数字化航空维修体系构想

2012-08-15蔡海鹏

长沙航空职业技术学院学报 2012年1期

刘斌，蔡海鹏

(1.空军某单位，北京 100084;2.长沙航空职业技术学院，湖南长沙 410124)

航空维修经历事后维修、定期预防性维修阶段后，随着故障监测诊断技术、网络技术、数据库技术和通信工程技术的发展，目前正向数字化维修也称状态维修方向发展。［1］数字化维修(digital maintenance)是一种面向未来的全新的思想理论，是一系列与信息技术密切相关的、以可靠性为中心的新的维修概念的总集成。［2］它将飞机状态、诊断结果、维修资源、人力配置、备件服务、制造厂商、供应商技术支援等各方面的文字、图表、语音等传统维修信息形式转换为数字信息，并综合运用计算机技术、数字通信技术、网络传输技术、检测和诊断技术、多媒体技术和智能化技术，将相关的功能系统(维修单位、航空公司、制造商、机组人员、其他运营商、适航当局等)有机地连成一体，使各种数字信息能实时或近实时地传递、处理、存储与交流，达到整个维修体系范围内的信息资源共享，最终实现飞机维修的诊断、监控、决策、通信、保障高度一体化。

1 航空数字化维修的必要性和意义

1.1 航空设计制造数字化与数字化维修

随着CAD/CAE/CAM、PDM和ERP的广泛应用和数字化工厂的出现，现代飞机设计制造的共同趋势是数字化。数字化制造本质上是产品制造信息的数字化，是将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一起来，应用数字技术对设计制造所涉及的所有对象和活动进行表达、处理和控制，从而在数字空间中完成产品设计制造过程，为数字化维修提供了现成资源。数字化维修贯穿新型飞机全寿命过程，并且，航空设计、制造及其产业链呈现出全球化、信息化、网络化、敏捷化、虚拟化等革命性的改变和倍速发展的态势，为飞机数字化维修提供了产业链支持。

1.2 航空维修的复杂性与数字化维修

现代航空设备集机械、电子、光学和信息技术等于一体，趋于精密化、一体化、系统化和智能化，其结构越来越复杂，集成度越来越高，费用越来越昂贵。在这种情况下，飞机维修所需知识以几何趋势不断增加，维修难度也越来越大。［3］虽然维修人力操作简易化，但单靠个人和单个组织不能完成复杂的系统维修工作，需要数字化故障定位和排故，需要航空产业链各个环节协同维修。同时，“适情维修”、“基于状态的监控”、“自治化维修”等新理念在航空维修领域应用实施，对航空维修保障技术也提出了更高的要求。［4］传统的以维修技术人员为中心的维修方式已经不能满足当前航空发展的需要，航空维修的复杂性使维修也需要信息化和智能化。

1.3 飞机性能监控与数字化维修

飞机维修质量对其性能和使用寿命影响很大，飞机的性能是设计、制造出来的，也是使用、维修出来的，其性能的发挥也越来越依赖于维修。传统的维修手段更多是依靠翻阅纸质文档或查看电子手册，依赖于维修者的个人经验、素养和技能，操作行为易受环境影响，易发生维修差错，航空维修影响或损害飞机性能。而数字化维修依靠先进信息化技术监控飞机性能状态(PHM)，通过自感应诊断技术、网络通信技术和数字化修复技术来保障飞机性能，维修质量可靠，飞机性能可控。

1.4 航空安全管理与数字化维修

世界航空安全的关注对象，在飞机结构简单的开始阶段是飞机机械部件;随着飞机机械设计的逐步完善，人为差错导致的事故反而更多，航空安全关注对象逐步转移到人，通过对人行为的优化来减少差错的发生。随着飞机系统复杂程度增加和系统间交联性增强，传统依靠人的经验和器官能力的维修方式已经不能保证航空安全，需要先进的维修技术和手段来弥补人机系统复杂难度和人的能力局限。据统计，航线技师通常会将维修时间的30%花在获取信息上，另外，维修技师通常是在时间很紧的情况下完成任务的，这又会进一步带来约15%的事故。数字化维修正是从技术和方法上促进了航空维修质量和航空安全。

