數字化航空維修體系構想

劉 斌，蔡海鵬

(1.空軍某單位，北京 100084;2.長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

航空維修經歷事后維修、定期預防性維修階段后，隨著故障監測診斷技術、網絡技術、數據庫技術和通信工程技術的發展，目前正向數字化維修也稱狀態維修方向發展。［1］數字化維修(digital maintenance)是一種面向未來的全新的思想理論，是一系列與信息技術密切相關的、以可靠性為中心的新的維修概念的總集成。［2］它將飛機狀態、診斷結果、維修資源、人力配置、備件服務、制造廠商、供應商技術支援等各方面的文字、圖表、語音等傳統維修信息形式轉換為數字信息，并綜合運用計算機技術、數字通信技術、網絡傳輸技術、檢測和診斷技術、多媒體技術和智能化技術，將相關的功能系統(維修單位、航空公司、制造商、機組人員、其他運營商、適航當局等)有機地連成一體，使各種數字信息能實時或近實時地傳遞、處理、存儲與交流，達到整個維修體系范圍內的信息資源共享，最終實現飛機維修的診斷、監控、決策、通信、保障高度一體化。

1 航空數字化維修的必要性和意義

1.1 航空設計制造數字化與數字化維修

隨著CAD/CAE/CAM、PDM和ERP的廣泛應用和數字化工廠的出現，現代飛機設計制造的共同趨勢是數字化。數字化制造本質上是產品制造信息的數字化，是將產品的結構特征、材料特征、制造特征和功能特征統一起來，應用數字技術對設計制造所涉及的所有對象和活動進行表達、處理和控制，從而在數字空間中完成產品設計制造過程，為數字化維修提供了現成資源。數字化維修貫穿新型飛機全壽命過程，并且，航空設計、制造及其產業鏈呈現出全球化、信息化、網絡化、敏捷化、虛擬化等革命性的改變和倍速發展的態勢，為飛機數字化維修提供了產業鏈支持。

1.2 航空維修的復雜性與數字化維修

現代航空設備集機械、電子、光學和信息技術等于一體，趨于精密化、一體化、系統化和智能化，其結構越來越復雜，集成度越來越高，費用越來越昂貴。在這種情況下，飛機維修所需知識以幾何趨勢不斷增加，維修難度也越來越大。［3］雖然維修人力操作簡易化，但單靠個人和單個組織不能完成復雜的系統維修工作，需要數字化故障定位和排故，需要航空產業鏈各個環節協同維修。同時，“適情維修”、“基于狀態的監控”、“自治化維修”等新理念在航空維修領域應用實施，對航空維修保障技術也提出了更高的要求。［4］傳統的以維修技術人員為中心的維修方式已經不能滿足當前航空發展的需要，航空維修的復雜性使維修也需要信息化和智能化。

1.3 飛機性能監控與數字化維修

飛機維修質量對其性能和使用壽命影響很大，飛機的性能是設計、制造出來的，也是使用、維修出來的，其性能的發揮也越來越依賴于維修。傳統的維修手段更多是依靠翻閱紙質文檔或查看電子手冊，依賴于維修者的個人經驗、素養和技能，操作行為易受環境影響，易發生維修差錯，航空維修影響或損害飛機性能。而數字化維修依靠先進信息化技術監控飛機性能狀態(PHM)，通過自感應診斷技術、網絡通信技術和數字化修復技術來保障飛機性能，維修質量可靠，飛機性能可控。

1.4 航空安全管理與數字化維修

世界航空安全的關注對象，在飛機結構簡單的開始階段是飛機機械部件;隨著飛機機械設計的逐步完善，人為差錯導致的事故反而更多，航空安全關注對象逐步轉移到人，通過對人行為的優化來減少差錯的發生。隨著飛機系統復雜程度增加和系統間交聯性增強，傳統依靠人的經驗和器官能力的維修方式已經不能保證航空安全，需要先進的維修技術和手段來彌補人機系統復雜難度和人的能力局限。據統計，航線技師通常會將維修時間的30%花在獲取信息上，另外，維修技師通常是在時間很緊的情況下完成任務的，這又會進一步帶來約15%的事故。數字化維修正是從技術和方法上促進了航空維修質量和航空安全。

1.5 綠色維修、集約維修與數字化維修

任何裝備只要使用，就需要維修保障，在航空裝備中維修保障起的作用尤其突出。目前，各種復雜航空裝備的使用與保障費用很高。如何提高航空維修保障能力，降低裝備全壽命費用，保證航空維修質量，是國內外航空面臨的一個重要課題。數字化維修共享信息、維修高效、節約資源、綜合環境影響和資源利用效率，是一種綠色維修和集約型維修。［5］我國民航(特別是南航和國航)在引進美國以及歐洲先進民用飛機的同時，也引進了先進的數字化維修技術，成本降低、效率提高、質量可控。

