航空維修領域智慧工卡的研究與應用

■ 孫頔 高賽 閻超/中國南方航空股份有限公司工程技術分公司

0 引言

航空安全是航空領域最重要的指標。當前，航空維修管理中強調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維修方案、手冊、工卡、指令等進行。其中，工卡是整個維修過程中受人為因素影響最多的部分，一旦產生錯誤，將對后續的維修質量及飛行安全造成潛在風險。工卡編寫人員應依據有效的維修手冊和方案，參考規定的資料格式等要求編制有效的工作單卡，并保證工卡的時效性、精確性和完整性；維修工作實施者應依據維修工卡中規定的工作步驟和方法完成維修工作任務，并在工卡上進行相應的維修記錄。因此，對工卡的審核和管理非常嚴格，這也是非常耗費成本的一項工作。在整個航空維修工作的實施過程中，工卡的編寫環節起到至關重要的作用。

1 傳統工卡管理現狀及其弊端

航空維修企業當前的工卡管理形式多以人工手填、檢驗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，則耗時耗力，與當前數字化轉型的形勢非常不匹配。

傳統維修記錄是通過工程師編寫工卡，由工作計劃部門按工作包的形式下發執行，每個工作包中都有一整套工卡，從管理卡到作業卡；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簽署；最后由質量檢查部門回收紙版工卡，進行檢查和存檔。

隨著航空業的高速發展，各家航司機隊規模不斷擴大，各自有維修基地和維修企業不得不投入大量人力物力回收整理工卡簽署記錄并確認修理工作的準確執行。同時，由于維修工作執行地點較為分散，確保每項維修記錄能及時、準確地反饋到質量管理部門，成為了一項巨大的挑戰。為了滿足紙版工卡的持單作業和簽署要求，航空維修企業每天不得不耗費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大型航司基地分布廣、機隊規模大、機型多樣化、維修工作深度深的需求。

2 提出解決方案

智慧工卡系統是依托新一代信息技術，充分利用大數據、人工智能技術，實現工卡數字化、可配置化和智能生成的新一代航空維修工卡管理系統。

智慧工卡系統不僅能夠解決工卡的數字化轉型問題，同時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域維修工藝的標準化和智能化難題，對于航空維修領域具有先進創造意義。

3 智慧工卡的三階段

3.1 第一階段：實現工卡數字化

將原有的通過手工管理的工卡電子文件，以結構化數據的形式存儲于數據庫中，使用工卡時，根據不同類型、不同版本工卡的結構，生成對應的工卡文件使用。形成工卡數據庫，方便工卡的查詢和使用，并留存工卡使用過程數據。

1）工卡數據結構描述

工卡數字化的第一步就是將工卡的全部內容變成結構化的形式存入數據庫中，對應工卡的表現內容和內在關聯的內容都需要在數據結構中有所體現，如工卡上的編號和工作步驟等表現內容，還包括部件名稱、工卡類型、模板路徑等關聯信息。

數字化工卡數據結構的核心內容如表1 所示。

表1 工卡數據結構

2）從數據庫中讀取數據生成電子工卡的過程描述

首先從工卡數據庫中讀取對應ID的工卡數據，然后將工卡數據表中的各項數據逐一按照標簽插入預先配置好的工卡模板內，再按照工卡模板中存儲的格式生產工卡，最后在系統中展現出來，同時可以下載使用。整個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：實現工卡可配置化

工卡實現數字化后，為了方便工卡的改版，需要實現工卡模板的可配置。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，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使用者可以自由定義工卡的格式、行列內容、列表清單內容等，并指定系統內數據與工卡中內容的關聯關系，形成隨時可變的電子工卡形式，為工卡的靈活應用提供必要的技術支撐。

1）可配置的技術實現方法

可配置工卡模板主要通過兩方面技術手段實現。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的元素，然后將元素與第一階段的數據庫字段相關聯，形成結構化的工卡模板；另一方面，通過程序建立一個工卡使用場景，在工卡使用時，將對應的工卡數據鏈接到定義好的結構化工卡模板上，形成一個動態可調整的工卡，當調整工卡內的元素時，對結構化工卡模板進行相應調整即可。

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：實現工卡工藝的智能生成

工卡的形式問題通過前兩個階段已經解決，但工卡的內容主要還是依靠工程師的編寫。對于可以依托工程師經驗的工卡，可將工程師經驗總結成一個模型，通過智能計算，在遇到相似問題時自動形成工卡內的工藝步驟，形成最終的智慧工卡解決方案。

復合材料修理中損傷的程度狀態各異，修理涉及的工藝復雜，既可以是機體定檢維修的一部分，又可以作為單獨部件修理任務進行管理。以復合材料修理為例，對智能工卡工藝流程的經驗模型建立過程進行如下詳述。

1）方案決策池建立：整理處理工藝及方法的結構化和半結構化數據，將技術工藝按照包括但不限于無損檢測技術、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、質量控制標準、性能測試手段、局部/整體成型、使用保障與修理維護等類別進行分類，形成能夠針對一定的復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：運用大數據技術處理手段，對歷史的修理處理方案進行聚類分析，抽取同類維修場景，對比已有修理方案，針對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使用的程度。

3）技術標準制定：綜合提取大量復合材料部件的修理歷史結構化數據，特別是超規范修理，依據經前述分析處理后的電子化檔案和方案決策池，根據損傷部位、損傷形式、損傷尺寸和損傷材質直接對應相應的檢測手段，然后根據檢測手段產生檢查結果，結合損傷部位、損傷形式、損傷尺寸和損傷材質參數，智能化確定標準化的修理方案。標準制定完成后，車間工程師針對常見的復合材料修理工作，不再需要制定修理方案，只需依照系統生成的方案執行即可。

4）標準測試、評估及修正：通過對標準反復的測試、評估和修正，最終實現損傷精確識別的目標，實現基于損傷精確識別的工藝快速決策支持。

在使用維修方案時，將對應的修理方案插入工卡的工藝過程中即可。如此，實現了工卡智慧化的第三步即工卡的智能生成。

4 結束語

本研究通過實現航空維修領域的工卡智慧化，更深層次地實現了航空維修工卡生成的標準化和智能化，提升了航空維修領域工卡及修理方案的數字化和智能化水平。