航空维修领域智慧工卡的研究与应用

2023-07-23孙頔高赛阎超中国南方航空股份有限公司工程技术分公司

航空维修与工程 2023年5期

■ 孙頔高赛阎超/中国南方航空股份有限公司工程技术分公司

0 引言

航空安全是航空领域最重要的指标。当前，航空维修管理中强调依法维修的重要性及必要性，即所有的航空维修工作必须依据维修方案、手册、工卡、指令等进行。其中，工卡是整个维修过程中受人为因素影响最多的部分，一旦产生错误，将对后续的维修质量及飞行安全造成潜在风险。工卡编写人员应依据有效的维修手册和方案，参考规定的资料格式等要求编制有效的工作单卡，并保证工卡的时效性、精确性和完整性；维修工作实施者应依据维修工卡中规定的工作步骤和方法完成维修工作任务，并在工卡上进行相应的维修记录。因此，对工卡的审核和管理非常严格，这也是非常耗费成本的一项工作。在整个航空维修工作的实施过程中，工卡的编写环节起到至关重要的作用。

1 传统工卡管理现状及其弊端

航空维修企业当前的工卡管理形式多以人工手填、检验和最终归纳整理为主，占用了大量的人力，需要较大的物理保存空间，一旦需要检查、回顾，则耗时耗力，与当前数字化转型的形势非常不匹配。

传统维修记录是通过工程师编写工卡，由工作计划部门按工作包的形式下发执行，每个工作包中都有一整套工卡，从管理卡到作业卡；一线工作者接收工卡，打印纸版工卡，并在维修工作完成后逐项签署；最后由质量检查部门回收纸版工卡，进行检查和存档。

随着航空业的高速发展，各家航司机队规模不断扩大，各自有维修基地和维修企业不得不投入大量人力物力回收整理工卡签署记录并确认修理工作的准确执行。同时，由于维修工作执行地点较为分散，确保每项维修记录能及时、准确地反馈到质量管理部门，成为了一项巨大的挑战。为了满足纸版工卡的持单作业和签署要求，航空维修企业每天不得不耗费大量纸张和打印成本。这种低效率、高成本的工卡管理模式已无法适应大型航司基地分布广、机队规模大、机型多样化、维修工作深度深的需求。

2 提出解决方案

智慧工卡系统是依托新一代信息技术，充分利用大数据、人工智能技术，实现工卡数字化、可配置化和智能生成的新一代航空维修工卡管理系统。

智慧工卡系统不仅能够解决工卡的数字化转型问题，同时能够解决工卡的智能化问题，更深层次地，是解决了航空维修领域维修工艺的标准化和智能化难题，对于航空维修领域具有先进创造意义。

3 智慧工卡的三阶段

3.1 第一阶段：实现工卡数字化

将原有的通过手工管理的工卡电子文件，以结构化数据的形式存储于数据库中，使用工卡时，根据不同类型、不同版本工卡的结构，生成对应的工卡文件使用。形成工卡数据库，方便工卡的查询和使用，并留存工卡使用过程数据。

1）工卡数据结构描述

工卡数字化的第一步就是将工卡的全部内容变成结构化的形式存入数据库中，对应工卡的表现内容和内在关联的内容都需要在数据结构中有所体现，如工卡上的编号和工作步骤等表现内容，还包括部件名称、工卡类型、模板路径等关联信息。

数字化工卡数据结构的核心内容如表1 所示。

表1 工卡数据结构

2）从数据库中读取数据生成电子工卡的过程描述

首先从工卡数据库中读取对应ID的工卡数据，然后将工卡数据表中的各项数据逐一按照标签插入预先配置好的工卡模板内，再按照工卡模板中存储的格式生产工卡，最后在系统中展现出来，同时可以下载使用。整个电子工卡的生成过程如图1 所示。

图1 电子工卡生成过程

3.2 第二阶段：实现工卡可配置化

工卡实现数字化后，为了方便工卡的改版，需要实现工卡模板的可配置。由于工卡的改版很频繁，因此不能工卡一改版就改变程序系统，所以工卡模板的可配置显得尤为重要，这是工卡智慧化的必要条件。工卡可配置就是系统使用者可以自由定义工卡的格式、行列内容、列表清单内容等，并指定系统内数据与工卡中内容的关联关系，形成随时可变的电子工卡形式，为工卡的灵活应用提供必要的技术支撑。

1）可配置的技术实现方法

可配置工卡模板主要通过两方面技术手段实现。一方面通过自定义表单形式，模拟电子文档的录入，逐一布局和定义工卡内的元素，然后将元素与第一阶段的数据库字段相关联，形成结构化的工卡模板；另一方面，通过程序建立一个工卡使用场景，在工卡使用时，将对应的工卡数据链接到定义好的结构化工卡模板上，形成一个动态可调整的工卡，当调整工卡内的元素时，对结构化工卡模板进行相应调整即可。

2）可配置的界面展示

在工卡模板配置界面，通过直观的拖拉控件的形式，即可完成一张新工卡模板的配置工作，所见即所得。工卡配置工具如图2 所示。

图2 工卡配置工具

3.3 第三阶段：实现工卡工艺的智能生成

工卡的形式问题通过前两个阶段已经解决，但工卡的内容主要还是依靠工程师的编写。对于可以依托工程师经验的工卡，可将工程师经验总结成一个模型，通过智能计算，在遇到相似问题时自动形成工卡内的工艺步骤，形成最终的智慧工卡解决方案。

复合材料修理中损伤的程度状态各异，修理涉及的工艺复杂，既可以是机体定检维修的一部分，又可以作为单独部件修理任务进行管理。以复合材料修理为例，对智能工卡工艺流程的经验模型建立过程进行如下详述。

1）方案决策池建立：整理处理工艺及方法的结构化和半结构化数据，将技术工艺按照包括但不限于无损检测技术、损伤去除手段、粘接修理程序、模具成型技巧、热压成型工法、材料许用值、质量控制标准、性能测试手段、局部/整体成型、使用保障与修理维护等类别进行分类，形成能够针对一定的复合材料修理问题提供一整套解决方案的决策池。

2）工艺模型拆解：运用大数据技术处理手段，对历史的修理处理方案进行聚类分析，抽取同类维修场景，对比已有修理方案，针对一类维修工艺抽象出通用的工艺处理模型，该模型为可拆解组合的形式，即将工艺步骤分解到可在不同工艺流程中重复使用的程度。

3）技术标准制定：综合提取大量复合材料部件的修理历史结构化数据，特别是超规范修理，依据经前述分析处理后的电子化档案和方案决策池，根据损伤部位、损伤形式、损伤尺寸和损伤材质直接对应相应的检测手段，然后根据检测手段产生检查结果，结合损伤部位、损伤形式、损伤尺寸和损伤材质参数，智能化确定标准化的修理方案。标准制定完成后，车间工程师针对常见的复合材料修理工作，不再需要制定修理方案，只需依照系统生成的方案执行即可。

4）标准测试、评估及修正：通过对标准反复的测试、评估和修正，最终实现损伤精确识别的目标，实现基于损伤精确识别的工艺快速决策支持。

在使用维修方案时，将对应的修理方案插入工卡的工艺过程中即可。如此，实现了工卡智慧化的第三步即工卡的智能生成。