在線測量技術在裝備維修作業過程中的應用實踐

柳楠 周博鑫/ 中國人民解放軍650 部隊 成都航利（集團）實業有限公司

1 概述

隨著工業4.0 進程的推進，實現生產現場信息化管控對企業的經營和發展起著巨大的推動作用。當前裝備維修企業航空發動機維修過程中的工卡仍以手填紙質為主，不利于發動機故障分析、質量追溯以及企業數據財富的積累。為此，需要在保證現場工作模式不發生重大改變的前提下，以最經濟、最便捷的方式實現發動機維修過程關鍵數據結構化，建立數字工卡標準，開發在線數字化測量系統。以信息化推動生產過程，為工廠實現生產現場信息化管控奠定基礎，從而達到規避人為差錯和誤差，提高產品質量、提升修理能力、優化修理流程的目的。

2 當前測量技術存在的問題

目前，航空發動機維修過程中，較多采用傳統指針式儀表實現對產品的測量，測量數據多以目視測量、手工填寫的方式記入卷宗。這種方式容易導致以下三種問題：

一是測量數據在工藝要求的臨界點時，操作者存在潛意識認為數據合格傾向，容易產生判讀誤差，且這種誤差在人工目視判讀過程中極難避免。

二是手工填寫的紙質卷宗數據因填寫字體不規范或筆誤等造成數據錯誤，無法對數據進行校驗和有效追溯，且手工填寫質量記錄、計算數據工作效率 低。

三是數據分散存儲在多個紙質文件中，統計難度大，分析利用率低，查找數據或進行質量追溯時技術人員要花費大量時間去查閱紙質卷宗和重復記錄數據，無法進行快速故障分析和質量追溯，更不要說通過人工智能、大數據等技術預判和分析故障模式，不僅造成了企業數據財富的流失，更不利于先進的信息技術在裝備維修行業的應用。

3 在線測量技術

3.1 在線測量技術概述

圖1 在線測量技術應用

圖2 在線測量的應用范圍

在線測量指的是在工業生產線上進行的測量。隨著時代的變化和現實需求的不斷提高，在線測量概念逐漸突破了傳統范疇，擴展為包括工程和科學研究乃至生活過程中所進行的一切實時或準實時測量。本文中的在線測量是指在裝備維修過程中通過采用帶有數字化輸出的測量器具，借助現有測量輔助工裝，將數字化測具的數據參數采集進入計算機，測量系統按工藝規程標準值設定上下限值，自動判定數據，超過工藝規定值時告警提示，并根據規定的模板自動生成、保存和打印數字工卡，以此實現修理全流程中數據的數字化測量技術，如圖1 所示。

3.2 應用范圍

通過對計量器具、試驗設備、維修過程涉及的重要設備進行數據在線測量改造，實現了三個層面的應用（見圖2）。

一是測量記錄，在減少人工判讀保證質量、實現修理數據結構化管理的基礎上，根據模板直接輸出卷宗，減少工作者反復謄抄維修過程記錄，如原始紀錄、工卡、履歷本等。

二是測量計算，通過數據在線采集，結合工藝要求嵌入對測量結果的自動計算，直接由計算機輸出測量結論并判定是否合格，如微分測量后的尺寸判別，葉片測頻后的頻率分散度計算等。

三是測量控制，對設備、工作環境參數進行在線監控，確保維修過程嚴格按照工藝執行，保證產品質量，如對槽液濃度、環境溫度、加工時間等的監控。

4 在線測量技術的應用實踐

在推進在線測量技術實現產品修理數據采集和管理的實踐過程中，按物聯網的架構思路，分別從三個方面開展相關工作。

4.1 感知層

為了滿足產品修理數據的結構化管理需求，根據各工序測量的技術要求，以具備數據傳輸功能的量具替換傳統的指針式機械式量具，如氣動量儀、外徑比較儀、深度尺、游標卡尺等數顯量具，并對測量設備進行改造，實現產品修理數據的在線采集。

4.2 傳輸層

針對有線量具在生產現場使用過程中易發生繞線、距離限制等影響使用的情況，在符合保密規定的條件下，設計研制無線計量器具嵌入式控制終端，實現藍牙（Вluetooth）和紫蜂（ZigВee）等無線制式量具的數據單向傳輸，支持單一控制終端連接多個無線量具。同時，為保證產品的延展性，制定了無線量具數據編碼及傳輸接口、數據采集及存儲標準，便于通過統一接口進行數據傳輸（見圖3）。另外，針對不同試驗設備建立了基于ХML 的數據傳輸標準，開發通用化網絡數據接口，將試驗數據按照標準規范的結構和統一的接口存入數據管理平臺，便于對產品試驗數據的統一規范管理。