2 數字化航空維修體系構想

2.1 通過數字化維修促進航修技術和管理變革

數字化維修的特點是維修單元數字化、維修信息中心化、維修體系網絡化、維修過程智能化、維修技術綜合化、維修力量一體化。構建數字化航空維修體系，能夠提高維修能力和維修效率，加快維修決策過程，改進維修管理方式，促進維修體系變革。航空維修數字化包括維修技術信息化，用數字化維修技術改造傳統的維修技術內容和體系，改變維修方式;還包括管理思想的信息化，從傳統手工操作、經驗管理模式，變革為信息化管理和知識管理，提高航空維修質量和效率，提高航空維修保障能力和水平，促進裝備維修向裝備全系統、全壽命、全過程保障變革。

2.2 構建“網絡中心化”的數字化維修體系

以網絡為中心的航空維修是將系統探測、檢視、預警系統，通信聯絡系統，指揮控制系統和武器系統組成一個以計算機為中心的信息網絡體系。統一設計信息化框架(技術架構、組織架構、集成架構和安全架構)、信息平臺(集成平臺和中心數據庫)和標準規范，統一各修理單位網絡架構應用，建立數據標準體系，統一數據標準，統一接口標準，統一信息格式，強化信息交互和資源共享機制。通過網絡互連、信息共享，實現應用集成。通過信息化管理，使航修單位從設計、制造、使用、維修及日常維護形成一個完全閉環的信息數據鏈，各個環節處于受控狀態，并使管理成本得到有效控制，形成網絡中心化的數字化修理體系，實現遠程數據共享與維修、航空裝備狀態的遠程監控、遠程故障診斷與維修、裝備維修的信息化決策與管理、技術資料的遠程支持和備件的遠程供應、全體系的狀態感知與主動維修、精確維修與集中保障。

2.3 構建“共建共享”的航空修理數據中心

信息化建設是“三分技術，七分管理，十二分數據”。數據是基礎，數據是核心，建設航空修理數據中心。按照統一規范和標準分機型建立航空裝備設計制造、使用維護、維修三位一體的全壽命數據庫，及時收集航空器制造、使用、維護過程中存在的不適航信息，并面向航空裝備價值鏈拓展數據資源。數據庫依托合適的各種網絡以專網方式搭建數據中心，實現航空裝備產業鏈信息共建共享。管理者通過數據中心和相關信息系統，實時監控所有飛機、發動機維修狀況，實現宏觀決策和直達指揮。與航空設計、制造單位建立起信息共享的網絡交流平臺，使設計單位實時掌握航空產品使用情況，促進航空裝備技術改進和改型，促進產業鏈合作和航空裝備維修協作。

2.4 構建數字化航空維修體系

對航空維修現場加大自動化電子信息技術應用，加強基礎數據采集和處理的管控，廣泛應用條碼等自動化電子信息技術，廣泛采用PDA、PMA等便攜式移動信息設備，在生產現場搭建無線網絡環境，與產品一起建立移動式信息處理點，確保信息采集的實時性與準確性，提高信息采集效率，為信息化應用創造自動化條件。同時，通過數據庫使維修信息和資源(故障庫、維修經驗庫、技術資料、零部件供應等)充分共享，將信息系統真正延伸到生產管理之中。

數字化維修的重要特點是“事前性”、“實時性”。要達到這個要求，必須對飛機的運行狀態有準確的監控，實時獲得飛機的相關狀態信息，包括飛機對象和資源狀態及維修活動過程。［1］傳統人工故障檢測難以準確發現產品性能變化的規律，依靠“預防性”維修方式防止嚴重故障的發生，造成過多的無效檢查和資源浪費，因此，對飛機的狀態監測手段有必要進行變革。應用傳感器等先進狀態監控飛機維修性參數(DMMH)，研究開發先進的狀態監控方法與手段，實現對飛機機械、電子系統和部件的全機多傳感器監測，包括疲勞、環境損傷和偶然損傷、腐蝕的及時監測，形成飛機狀態監控系統，實時掌握維修信息。［6］

工卡既是工人實施維修工作的現場指南，又是現場維修記錄，具有較強的操作性和修理記錄的完整性、真實性和可追溯性。用工卡技術將維修過程的信息結構化，信息內容生產化，再細化生產過程控制。將質量控制和信息應用向操作層前移，將信息系統真正延伸到生產管理之中，還拓展工卡管理信息系統功能。以工卡管理信息系統為核心，ERP系統為主線，結合生產流程，高度集成制造廠維修手冊、維修計劃文件等技術資料信息，集成各系統日常生產管理應用功能，作為公共信息化工作平臺實現現場管理、質量監控和生產成本控制等的一體化管理。

