附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺的設(shè)計與應(yīng)用

■ 惠昭鼎 孫艷娜 李忠誠/1 中國南方航空股份有限公司技術(shù)分公司沈陽基地 沈陽北方飛機維修有限公司

0 引言

在智慧南航的背景下，南航子公司沈陽北方飛機維修有限公司作為南航機務(wù)改革的排頭兵，正在努力推動南航機務(wù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展，實現(xiàn)機務(wù)智慧維修。

飛機部附件維修行業(yè)門檻高、利潤大，市場前景廣闊，已成為包括OEM廠家在內(nèi)的航空業(yè)MRO利潤必爭點[1]，而智慧維修將進一步推高企業(yè)利潤空間，提升企業(yè)競爭力，為此建立一個附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺勢在必行。

1 平臺背景

在傳統(tǒng)飛機部附件修理行業(yè)中，不同類型部件涉及的關(guān)鍵技術(shù)、人員資質(zhì)、工具物料等資源繁雜，無論是附件維修管理還是具體的維修過程都面臨很多困難，主要如下。

1）生產(chǎn)計劃不科學(xué)。附件修理與航線維修、機體大修不同，附件種類繁多，而不同類別附件所需要的人員資質(zhì)、知識、技能都有較大差別，再加上附件修理業(yè)務(wù)增長，很多工作需要多線并行，計劃制定工程師對各車間各工段的情況了解不足，在制定計劃時無法兼顧效率與安全，因此原有的由人工或簡單計算機軟件排班計劃的方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求[2]。

2）管理及工作效率不高。附件修理管理一般通過電話、郵件等方式與工作者溝通協(xié)調(diào)，信息一般是按照層級進行層層傳遞，導(dǎo)致管理難度較大、溝通鏈條較長，嚴重影響附件修理管理效率[3]。

3）修理質(zhì)量控制困難。由于附件修理工作復(fù)雜、涉及資源多、并行工作多等原因，通常只能是授權(quán)指定人員監(jiān)控其負責(zé)的項目，而管理者要想了解一個部件的具體修理過程和進度，只能前往車間現(xiàn)場觀看詢問，導(dǎo)致管理者難以全面監(jiān)控并了解每個附件的修理情況[4]。

4）關(guān)鍵技術(shù)受限。在具體維修過程中，經(jīng)常有技術(shù)資料、航材訂購、維修方案等被OEM 限制封鎖的情況，造成維修成本居高不下、維修能力無法突破等瓶頸問題。例如，由于國內(nèi)外政策等原因，經(jīng)常有部分航材、耗材無法訂購或訂購周期較長，嚴重影響附件修理成本和周期的情況，為此需要通過研發(fā)DMDOR 方案、自制件、代用品等方式突破壁壘，降本增效。但目前這些技術(shù)創(chuàng)新工作缺少相關(guān)的需求提出、研發(fā)數(shù)據(jù)分析、成果分享等環(huán)節(jié)的載體[5]。

2 平臺概述

針對上述傳統(tǒng)飛機部附件維修中管理困難和維修困難等問題，設(shè)計了附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺。

2.1 平臺演變歷史

附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺是基于SSH2.0 框架及SQLSERVER數(shù)據(jù)庫搭建的B/S 架構(gòu)服務(wù)系統(tǒng)，已有近20 年的歷史，歷經(jīng)三個版本，最初是2002 年開發(fā)的一款生產(chǎn)管理工具，2016 年升級為信息管理系統(tǒng)1.0 版本，再到2021 年升級為信息管理系統(tǒng)2.0 版本，即附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺。

智能化平臺不同于普通生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是通過長時間的歸納總結(jié)、分析實踐得出的一套預(yù)測算法模型，將各類客觀存在的物資調(diào)配問題、人員排班問題、數(shù)據(jù)統(tǒng)計問題統(tǒng)籌規(guī)劃，以數(shù)字預(yù)測結(jié)果推動實際工作運行，再將實際運行中遇到的各類情況反饋到算法模型中，不斷優(yōu)化其在維修工作中推進的效果，最終達到科學(xué)的資源分配。同時，算法模型還可在預(yù)測中突出資源消耗關(guān)鍵點，將維修工作中的實際痛點一一展現(xiàn)，指導(dǎo)技術(shù)人員有的放矢、重點突破，最大化降低成本或提升產(chǎn)值，解放更多的可分配資源用于技術(shù)攻堅，形成產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)。

2.2 平臺功能設(shè)計

附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺主要設(shè)計了數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)、算法分析環(huán)節(jié)、過程監(jiān)控環(huán)節(jié)、難點突破環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)5 大功能環(huán)節(jié)，如圖1 所示。

圖1 附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺五大功能環(huán)節(jié)

