷部位、損傷形式、損傷尺寸和損傷材質(zhì)參數(shù)，智能化確定標(biāo)準(zhǔn)化的修理方案。標(biāo)準(zhǔn)制定完成后，車間工程師針對(duì)常見的復(fù)合材料修理工作，不再需要制定修理方案，只需依照系統(tǒng)生成的方案執(zhí)行即可。

4）標(biāo)準(zhǔn)測試、評(píng)估及修正：通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)的測試、評(píng)估和修正，最終實(shí)現(xiàn)損傷精確識(shí)別的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)基于損傷精確識(shí)別的工藝快速?zèng)Q策支持。

在使用維修方案時(shí)，將對(duì)應(yīng)的修理方案插入工卡的工藝過程中即可。如此，實(shí)現(xiàn)了工卡智慧化的第三步即工卡的智能生成。

4 結(jié)束語

本研究通過實(shí)現(xiàn)航空維修領(lǐng)域的工卡智慧化，更深層次地實(shí)現(xiàn)了航空維修工卡生成的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，提升了航空維修領(lǐng)域工卡及修理方案的數(shù)字化和智能化水平。