1.5 绿色维修、集约维修与数字化维修

任何装备只要使用，就需要维修保障，在航空装备中维修保障起的作用尤其突出。目前，各种复杂航空装备的使用与保障费用很高。如何提高航空维修保障能力，降低装备全寿命费用，保证航空维修质量，是国内外航空面临的一个重要课题。数字化维修共享信息、维修高效、节约资源、综合环境影响和资源利用效率，是一种绿色维修和集约型维修。［5］我国民航(特别是南航和国航)在引进美国以及欧洲先进民用飞机的同时，也引进了先进的数字化维修技术，成本降低、效率提高、质量可控。

2 数字化航空维修体系构想

2.1 通过数字化维修促进航修技术和管理变革

数字化维修的特点是维修单元数字化、维修信息中心化、维修体系网络化、维修过程智能化、维修技术综合化、维修力量一体化。构建数字化航空维修体系，能够提高维修能力和维修效率，加快维修决策过程，改进维修管理方式，促进维修体系变革。航空维修数字化包括维修技术信息化，用数字化维修技术改造传统的维修技术内容和体系，改变维修方式;还包括管理思想的信息化，从传统手工操作、经验管理模式，变革为信息化管理和知识管理，提高航空维修质量和效率，提高航空维修保障能力和水平，促进装备维修向装备全系统、全寿命、全过程保障变革。

2.2 构建“网络中心化”的数字化维修体系

以网络为中心的航空维修是将系统探测、检视、预警系统，通信联络系统，指挥控制系统和武器系统组成一个以计算机为中心的信息网络体系。统一设计信息化框架(技术架构、组织架构、集成架构和安全架构)、信息平台(集成平台和中心数据库)和标准规范，统一各修理单位网络架构应用，建立数据标准体系，统一数据标准，统一接口标准，统一信息格式，强化信息交互和资源共享机制。通过网络互连、信息共享，实现应用集成。通过信息化管理，使航修单位从设计、制造、使用、维修及日常维护形成一个完全闭环的信息数据链，各个环节处于受控状态，并使管理成本得到有效控制，形成网络中心化的数字化修理体系，实现远程数据共享与维修、航空装备状态的远程监控、远程故障诊断与维修、装备维修的信息化决策与管理、技术资料的远程支持和备件的远程供应、全体系的状态感知与主动维修、精确维修与集中保障。

2.3 构建“共建共享”的航空修理数据中心

信息化建设是“三分技术，七分管理，十二分数据”。数据是基础，数据是核心，建设航空修理数据中心。按照统一规范和标准分机型建立航空装备设计制造、使用维护、维修三位一体的全寿命数据库，及时收集航空器制造、使用、维护过程中存在的不适航信息，并面向航空装备价值链拓展数据资源。数据库依托合适的各种网络以专网方式搭建数据中心，实现航空装备产业链信息共建共享。管理者通过数据中心和相关信息系统，实时监控所有飞机、发动机维修状况，实现宏观决策和直达指挥。与航空设计、制造单位建立起信息共享的网络交流平台，使设计单位实时掌握航空产品使用情况，促进航空装备技术改进和改型，促进产业链合作和航空装备维修协作。

2.4 构建数字化航空维修体系

对航空维修现场加大自动化电子信息技术应用，加强基础数据采集和处理的管控，广泛应用条码等自动化电子信息技术，广泛采用PDA、PMA等便携式移动信息设备，在生产现场搭建无线网络环境，与产品一起建立移动式信息处理点，确保信息采集的实时性与准确性，提高信息采集效率，为信息化应用创造自动化条件。同时，通过数据库使维修信息和资源(故障库、维修经验库、技术资料、零部件供应等)充分共享，将信息系统真正延伸到生产管理之中。

数字化维修的重要特点是“事前性”、“实时性”。要达到这个要求，必须对飞机的运行状态有准确的监控，实时获得飞机的相关状态信息，包括飞机对象和资源状态及维修活动过程。［1］传统人工故障检测难以准确发现产品性能变化的规律，依靠“预防性”维修方式防止严重故障的发生，造成过多的无效检查和资源浪费，因此，对飞机的状态监测手段有必要进行变革。应用传感器等先进状态监控飞机维修性参数(DMMH)，研究开发先进的状态监控方法与手段，实现对飞机机械、电子系统和部件的全机多传感器监测，包括疲劳、环境损伤和偶然损伤、腐蚀的及时监测，形成飞机状态监控系统，实时掌握维修信息。［6］

