航空部附件數字化修理應用與思考

彭紹坤 王進 胡旭東

摘要：本文以某航空部附件修理現場為主要研究對象，結合當前部附件產品試運行的U型數字化修理單元模式，以實現航空裝備數字化修理的必要性和后續應達到的目標為前提，對部附件產品數字化維修策略進行闡述，為加快推動航空裝備數字化高效維修和今后航空部附件修理數字化建設提供一定理論參考。

關鍵詞：航空維修；部附件；數字化

Keywords：aviation maintenance；accessories；digital

0 引言

隨著信息技術的高速發展，信息化、網絡化的概念深入人心，航空裝備修理行業的參與者不同程度地介入數字化修理中，致力于數字化修理的實現。全球新冠肺炎疫情的爆發加速了遠程維修技術、便攜式維修輔助裝置（PMA）、交互式電子技術手冊（IETM）等數字化修理技術的應用。航空裝備修理企業應抓住重大變革機遇，在修理過程中實現數字化，進一步提高部附件產品修理水平，實現“四最”要求，推動“質量安全+”理念完全落地。

1 數字化修理目標

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、發動機安全性分析和評估理論、方法經過不斷升級發展形成了新一代的航空修理理論體系。數字化修理作為航空修理理論體系中的重要組成部分，將在現代航空裝備修理中發揮越來越重要的作用。開展航空裝備數字化修理建設即是建設一個功能先進、快捷高效、管理科學、完備準確、性能穩定的數字化修理系統，具體應實現以下目標：

1）實現數字化資料和修理保障信息的數字化、網絡化和職能化，實現相關信息的實時查詢、檢索、更新和共享功能。

2）對航空裝備的狀態實時監控，對故障、市場等數據進行自動采集和分析，預測故障的發生頻率，為備件采購與供應提供決策支持。

3）航空裝備設計、制造、使用、修理和管理部門之間能實現信息的共享和交互。最大限度地利用相關資源，高效地完成航空裝備的修理任務。

4）完善數字化修理過程，實現航空裝備修理過程的在線可視化指導和監督。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，轉化為實時信息，透明程度高，實現信息的充分共享，如遠程技術支援力量可以處于千里之外，使修理人員有了“千里眼”和“順風耳”。

2 部附件數字化修理應用探索

基于當前航空裝備修理模式，為探索部附件產品數字化修理的應用，嘗試建立了U型部附件產品數字化修理單元，具體開展數字化電子影像分解、裝配、數字化結構工卡應用以及數顯采集的交聯等。

2.1 數字化電子影像分解、裝配技術

基于當前影像識別技術的發展，建立了數字化維修輔助系統（見圖1），一是利用高像素全息照片進行實物比對實現智能識別，二是利用射線掃描技術進行實物三維結構尺寸比對實現智能識別。在該系統建立過程中，使用了目前較為成熟的第一類數字識別技術，對部分部附件產品進行分解、修理及裝配信息的采錄；針對傳統紙質工藝內容重新構架、優化，明確了一線操作員工對產品分解的流程，理順了產品各零備件修理注意準則，規范了產品裝配順序；針對人為操作易出現的部附件產品錯裝、漏裝等問題進一步規避，要求操作人員對相關部附件產品全部維修周期進行記錄存檔，為后續維修、返修提供溯源依據。

2.2 結構化工卡

目前航空裝備修理仍采用傳統的紙質人工填寫產品數據的方式，不僅耗費人力、時間，拉長了部附件產品的維修周期，也增加了對航空部附件產品維修數據的安全存儲及高效溯源的難度。數字化結構工卡技術的有效應用打破了原有紙質工卡模式并成功鏈接到生產ERP系統，有針對性地隨產品下發到具體一線操作員工電腦，其內部相關數據的連接進一步實現了對產品維修過程的切實有效的同步化數據記錄，同時對各類數據的保存、歸類也為后續數據分析和優化產品修理質量提供了數據支撐。

2.3 數顯采集技術

結合數字化結構工卡形式，修理現場配套采用VCA一鍵測量儀、非接觸式輪廓測量儀、數控全自動拉壓彈簧試驗機等數采量具（見圖2）、改造升級設備，各類數據直接傳遞到電子工卡中，使修理過程產品數據獲取更加準確、快速、有效、方便，為產品修理提供準確輸入，也使修理過程中檢測數據的采集、傳輸、應用有了可能。

3 部附件數字化修理策略

部附件修理作為整個航空裝備修理產業中的重要一環，具有“承上啟下”的作用，在開展航空裝備數字化修理建設中，實現部附件數字化修理是不可逾越的一步。在總體層面上構建相應的數字化平臺，該平臺除建設硬件平臺外，主要工作是搭建軟件平臺，重點應包括產品數據管理（PDM）、修理BOM管理、計算機輔助工藝（CAPP）、數字化工卡管理和研發項目管理、飛機故障統計等系統，以此實現修理過程管理的數字化。

開展部附件數字化修理建設，首先要在上級部門整個數字化修理的大框架下開展，不可“單打獨斗”。其次可針對部附件產品的修理特點，進行適合本修理環節的數字化建設，以提升修理質量、縮短修理周期，實現精益化修理。當前開展的部附件數字化修理實踐還處于探索階段，存在著諸多不足之處，后續需要圍繞產品修理質量提升等方面開展數字化修理策略研究，主要包括以下幾項工作。

3.1 建設數字化修理單元

生產單元模式是一種基于追求無浪費理念，以工作單元為基本組成對生產線合理布置，進行單一或多品種生產的生產方式。單元式生產可根據人員配備情況將生產線分為單人、多人循環類型，即U型布置。建立部附件產品修理U型單元式布局（見圖3），首先要依托上級部門ERP、NC系統，以結構化工卡進行驅動，配套采用數采量具、輪廓測量儀、影像測量設備，按照U型對修理工作現場進行布置；其次組織開展部附件修理分工優化，將不同崗位上修理的相同類別的產品集中到某一個崗位上，如不同型號的液電閥類產品可集中由兩至三人進行修理，不僅能縮減修理周期，更能提高產品的修理質量。