1）在數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)中，該平臺從南航FIADA、AEROHD、LeAps、ME 等系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)并進行篩選，解析原始故障信息，提供完整的系統(tǒng)錯誤碼或人為分析錯誤描述。系統(tǒng)抓取后將根據(jù)實際情況進行篩選，獲得平臺使用的標準錯誤描述。

2）算法分析環(huán)節(jié)將錯誤描述及維修件基本參數(shù)輸入至系統(tǒng)，由AI 智能平臺進行統(tǒng)計、分析、決策，形成科學(xué)的生產(chǎn)計劃。此環(huán)節(jié)由以下5 個大模塊組成。

?專家系統(tǒng)：自行研制的專家系統(tǒng)包含適航維修的各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)多年經(jīng)驗匯總收集并整理了多種情況的維修關(guān)鍵知識點，協(xié)助工作者快速定位快速解決問題。技術(shù)工程師負責(zé)此模塊的運作，勾選各項基本參數(shù)，如項目編號、特定件號、標準錯誤描述、錯誤關(guān)鍵字、TSR/TSN 區(qū)間等，并針對此類情況錄入解決方法，系統(tǒng)將自動給出最優(yōu)解決方案，協(xié)助工作者完成維修工作。

?APS 數(shù)據(jù)庫：涵蓋航材、工具、計量設(shè)備、飛機物料和各項耗材、資料等數(shù)據(jù)，用于協(xié)助系統(tǒng)縮小計算范圍，檢查資源缺失。技術(shù)工程師和工作者負責(zé)此模塊的運作，錄入項目或件號相關(guān)的各類參數(shù)，并可選擇等效航材、等效工具等，應(yīng)對周期計量、設(shè)備維修、新進工具、航材更迭等各類情況，為智能化分析提供準確的參考。

?維修經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫：包含每一類錯誤關(guān)鍵字的維修數(shù)據(jù)，是智能化平臺的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提供了針對故障的資源使用、維修方式、人員分配以及維修流程、時長等各類數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將自動記錄上述數(shù)據(jù)，無需人工維護。平臺系統(tǒng)通過各項用戶操作采集操作時長、應(yīng)用數(shù)據(jù)及用戶行為習(xí)慣，逐日、逐月或逐年匯總至大數(shù)據(jù)平臺。

?航材分析算法：利用樸素貝葉斯算法結(jié)合APS 數(shù)據(jù)庫、標準錯誤描述整理出的每一項航材的使用概率，為工作者或生產(chǎn)部門提前準備航材列表。樸素貝葉斯算法可利用較小的算力獲取極高的準確率，僅需提供與算法相關(guān)的特性即可解決每個APS 數(shù)據(jù)庫列出航材的二分法問題，協(xié)助工作者給出航材使用參考，迅速完成航材訂購工作。

?AI 智能排班：通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合上述資源分析所需航材、工具，再通過大數(shù)據(jù)分析結(jié)合人員當(dāng)前工期、技能、維修歷史、技能增幅等情況預(yù)估維修周期，最終形成生產(chǎn)計劃表。生產(chǎn)周期預(yù)測將涉及多項不穩(wěn)定因素，如航材訂購周期、人員技能、維修件損耗情況等，在給定周期后可能因各類突發(fā)因素影響計算準確率，故采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對周期進行預(yù)估，并借助其回歸模型不斷調(diào)整學(xué)習(xí)，以便不斷提高維修周期、生產(chǎn)計劃的準確率。

附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺算法分析環(huán)節(jié)技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺算法分析環(huán)節(jié)技術(shù)路線圖

3）在過程監(jiān)控環(huán)節(jié)中，進行多維度數(shù)據(jù)采集和邊緣計算，全方位監(jiān)控物流與邊緣設(shè)備狀態(tài)。使用二維碼、RFID、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)多維度進行數(shù)據(jù)采集；通過成本利潤分析，在需更換昂貴、采購周期長的航材或是需要超手冊修理或新工裝時，自動觸發(fā)難點突破環(huán)節(jié)；通過系統(tǒng)可以全方位跟蹤監(jiān)控維修進度，并通過二維碼或RFID 設(shè)備將專用設(shè)備與維修工作綁定，監(jiān)控采集設(shè)備使用頻度、測試數(shù)據(jù)和保養(yǎng)/維修情況等。

4）分析數(shù)據(jù)觸發(fā)難點突破警戒時，難點突破環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新孵化功能被激發(fā)，可發(fā)布課題招募信息，采用揭榜掛帥的方式組建攻關(guān)小組，借助MATLAB、ANSYS 等軟件進行模擬仿真，研發(fā)驗證DMDOR 方案，開發(fā)自制件代用品，通過3D 掃描打印、CATIA建模等手段設(shè)計制作工裝。此外，創(chuàng)新模塊的數(shù)據(jù)可以自我反饋，數(shù)據(jù)反饋到算法分析環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化算法。