圖3 數據傳輸途徑

圖4 應用層平臺關系

圖5 在線測量執行客戶端

4.3 應用層

圍繞產品維修過程數據，基于發動機維修工卡和維修ВOM，針對不同的業務模式建立數字工卡、數據管理和執行客戶端三個應用程序，對維修生產過程中來自試驗設備、計量器具等在線測量和人工輸入的不同來源的發動機維修數據進行統一結構化管理，同時利用數字標簽技術實現工卡的標準化輸出（見圖4）。

1）建立數字工卡設計管理平臺

數字工卡設計管理平臺用于設計、存儲、管控所有在線數字化測量工卡的模板數據，包括工卡版本、工卡名稱、版本號、工作內容、工藝要求、數據來源、測量通道、計算公式、附圖等信息，每一個測量數據作為一個獨立的數據源進行創建和管理。通過將現行有效的工卡電子版上載到系統中，借助電子標簽的方式進行模板標準化，給工卡中每一個數據填寫處定義一個標簽并與測量數據進行關聯，生成數字工卡時直接將測量數據加載到工卡模板中的相應標簽位置。

2）設計產品修理數據管理平臺

產品修理數據管理平臺分為兩個部分，一是定義和管理第三方程序數據接入模板，根據數據傳入要求，生成標準的ХML 數據模板，第三方程序每次實例化ХML 并完善，以數據流的形式調用數據接口，如果數據中包含圖片等信息，以ВASE64 編碼的形式進行傳輸；二是圍繞產品維修過程數據，基于發動機維修ВOM建立實例化維修數據結構，將維修生產過程中來自試驗設備、計量器具等在線測量和人工輸入的不同來源的發動機維修數據進行自動記錄和統一結構化管理，具備根據零件類型、使用特性、工作負荷、變化趨勢等分類進行統計分析的功能，將平臺升級打造為發動機數據管理的“總數據庫”，同時利用數字標簽技術實現工卡的標準化輸出。

3）研發在線測量執行客戶端

根據生產作業任務，操作人員在客戶端通過刷工作證領取工作任務，并實現數字工卡的實例化和任務開完工反饋；作業過程中，在操作人員測量界面可選取任務號和工作卡，獲取工作卡的數字化測量界面，根據測量工作內容選擇數字化測具，并由客戶端自動篩選出測具對應的工步信息，通過腳踏開關觸發數據采集信號，客戶端自動記錄所測量的數據，并根據數字工卡中定義的工藝要求進行自動判定和計算，并將結果存入數據庫；由于數字化測量過程中容易產生“測量數據串位”“測量數據遺漏”和“生成數字工卡信息不全”等風險，軟件開發過程中采用色標管理方式進行風險管控，使用紅、綠、白三種顏色標識測量不合格、測量合格和未測量三個狀態的工步（見圖5）。

5 取得的成效

該在線測量技術已經在某航空發動機修理工廠進行了試點應用。一是實現了航空發動機維修過程的故檢、修理、裝配、試驗工序3 萬余項測量數據的結構化管理；二是通過數顯量具替代指針式量具，并將采集到的測量數據自行運算、符合性自動判定，避免了參數測量過程中的人工數據判讀誤差，杜絕了故檢、裝配測量過程中錯填、漏填、計算錯誤的發生；三是通過實現測量數據自動填寫進入數字工卡并打印輸出，每臺節省手工填寫時間約25 小時；四是經過半年積累，已采集存儲了46 萬余項維修過程作業數據。

6 結束語

在線測量技術的應用，依靠的是數字化計量器具、數字傳感器、數字化傳輸系統和數字工卡等綜合手段，不僅加強了產品修理數據的采集、處理和應用能力，還杜絕了由于數據判讀異差、數據錯填、漏填以及人工計算錯誤等人為差錯造成的修理質量問題。通過自動采集、自動計算、自動符合性判定等過程，縮短了傳統人工記錄、計算和判定的時間，還結構化地存儲了維修過程離散的修理過程數據，將產品維修過程的測量數據與故障現象相匹配并進行故障數據分析，從而發現并消除故障根源，預防典型多發故障，實現故障維修從被動到主動的轉變，為進一步優化發動機修理工藝流程、改進維修模式提供數據 支撐。