3.2 工裝設備的智能化改造

在部附件修理中需要依賴諸多工裝、設備對產品、零部件開展分解、檢測、試驗等工序，設備（工裝）的精度、智能化程度在很大程度上決定了產品的檢測準確度及工作效率。現用工裝多為純手動工裝，使用時費時費力且部分工裝需要相應的操作經驗，設備智能化程度較低，可通過研發、引進適量的智能化工裝設備大大提高修理效率和修理精度。

鑒于現有設備自動化程度差距明顯，多數設備處在手動或半自動化階段，且大多設備不具有數據存儲功能，試驗數據需手抄至工卡，給操作人員、檢驗人員帶來不便。引進、研發、改造具有數據記錄存儲功能的設備可從以下幾個方面入手：對于半自動化且具有智能數顯儀表的設備，增添工業計算機及相應外設，改造相應弱電柜增添數據采集模塊，改造控制模塊使整體設備具有更好的數字智能化，利用labview、組態王等工控軟件實現數據在計算機上的顯示保存。對于不具有智能數顯儀表的設備，除增添計算機、弱電柜外還需增加相應傳感器及數顯儀表。改造升級后的設備主要組成部分如圖4所示。

3.3 搭建數字化修理仿真平臺

數字化仿真技術是指在計算機中利用三維虛擬環境使用戶能夠進行相關分析和交互的技術。隨著航空裝備換代的加快，對裝備修理能力提出了更高的要求，對于一些部附件產品尤其是處于試修階段的產品，僅憑工程師的個人經驗可能造成修理流程不合理甚至不正確的現象，利用數字化仿真技術可以減少修理過程中的不合理問題。

工裝設備的數字化仿真可通過CATIA、UG、ANSYS、ADAMS等軟件進行三維設計仿真，使設計出的工裝直觀地表達出工裝的設計理念、安裝調試等方面的特點，為后續用戶開展工作打下基礎，縮短工裝設計周期，保證工裝產品質量，輔助提升部附件產品修理業務的發展。修理裝配中干涉、裝配順序的數字化仿真可以預先模擬裝配過程，檢測出大部分在實際裝配中可能出現的干涉、順序不合理等問題，使實際裝配過程中的出錯率大大降低。修理線工藝布局仿真可以模擬各類部附件的修理流程，當某一流程節點出現特殊情況時可以快速尋找最優解決方案，并具有輔助重新規劃布局的優勢。

3.4 修理裝備的數字化

航空裝備修理作為設計、制造的延伸，在修理過程中也應實現基于三維的數字化技術，作為提升產品修理質量的支撐。尤其是在開展部附件產品修理過程中，一是應基于不同視角進行產品分解，還應體現產品分解中與每個分解元素相關的各種技術參數及技術文檔，進行三維立體的數字化展示和裝配，實現真正的數字樣機；二是圍繞部附件產品的數字樣機，開展修理標準制定、修理工藝文件完善，以及工裝設備數字化仿真、修理裝配中干涉、裝配順序的數字化仿真等工作；三是將建立的部附件數字樣機應用到故障模式和故障驗證方面，找出故障發生的真實原因。另外，數字樣機還可應用于日常教學等方面，提升新員工培養教育水平。

3.5 修理工卡設計的數字化

航空裝備的修理工作同時具備通用性和特殊性，修理工卡作為大修工作落實的重要技術文件也要體現這種特性，例如，同一機型的飛機大修工作可能有相當數量的工作內容是完全相同的，但同一機型下不同型號的飛機或同一機型、同一型號下的不同飛機之間因實際構型的差異存在一定數量的不同的大修工作。如何簡單有效地為不同的航空裝備制定恰當的修理方案并生成適用的修理工卡（即制定個性化的修理方案）是修理工作始終要面對和解決的問題。修理工卡的數字化不僅能實現修理工作的標準化和規范化，還能為航空裝備制定更有效的個性化修理方案。

4 結束語

航空部附件實現數字化修理將極大提高裝備的修理效率，改善現場作業環境。但數字化不會也不可能一蹴而就，需要先達到部附件修理局部數字化再達到各系統數字化集成，從而實現部附件修理全數字化應用。

航空部附件的數字化修理應軟硬結合、虛實相交。應通過改造、研發、引進智能化數字工裝設備及信息化指示設備等手段來實現、提高修理現場硬件數字化程度；利用精益理念對各工作單元進行優化布局；利用相關軟件搭建部附件數字化修理仿真平臺，實現修理各個環節的模擬仿真及立體化教學；數字化智能工卡模板的研發試運行可以使現場試驗數據直接添置到工卡相應位置，該數字化智能工卡模板可根據具體飛機構型差異做出相應調整。最終，通過多模塊數字化集成實現航空部附件數字化修理的虛實交融、高集成度發展。

航空部附件數字化修理系統是多模塊集成的復雜系統，本文基于現有技術條件提出數字化建設初步設想，具體實施還需進一步優化探索。

參考文獻

[1] 高懷亮，許楠. 基于IETM的航空裝備數字化修理工藝系統建設需求分析[J].航空維修與工程，2018，320（2）：40-43.

[2] 馮軍，屠林輝，孫傳波. 隊屬工程裝備修理機構數字化修理工間及車廠建設[Z].中國工兵學會，2011.

作者簡介

彭紹坤，技術與培訓中心發動機主管工程師，從事國產殲擊機的航空裝備修理技術管理工作。