工卡既是工人实施维修工作的现场指南，又是现场维修记录，具有较强的操作性和修理记录的完整性、真实性和可追溯性。用工卡技术将维修过程的信息结构化，信息内容生产化，再细化生产过程控制。将质量控制和信息应用向操作层前移，将信息系统真正延伸到生产管理之中，还拓展工卡管理信息系统功能。以工卡管理信息系统为核心，ERP系统为主线，结合生产流程，高度集成制造厂维修手册、维修计划文件等技术资料信息，集成各系统日常生产管理应用功能，作为公共信息化工作平台实现现场管理、质量监控和生产成本控制等的一体化管理。

通过信息技术和管理机制促进航空装备故障信息的共建共享。

1)统一航空装备故障信息结构，规范故障统计、输入格式;总结和积累修理经验，将历史故障数据和专家排故经验结构化，分机型建立航空装备故障数据库。

2)建立故障信息收集电子化渠道，对航空装备制造、使用、维护过程中存在的不适航信息进行及时收集、整理和分析，不断补充修理中发现的故障及排除方法，成为航空修理系统公共故障研究和决策的信息平台，成为航空修理系统的知识库，定期分析典型故障、重复多发故障，研究复杂数据的内在关联性，发现故障问题的规律性，系统地调查和分析发生差错的原因，采取积极主动纠正措施，防止差错再次发生，规避维修质量风险，进一步提升飞机维修的可靠性。

基于互连互通的航空修理网络和数据中心、故障管理系统，建立远程故障专家诊断系统，使系统内故障信息和资源能够网上共享和异地专家合作，装备修理“故检前移”，航空修理实时指导和监控，多地专家和技术人员协同完成高难度、综合性维修保障任务，提高远程维修效率。

IETM把一整套飞机修理文档或手册存储在数据库中，信息的格式和样式得到优化，信息元素相互关联，用户与技术信息的交互性强，将飞机所需的有关故障查找与维修方面的全部技术信息集合到数据库中，为用户智能化地提供故障诊断和查找程序，使维修人员在任何需要的时间、场所和地点获得充分的信息支持，并可嵌入便携式维修辅助装置(PMA)和自动测试设备中。IETM将预防性维护能力和诊断性维修能力结合在—起，最适用于维修手册，是航空装备保障信息化技术研究和应用的方向。以航空装备资料数字化建设为基础，以数字化工卡为牵引，参照S1000D规范，分机型逐步实施航空装备维修交互式电子技术手册(IETM)。

虚拟维修技术(VMT)是利用计算机模型、仿真软件等手段来辅助或实现产品的维修(维修性设计)的技术。虚拟仿真维修训练是国际先进发达国家航空装备维修训练的重要手段，对于航空装备维修这种复杂系统的高难度和高成本训练能够明显提高效率，降低成本。通过应用虚拟现实技术和数字化维修技术，分机型和工种构建航空装备修理虚拟仿真系统，改进员工培训方式，提高员工培训效率，降低员工培训成本，减少维修培训安全风险，改善培训效果。

1)构建联合维修信息系统

按网络中心化架构集成各航空装备维修应用系统，将多个维修保障信息源综合集成，把维修保障需要的信息变成易于携带和可配置的系统，研制与应用维修协同平台，依靠信息交互能力的优越性，改善维修保障质量。航空装备保障产业链信息集成，搭建联合维修综合保障信息系统，做到全维全程一体化通信保障，多维一体化情报共享，航空装备维修全系统、全寿命管理，实现联合维修、协同维修和精确化联合保障，以满足灵活调动的维修保障能力和综合、复杂系统的维修保障能力。

2)构建航空装备修理企业战略联盟

通过信息技术使航修单位具备按项目动态配置维修资源的能力，通过信息化手段建立航空修理企业战略联盟，形成形式上是虚拟的、逻辑上是实体的“航修集团”，优化资源配置，动态调配资源，形成“大航修”集团规模经济效应和市场竞争力，极大增强全系统竞争实力，承接大型综合维修项目、应急抢修项目，降低总体维修成本，参与民航竞争和国际竞争，形成集团化效应。