航空發動機燃油附件維修數字化管理方案實現

羅海潮

摘要：為滿足航空發動機燃油附件維修全生命周期數字化管理的需求，研究將零組件故檢工藝卡片解析為結構化數據模型的方法，將結構化數據模型應用于數字化管理系統，采集翻修過程中燃油附件零組件修前、修后外觀形貌變化及配合尺寸變化數據，形成維修對象數據庫，實現航空發動機燃油附件維修全生命周期數據積累和維修全過程數字化管理。

關鍵詞：航空發動機燃油附件；質量追溯；數據積累；結構化；數據解析；數據模型

Keywords：aero-engine fuel accessories；quality traceability；data accumulation；structured；data analysis；colony model

0 引言

航空發動機燃油附件維修（這里指使用一個返修間隔期后的翻修）需兼顧維修過程管理、維修數據積累和維修過程質量追溯，構建航空發動機燃油附件維修全生命周期數字化管理系統是最佳的解決途徑。傳統企業物料管理、人力資源管理及生產計劃已在SAP系統實現，在此基礎上構建維修過程數字化管理系統的最大挑戰是零組件故檢和修理過程數據信息的采集和管理。本文研究了故檢工藝的半結構化設計方法和將半結構化故檢工藝卡片解析為結構化數據模型的方法，對于實現航空發動機燃油附件維修全生命周期數字化管理具有重要的現實意義。

1 航空發動機燃油附件維修過程零組件故檢修理信息構成

航空發動機燃油附件維修流程可分為附件入場驗收檢查、附件分解、零組件故檢、零組件修理、零組件修后檢驗、附件集件、附件裝配調試、附件交付出廠。其中，附件處于分散的零組件狀態的工作環節為零組件故檢、零組件修理和零組件修后檢驗，這三個環節的所有工作均圍繞零組件的故檢開展，產生的信息數據均源于零組件故檢。由于零組件故檢是基于故檢工藝規程進行的，若故檢工藝卡片能實現結構化并解析為結構化數據模型應用于數字化管理體系，故檢修理過程產生的數字化信息數據就能從深度和廣度上全面滿足航空發動機燃油附件維修全生命周期數字化管理需求。按生成類型不同，零組件故檢、維修過程產生的數據可分為以下兩種數據信息類型。

1.1 基于時間維度的數據信息

每一個零組件在故檢、修理過程中的工作流程及其本身的工作狀態變化不盡相同，不同產品的零組件的自身狀態也不同，但總體而言，所有數據信息都可從時間維度上概括為“某零組件在某時被某操作人員進行某項操作后被某檢驗人員進行檢測確認，其狀態由某狀態變成某狀態”的信息結合，表示為：

A1=A0（P1，G1，P2，T0，T1）

其中，P1表示操作人員；P2表示檢驗確認人員；G1表示所進行的操作內容；T0表示進行該操作的時間起點；T1表示進行該操作的時間終點；A0表示進行該操作前的零組件狀態；A1表示完成該操作后零組件的狀態。將零組件故檢修理過程產生的數據信息按時間序列劃分的數據模型如圖1所示，數據僅在時間序列上進行分段存取，數據實例如圖2所示。

將維修過程產生的數據信息按時間序列劃分，數據只在時間序列上進行分段存取，基本上適用于附件維修全過程隨時間推進的信息流水記錄。

1.2 基于故檢、修理和修后檢驗過程的主數據信息

在零組件故檢、修理過程中，每個被操作對象都有對應的故檢要求、故檢結果、對應的維修措施、配件更換情況、維修結果、不合格品處理情況及修后檢驗結果。這些數據的構成邏輯相對復雜，數據格式多樣，需要構建專門的數據存儲模型，使不同維修對象維修過程產生的數據存儲結構化。零組件故檢、修理時數據信息形成過程如圖3所示。

