航空部附件数字化修理应用与思考

彭绍坤 王进 胡旭东

摘要：本文以某航空部附件修理现场为主要研究对象，结合当前部附件产品试运行的U型数字化修理单元模式，以实现航空装备数字化修理的必要性和后续应达到的目标为前提，对部附件产品数字化维修策略进行阐述，为加快推动航空装备数字化高效维修和今后航空部附件修理数字化建设提供一定理论参考。

关键词：航空维修；部附件；数字化

Keywords：aviation maintenance；accessories；digital

0 引言

隨着信息技术的高速发展，信息化、网络化的概念深入人心，航空装备修理行业的参与者不同程度地介入数字化修理中，致力于数字化修理的实现。全球新冠肺炎疫情的爆发加速了远程维修技术、便携式维修辅助装置（PMA）、交互式电子技术手册（IETM）等数字化修理技术的应用。航空装备修理企业应抓住重大变革机遇，在修理过程中实现数字化，进一步提高部附件产品修理水平，实现“四最”要求，推动“质量安全+”理念完全落地。

1 数字化修理目标

飞行安全是航空装备修理永恒的主题，在百年航空史中形成的飞机、发动机安全性分析和评估理论、方法经过不断升级发展形成了新一代的航空修理理论体系。数字化修理作为航空修理理论体系中的重要组成部分，将在现代航空装备修理中发挥越来越重要的作用。开展航空装备数字化修理建设即是建设一个功能先进、快捷高效、管理科学、完备准确、性能稳定的数字化修理系统，具体应实现以下目标：

1）实现数字化资料和修理保障信息的数字化、网络化和职能化，实现相关信息的实时查询、检索、更新和共享功能。

2）对航空装备的状态实时监控，对故障、市场等数据进行自动采集和分析，预测故障的发生频率，为备件采购与供应提供决策支持。

3）航空装备设计、制造、使用、修理和管理部门之间能实现信息的共享和交互。最大限度地利用相关资源，高效地完成航空装备的修理任务。

4）完善数字化修理过程，实现航空装备修理过程的在线可视化指导和监督。融合交互的信息源可在瞬间传输出去，使维修所需要的信息传到维修人员手中，转化为实时信息，透明程度高，实现信息的充分共享，如远程技术支援力量可以处于千里之外，使修理人员有了“千里眼”和“顺风耳”。

2 部附件数字化修理应用探索

基于当前航空装备修理模式，为探索部附件产品数字化修理的应用，尝试建立了U型部附件产品数字化修理单元，具体开展数字化电子影像分解、装配、数字化结构工卡应用以及数显采集的交联等。

2.1 数字化电子影像分解、装配技术

基于当前影像识别技术的发展，建立了数字化维修辅助系统（见图1），一是利用高像素全息照片进行实物比对实现智能识别，二是利用射线扫描技术进行实物三维结构尺寸比对实现智能识别。在该系统建立过程中，使用了目前较为成熟的第一类数字识别技术，对部分部附件产品进行分解、修理及装配信息的采录；针对传统纸质工艺内容重新构架、优化，明确了一线操作员工对产品分解的流程，理顺了产品各零备件修理注意准则，规范了产品装配顺序；针对人为操作易出现的部附件产品错装、漏装等问题进一步规避，要求操作人员对相关部附件产品全部维修周期进行记录存档，为后续维修、返修提供溯源依据。

2.2 结构化工卡

目前航空装备修理仍采用传统的纸质人工填写产品数据的方式，不仅耗费人力、时间，拉长了部附件产品的维修周期，也增加了对航空部附件产品维修数据的安全存储及高效溯源的难度。数字化结构工卡技术的有效应用打破了原有纸质工卡模式并成功链接到生产ERP系统，有针对性地随产品下发到具体一线操作员工电脑，其内部相关数据的连接进一步实现了对产品维修过程的切实有效的同步化数据记录，同时对各类数据的保存、归类也为后续数据分析和优化产品修理质量提供了数据支撑。

2.3 数显采集技术

结合数字化结构工卡形式，修理现场配套采用VCA一键测量仪、非接触式轮廓测量仪、数控全自动拉压弹簧试验机等数采量具（见图2）、改造升级设备，各类数据直接传递到电子工卡中，使修理过程产品数据获取更加准确、快速、有效、方便，为产品修理提供准确输入，也使修理过程中检测数据的采集、传输、应用有了可能。

3 部附件数字化修理策略

部附件修理作为整个航空装备修理产业中的重要一环，具有“承上启下”的作用，在开展航空装备数字化修理建设中，实现部附件数字化修理是不可逾越的一步。在总体层面上构建相应的数字化平台，该平台除建设硬件平台外，主要工作是搭建软件平台，重点应包括产品数据管理（PDM）、修理BOM管理、计算机辅助工艺（CAPP）、数字化工卡管理和研发项目管理、飞机故障统计等系统，以此实现修理过程管理的数字化。

开展部附件数字化修理建设，首先要在上级部门整个数字化修理的大框架下开展，不可“单打独斗”。其次可针对部附件产品的修理特点，进行适合本修理环节的数字化建设，以提升修理质量、缩短修理周期，实现精益化修理。当前开展的部附件数字化修理实践还处于探索阶段，存在着诸多不足之处，后续需要围绕产品修理质量提升等方面开展数字化修理策略研究，主要包括以下几项工作。