通過信息技術和管理機制促進航空裝備故障信息的共建共享。

1)統一航空裝備故障信息結構，規范故障統計、輸入格式;總結和積累修理經驗，將歷史故障數據和專家排故經驗結構化，分機型建立航空裝備故障數據庫。

2)建立故障信息收集電子化渠道，對航空裝備制造、使用、維護過程中存在的不適航信息進行及時收集、整理和分析，不斷補充修理中發現的故障及排除方法，成為航空修理系統公共故障研究和決策的信息平臺，成為航空修理系統的知識庫，定期分析典型故障、重復多發故障，研究復雜數據的內在關聯性，發現故障問題的規律性，系統地調查和分析發生差錯的原因，采取積極主動糾正措施，防止差錯再次發生，規避維修質量風險，進一步提升飛機維修的可靠性。

基于互連互通的航空修理網絡和數據中心、故障管理系統，建立遠程故障專家診斷系統，使系統內故障信息和資源能夠網上共享和異地專家合作，裝備修理“故檢前移”，航空修理實時指導和監控，多地專家和技術人員協同完成高難度、綜合性維修保障任務，提高遠程維修效率。

IETM把一整套飛機修理文檔或手冊存儲在數據庫中，信息的格式和樣式得到優化，信息元素相互關聯，用戶與技術信息的交互性強，將飛機所需的有關故障查找與維修方面的全部技術信息集合到數據庫中，為用戶智能化地提供故障診斷和查找程序，使維修人員在任何需要的時間、場所和地點獲得充分的信息支持，并可嵌入便攜式維修輔助裝置(PMA)和自動測試設備中。IETM將預防性維護能力和診斷性維修能力結合在—起，最適用于維修手冊，是航空裝備保障信息化技術研究和應用的方向。以航空裝備資料數字化建設為基礎，以數字化工卡為牽引，參照S1000D規范，分機型逐步實施航空裝備維修交互式電子技術手冊(IETM)。

虛擬維修技術(VMT)是利用計算機模型、仿真軟件等手段來輔助或實現產品的維修(維修性設計)的技術。虛擬仿真維修訓練是國際先進發達國家航空裝備維修訓練的重要手段，對于航空裝備維修這種復雜系統的高難度和高成本訓練能夠明顯提高效率，降低成本。通過應用虛擬現實技術和數字化維修技術，分機型和工種構建航空裝備修理虛擬仿真系統，改進員工培訓方式，提高員工培訓效率，降低員工培訓成本，減少維修培訓安全風險，改善培訓效果。

1)構建聯合維修信息系統

按網絡中心化架構集成各航空裝備維修應用系統，將多個維修保障信息源綜合集成，把維修保障需要的信息變成易于攜帶和可配置的系統，研制與應用維修協同平臺，依靠信息交互能力的優越性，改善維修保障質量。航空裝備保障產業鏈信息集成，搭建聯合維修綜合保障信息系統，做到全維全程一體化通信保障，多維一體化情報共享，航空裝備維修全系統、全壽命管理，實現聯合維修、協同維修和精確化聯合保障，以滿足靈活調動的維修保障能力和綜合、復雜系統的維修保障能力。

2)構建航空裝備修理企業戰略聯盟

通過信息技術使航修單位具備按項目動態配置維修資源的能力，通過信息化手段建立航空修理企業戰略聯盟，形成形式上是虛擬的、邏輯上是實體的“航修集團”，優化資源配置，動態調配資源，形成“大航修”集團規模經濟效應和市場競爭力，極大增強全系統競爭實力，承接大型綜合維修項目、應急搶修項目，降低總體維修成本，參與民航競爭和國際競爭，形成集團化效應。

3 結論

1)數字化維修是理論，是技術，更是管理，需要不斷創新、發展。航空修理系統實施數字化維修，根本目的是提高效率、節約資源、保障安全、提高水平、提升能力和競爭力。

2)構建數字化維修體系是一項系統工程、價值工程和戰略工程。要遵循數字化、網絡化、智能化三元發展，相互影響，相輔相成，協調發展。

3)數字化維修對航空修理系統是大勢所需，也是大勢所趨。把數字化維修思想、理論、技術與航空修理實際結合起來，是一個大課題。這里只對體系構建作初步設想，數字化技術、技術方案、實施策略和管理變革等方面具體內容還需進一步深入研究。

［1］鄭永靖.民用飛機數字化綜合維修信息系統的設計與實現［M］.武漢:華中師范大學出版社，2004.

［2］張恒喜.數字化維修理論與技術［M］.北京:國防工業出版社，2006.

［3］張中波.民航數字化維修的應用與發展［J］.航空維修與工程，2007，(4).

［4］孫偉，左洪福.面向未來的民航自治化維修［J］.江蘇航空，2007，(3).

［5］趙亮清，李智，顏寧.裝備的綠色維修綜述［J］.設備管理與維修，2009，(9).

［6］劉鵬鵬，閆新星.面向飛機維修過程的數字支援系統研究［J］.飛機設計，2010，(10).