要使這些數據信息存儲結構化，需構建一個能涵蓋零組件故檢、修理過程數據信息全部輸入和輸出的數據模型，在該數據模型中可實現將故檢工藝條款解析為故檢條款、輸入故檢數據和尺寸測量數據、展示故檢結論和對應維修措施、記錄修理過程配件更換情況、形成專用數據報表。數據結構模型概念視圖如圖4所示。

由數據模型可見，該模型的實現需解決操作人員信息識別、工件信息識別、故檢數據輸入和半結構化故檢工藝解析。其中，信息識別接口和數據輸入接口屬于常規方式，這里不做贅述。半結構化故檢工藝的科學設計是半結構化故檢工藝解析的前提，下文將對半結構化故檢工藝的設計和解析進行詳細闡述。

2 半結構化故檢工藝設計思路和實現

2.1 半結構化故檢工藝的設計思路

半結構化故檢工藝用于零組件故障檢查、零組件故障修理措施指引和零組件故障修理后檢查，要實現結構化數據模型中的功能和邏輯，半結構化故檢工藝應具備以下內容：

1）規定產品的型號、被故檢零組件的名稱和編號、被故檢零組件的標識區域；

2）每一條款都有檢測方法和工具，對于測量值應標明“計算”；

3）檢查出的問題有相應的處理規則，一般分為“報廢”“修理”和“不修理允許使用”三種；

4）每一條款檢查結果有相應的依據，對外觀常見故障進行窮舉以便勾選，尺寸測量結果自動判斷；

5）對于處理方法為“修理”的條款，應有對應的修理措施指引；

6）每一條款有修理后檢驗，即二次故檢。

這些內容相對獨立，可單獨提取、引用和迭代。數字化管理系統用于維修業務時，系統可根據當前被操作的零組件信息中的產品型號、零組件編號及當前維修訂單號，精確檢索到有效版本的工藝數據信息，對工藝信息進行提取和引用并復制到該零件的數據檔案中，形成唯一確定的工藝實例數據信息。半結構化故檢工藝模型如圖5所示。

2.2 半結構化故檢工藝設計思路實現

與眾多傳統企業一樣，本文所述的半結構化故檢工藝設計在基于PDM的CAPP系統內進行。結構化工藝是指通過對工藝卡片的表格化設計，在不同的表格欄目中表達不同的專項信息[1] 。在本文的結構化工藝設計過程中，由于零件故檢技術條件中的信息需在數字化管理系統中進行解析后二次提取關鍵字段，沒有做到完全結構化，故將其定義為半結構化故檢工藝。

表格化設計的工藝卡片首先要有產品型號、零件編號，這是業務驅動起始階段零件精準鎖定執行故檢內容并形成唯一工藝實例數據信息的關鍵字段；其次，在零件號關聯區域定義零件標識字段，用于在工藝實例數據中寫入零件標識；最后，定義零件故檢信息字段，按行排序逐項列舉故檢位置及技術條件、故檢不合格處理分類、檢測方法和工具、故檢結果分類、不合格項修理方法、修后檢驗結果和工藝備注，每項所在列區域固定。表格化設計的工藝卡片布局如圖6所示。

由于表格化設計的工藝卡片中每一單元格都表示不同的專項信息，以便應用時可精確提取和解析，所以需進一步編制和細化填寫規定：

1）為確保數據輸入的標準化，故檢項目中涉及邏輯運算的尺寸必須用CAPP本身固有的符號填寫，形位公差必須用漢字進行描述，不允許使用CAPP中的固有形位公差符號；

7）當遇到尺寸中帶有“max/min”且需要自動判斷尺寸合格/不合格時，需在尺寸前添加大寫的希臘字母“Φ”，若該尺寸并非外圓或內孔尺寸，則需在檢測方法和工具欄中注明“此處Φ代表XX”（“XX”表示厚度或長度）。

另外，由于半結構化故檢工藝在數字化管理系統中解析形成的工藝實例數據完成維修訂單后，所產生的零件故檢實例數據會在系統中鎖定狀態，不受后續工藝更改影響，因此，后續半結構化故檢工藝版本變更涉及到故檢項目增減時，為了確保歷史數據統計、對比和分析不與工藝更改沖突，應做相應更改。故檢項目減少時，應去掉該項目序號，對其他項目序號不作更改；故檢項目增加時，只能在檢查項目末尾增加相應檢查項目。在上述定義和規定下形成的半結構化故檢工藝示例如圖7所示。