3.1 建设数字化修理单元

生产单元模式是一种基于追求无浪费理念，以工作单元为基本组成对生产线合理布置，进行单一或多品种生产的生产方式。单元式生产可根据人员配备情况将生产线分为单人、多人循环类型，即U型布置。建立部附件产品修理U型单元式布局（见图3），首先要依托上级部门ERP、NC系统，以结构化工卡进行驱动，配套采用数采量具、轮廓测量仪、影像测量设备，按照U型对修理工作现场进行布置；其次组织开展部附件修理分工优化，将不同岗位上修理的相同类别的产品集中到某一个岗位上，如不同型号的液电阀类产品可集中由两至三人进行修理，不仅能缩减修理周期，更能提高产品的修理质量。

3.2 工装设备的智能化改造

在部附件修理中需要依赖诸多工装、设备对产品、零部件开展分解、检测、试验等工序，设备（工装）的精度、智能化程度在很大程度上决定了产品的检测准确度及工作效率。现用工装多为纯手动工装，使用时费时费力且部分工装需要相应的操作经验，设备智能化程度较低，可通过研发、引进适量的智能化工装设备大大提高修理效率和修理精度。

鉴于现有设备自动化程度差距明显，多数设备处在手动或半自动化阶段，且大多设备不具有数据存储功能，试验数据需手抄至工卡，给操作人员、检验人员带来不便。引进、研发、改造具有数据记录存储功能的设备可从以下几个方面入手：对于半自动化且具有智能数显仪表的设备，增添工业计算机及相应外设，改造相应弱电柜增添数据采集模块，改造控制模块使整体设备具有更好的数字智能化，利用labview、组态王等工控软件实现数据在计算机上的显示保存。对于不具有智能数显仪表的设备，除增添计算机、弱电柜外还需增加相应传感器及数显仪表。改造升级后的设备主要组成部分如图4所示。

3.3 搭建数字化修理仿真平台

数字化仿真技术是指在计算机中利用三维虚拟环境使用户能够进行相关分析和交互的技术。随着航空装备换代的加快，对装备修理能力提出了更高的要求，对于一些部附件产品尤其是处于试修阶段的产品，仅凭工程师的个人经验可能造成修理流程不合理甚至不正确的现象，利用数字化仿真技术可以减少修理过程中的不合理问题。

工装设备的数字化仿真可通过CATIA、UG、ANSYS、ADAMS等软件进行三维设计仿真，使设计出的工装直观地表达出工装的设计理念、安装调试等方面的特点，为后续用户开展工作打下基础，缩短工装设计周期，保证工装产品质量，辅助提升部附件产品修理业务的发展。修理装配中干涉、装配顺序的数字化仿真可以预先模拟装配过程，检测出大部分在实际装配中可能出现的干涉、顺序不合理等问题，使实际装配过程中的出错率大大降低。修理线工艺布局仿真可以模拟各类部附件的修理流程，当某一流程節点出现特殊情況时可以快速寻找最优解决方案，并具有辅助重新规划布局的优势。

3.4 修理装备的数字化

航空装备修理作为设计、制造的延伸，在修理过程中也应实现基于三维的数字化技术，作为提升产品修理质量的支撑。尤其是在开展部附件产品修理过程中，一是应基于不同视角进行产品分解，还应体现产品分解中与每个分解元素相关的各种技术参数及技术文档，进行三维立体的数字化展示和装配，实现真正的数字样机；二是围绕部附件产品的数字样机，开展修理标准制定、修理工艺文件完善，以及工装设备数字化仿真、修理装配中干涉、装配顺序的数字化仿真等工作；三是将建立的部附件数字样机应用到故障模式和故障验证方面，找出故障发生的真实原因。另外，数字样机还可应用于日常教学等方面，提升新员工培养教育水平。

3.5 修理工卡设计的数字化

航空装备的修理工作同时具备通用性和特殊性，修理工卡作为大修工作落实的重要技术文件也要体现这种特性，例如，同一机型的飞机大修工作可能有相当数量的工作内容是完全相同的，但同一机型下不同型号的飞机或同一机型、同一型号下的不同飞机之间因实际构型的差异存在一定数量的不同的大修工作。如何简单有效地为不同的航空装备制定恰当的修理方案并生成适用的修理工卡（即制定个性化的修理方案）是修理工作始终要面对和解决的问题。修理工卡的数字化不仅能实现修理工作的标准化和规范化，还能为航空装备制定更有效的个性化修理方案。

4 结束语

航空部附件实现数字化修理将极大提高装备的修理效率，改善现场作业环境。但数字化不会也不可能一蹴而就，需要先达到部附件修理局部数字化再达到各系统数字化集成，从而实现部附件修理全数字化应用。

航空部附件的数字化修理应软硬结合、虚实相交。应通过改造、研发、引进智能化数字工装设备及信息化指示设备等手段来实现、提高修理现场硬件数字化程度；利用精益理念对各工作单元进行优化布局；利用相关软件搭建部附件数字化修理仿真平台，实现修理各个环节的模拟仿真及立体化教学；数字化智能工卡模板的研发试运行可以使现场试验数据直接添置到工卡相应位置，该数字化智能工卡模板可根据具体飞机构型差异做出相应调整。最终，通过多模块数字化集成实现航空部附件数字化修理的虚实交融、高集成度发展。

航空部附件数字化修理系统是多模块集成的复杂系统，本文基于现有技术条件提出数字化建设初步设想，具体实施还需进一步优化探索。

参考文献

[1] 高怀亮，许楠. 基于IETM的航空装备数字化修理工艺系统建设需求分析[J].航空维修与工程，2018，320（2）：40-43.

[2] 冯军，屠林辉，孙传波. 队属工程装备修理机构数字化修理工间及车厂建设[Z].中国工兵学会，2011.

作者简介

彭绍坤，技术与培训中心发动机主管工程师，从事国产歼击机的航空装备修理技术管理工作。