5）在數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)中，平臺將附件航材修理成本、附件質(zhì)量分析預(yù)測等數(shù)據(jù)輸出至FIADA 等南航系統(tǒng)，為南航系統(tǒng)補充附件維修的相關(guān)數(shù)據(jù)。還可以將維修進度信息、估算出的下一年度航材消耗情況等輸出至航材等其他部門，方便各相關(guān)部門了解附件維修情況，控制航材庫存。通過系統(tǒng)可以監(jiān)控部件在翼數(shù)據(jù)，當(dāng)附件超過一些閾值時及時給出維護提示，保障飛機運行安全。

2.3 項目應(yīng)用成果

根據(jù)近幾年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，沈陽北方飛機維修有限公司在使用附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺后，各方面都有一定程度的提升。

1）生產(chǎn)計劃更加科學(xué)。使用平臺后，員工普遍反映生產(chǎn)計劃、排班計劃更加合理，不再出現(xiàn)“有的人閑，有的人忙”的情況，同時也杜絕了人員資質(zhì)不匹配、工具工裝使用分配不合理的情況，使用平臺后的第一年產(chǎn)能也因此大幅提升，在人員數(shù)量等其他條件基本不變的情況下，年產(chǎn)值增加8.8%。

2）管理、工作效率提升。在該平臺的支持下，管理者和工作者都可以從平臺上收發(fā)指令、簽批相關(guān)文件，真正實現(xiàn)了無紙化辦公。按照數(shù)據(jù)核算，使用平臺的第一年就節(jié)約各類溝通、簽批時間約3000h，該平臺有力提升了工作效率，縮短了溝通鏈條。

3）附件修理質(zhì)量提高。授權(quán)人員可以通過平臺監(jiān)控附件修理關(guān)鍵步驟，平臺也可以針對關(guān)鍵質(zhì)量點及時發(fā)出提示，對測試不合格數(shù)據(jù)給出警示，并從知識庫中調(diào)出相應(yīng)修理建議為工作者提供幫助。使用平臺后的第一年，附件索賠率下降近1%，提高了附件修理質(zhì)量。

4）突破技術(shù)壁壘。平臺中的創(chuàng)新孵化環(huán)節(jié)將科研攻關(guān)能力借助信息、網(wǎng)絡(luò)、AI 等技術(shù)發(fā)揮至極致，通過此平臺每年開發(fā)DMDOR 方案10 余項，自制件/代用品30 余項，工裝設(shè)備研制70余套，這些成果已獲得5 項軟件著作權(quán)、30 項實用新型專利、4 項發(fā)明專利和多項南航集團級別“五小”“金點子”獎勵。同時，創(chuàng)新孵化的數(shù)據(jù)自我反饋，不斷進行算法優(yōu)化與知識庫擴充。每年創(chuàng)造的價值超4000 萬元。

3 總結(jié)與展望

未來，附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺將繼續(xù)完善現(xiàn)有功能，實現(xiàn)技術(shù)迭代，不斷積累大數(shù)據(jù)、維修經(jīng)驗，后續(xù)還會從三個方面推動平臺升級。

1）AR 終端。未來計劃將該平臺的使用終端擴展至AR 眼鏡，通過語音識別等方式控制，徹底解放工作者的雙手，提高工作效率。AR 眼鏡可識別維修的關(guān)鍵點和測試的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，及時給出維修過程提示、步驟的維修標準及相關(guān)資料，輔助工作者的維修工作。可以實時通過AR 眼鏡進行附件維修遠程會診，實時傳輸視頻方便各專家異地研究飛機部件的疑難雜癥。

2）廠區(qū)智能物流。廠區(qū)智能物流要做到自動識別挑選所用航材部件，將要維修的部件和所需航材自動運輸?shù)焦の?，其中可以考慮的研究方向：第一、機器自動識別躲避障礙物，原理與掃地機器人和倒車雷達相似；第二、廠區(qū)劃線，機器人識別劃線，按照固定路線運輸；第三、知識產(chǎn)權(quán)申請功能，研發(fā)成果的數(shù)據(jù)、圖紙等都可以在平臺上自動抓取，按照設(shè)定好的技術(shù)交底書模板填寫對應(yīng)數(shù)據(jù)和基本內(nèi)容，再由專人完成修改后的專利申請等知識產(chǎn)權(quán)保護工作。

總地來說，附件維修管理與創(chuàng)新全景智能化平臺立足于實際附件修理工作，精準控制每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，具備了普通軟件、平臺、系統(tǒng)不具備的優(yōu)勢，該平臺不僅可以推廣到同類維修企業(yè)中，還可以結(jié)合不同的應(yīng)用場景進行修正，應(yīng)用于有類似需求的其他行業(yè)中。