3 半結構化故檢工藝解析

半結構化故檢工藝解析為結構化數據模型的過程是在數字化管理系統中進行的。首先，將PDM中CAPP系統里的工藝文件用數據交換技術導入到數字化管理系統，本文采用常見的XML文檔作為中間數據源文件。利用XML文檔作為中間數據源實現數據庫間信息的交換，需要將信息從源數據庫提取出來轉移到XML文檔，再將信息從XML文檔轉移到目的數據庫[2]。半結構化故檢工藝解析為結構化數據模型數據交換方式如圖8所示。

由于結構化工藝在不同的表格欄目中表達不同的專項信息以使數據交換到數字化管理系統中時可直接提取和使用，但零件故檢技術條件中的信息需在數字化管理系統中進行解析后二次提取關鍵字段并定義和解析其所需的運算邏輯，因此這里所說的解析是一個廣義上的概念，即不僅包含獨立數據單元格中信息的提取應用，還包含單元格中信息的二次解析和運算規則的提取。

零件故檢技術條件中的信息為描述性語句時，直接提取，將當前行的“一次故檢結果”列解析為兩個字段，其中第一個字段解析為選項“□合格□修理”，第二個字段解析為選項原因，如“□銹蝕□工作磨痕□壓傷#□金屬粘貼□磕碰傷□裂紋”（這些選項在半結構化故檢工藝中已窮舉列出）。

零件故檢技術條件中的信息為邏輯性語句時，按圖9所示的方法解析。

結構化數據模型實例數據示意如圖10所示。

4 結構化數據模型在數字化管理系統中的應用

半結構化故檢工藝解析為結構化數據模型后可在數字化系統中直接應用。結構化數據模型通過數字化管理系統客戶端掃描零組件二維碼觸發，系統定位所執行業務的所屬零組件，調取并顯示該零組件對應的結構化數據模型，生成實例數據，操作員掃描員工二維碼并錄入相應故檢數據后，更新實例數據

零件實例數據中包含零件的故檢要求、檢測階段、故檢結果、故檢人員、故檢時間、應執行的維修措施及配件更換，數據將隨后續修理和修后檢驗動態實時更新。

在產品維修期間，可隨時調取產品中任意零件的進展階段和當前操作環節，采取相應管控措施達到產品修理現場“入微”級管控狀態。

當產品交付出廠后，維修訂單關閉，實例數據被數字化管理系統鎖定為只讀狀態，可以隨時通過數據調取進行精準質量追溯，還可對同一零件進行不限數量的多頻次修理數據統計、對比和分析，達到修理數據積累的目的。

結構化數據模型在數字化管理系統中的應用邏輯示意如圖11所示。

5 結束語

通過研究故檢工藝的半結構化設計方法和將半結構化故檢工藝卡片解析為結構化數據模型的途徑，有助于實現航空發動機燃油附件維修全生命周期數字化管理。結合生產現場的應用實踐，得出以下結論：

1）半結構化故檢工藝解析為結構化數據模型，邏輯嚴密，適用的生產場景廣泛，可廣泛應用于航空發動機產品維修，實現維修產品修理全生命周期數字化管理；

2）采用結構化故檢工藝解析為結構化數據模型可全面滿足產品質量追溯的需求；

3）采用結構化故檢工藝解析為結構化數據模型的數字化管理系統可深度滿足產品修理全生命周期數據積累的要求。

參考文獻

[1]劉宏陽，馬強，趙書萍.結構化工藝在衛星總裝過程的應用改進[J].航天器環境工程. 2011，28（5）：499-502.

[2]呂祎，陶振凱.基于XML的數據交換的研究與實現[J].計算機光盤軟件與應用. 2012（16）.